【正文】 運(yùn)動(dòng)或切削運(yùn)動(dòng)。目前常用的CAM軟件種類較多，其基本功能大同小異，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出各自的特色。一般而言，工作站的圖形性能要優(yōu)于微機(jī)，但隨著微機(jī)性能的飛速提高，它與工作站的性能差別也越來(lái)越小。 數(shù) 控 加 工 CAM系統(tǒng)簡(jiǎn)述一個(gè)典型的CAM系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：一是計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)，二是數(shù)控加工設(shè)備。前面生成的只是數(shù)控刀軌，還需要將刀軌以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼并輸出保存。（6）檢驗(yàn)數(shù)控刀路。q 設(shè)置加工程序參數(shù)：包括對(duì)進(jìn)退刀位置及方式、切削用量、行間距、加工余量、安全高度等的設(shè)置。參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面。q 構(gòu)建刀路限制邊界。如鉆孔的曲面，在狹小的凹槽部位等，應(yīng)該將這些曲面重新做完整，這樣獲得的刀具路徑規(guī)范而且安全。坐標(biāo)系是加工的基準(zhǔn)，將坐標(biāo)系定位在適合機(jī)床操作人員確定的位置，同時(shí)保持坐標(biāo)系的統(tǒng)一。（3）完善零件模型。圖 11q 加工區(qū)域規(guī)劃：即對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行分析，按其形狀特征、功能特征及精度、粗糙度要求將加工對(duì)象分成若干個(gè)加工區(qū)域。加工工藝分析和規(guī)劃在很大程度上決定了數(shù)控程序的質(zhì)量，主要是確定加工區(qū)域、加工性質(zhì)、走刀方式、使用刀具、主軸轉(zhuǎn)速和切削進(jìn)給等項(xiàng)目。CATIA是具有強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)模塊之間的切換，在零件設(shè)計(jì)、曲面造型等模塊中建立所需的零件CAD模型，完成后再切換到相應(yīng)的數(shù)控加工模塊中。對(duì)于不同的加工類型，CATIA V5的數(shù)控編程過(guò)程都需經(jīng)過(guò)獲取零件模型、加工工藝分析及規(guī)劃、完善零件模型、設(shè)置加工參數(shù)、生成數(shù)控刀路、檢驗(yàn)數(shù)控刀路和生成數(shù)控程序七個(gè)步驟。數(shù)控技術(shù)的水平和普及程度，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。數(shù)控加工是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)中最能明顯發(fā)揮效益的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。它不僅大大提高了具有復(fù)雜型面的產(chǎn)品的制造能力和制造效率，而且保證產(chǎn)品能達(dá)到極高的加工精度和加工質(zhì)量。本章將主要介紹CAM數(shù)控編程的實(shí)現(xiàn)過(guò)程、數(shù)控加工的基本原理、數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控程序等數(shù)控編程及加工工藝基礎(chǔ)知識(shí)，以幫助讀者快速掌握CATIA V5數(shù)控加工所必須首先掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。其流程如圖11所示。CATIA也具有健壯的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，用戶可以首先將其他CAD系統(tǒng)所建立的零件模型轉(zhuǎn)換為公共的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，如iges、step等，再導(dǎo)入CATIA中并得到零件模型。加工工藝分析和規(guī)劃主要包括以下內(nèi)容。對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃，可以達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量的目的。由于CAD造型人員更多地考慮零件設(shè)計(jì)的方便性和完整性，較少顧及零件模型對(duì)CAM加工的影響，所以要根據(jù)加工對(duì)象的確定及加工區(qū)域劃分對(duì)模型做一些完善。q 清理隱藏對(duì)加工不產(chǎn)生影響的元素。q 增加安全曲面。需要使用邊界來(lái)限制加工范圍的加工區(qū)域，先構(gòu)建出邊界 曲線。q 設(shè)置加工對(duì)象：用戶通過(guò)交互手段選擇被加工的幾何體或其中的加工分區(qū)、毛坯和避讓區(qū)域等。這是參數(shù)設(shè)置中最主要的內(nèi)容之一。為確保數(shù)控程序的安全性，必須對(duì)生成的刀軌進(jìn)行檢查校驗(yàn)，檢查刀路是否有明顯過(guò)切或者加工不到位，同時(shí)檢查是否發(fā)生與工件及夾具的干涉。數(shù)控程序文件可以用記事本進(jìn)行打開。計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)工件的幾何信息計(jì)算出數(shù)控加工的軌跡，并編制出數(shù)控程序。而且由于微機(jī)的價(jià)格要遠(yuǎn)低于工作站，因此其在CAD/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其普及率也遠(yuǎn)高于工作站。數(shù)控加工設(shè)備的任務(wù)是接受數(shù)控程序，并按照程序完成各種加工動(dòng)作。數(shù)控加工是指數(shù)控機(jī)床按照數(shù)控程序所確定的軌跡（稱為數(shù)控刀軌）進(jìn)行表面成形運(yùn)動(dòng)，從而加工出產(chǎn)品的表面形狀。刀具從一個(gè)刀位點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)刀位點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)稱為數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。由于數(shù)控刀軌只能由直線和圓弧組成，因此只能近似地?cái)M合理想的加工軌跡，如圖14所示。主運(yùn)動(dòng)指機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量主要影響產(chǎn)品的表面光潔度。下面簡(jiǎn)單介紹數(shù)控加工刀位點(diǎn)的計(jì)算原理。這種偏置關(guān)系取決于刀具的形狀和大小。把刀位點(diǎn)在偏置面上的分布形式稱為刀軌形式。 圖 18 圖 19顯然，對(duì)于這兩種刀軌來(lái)說(shuō)，其刀位點(diǎn)分布在加工表面的偏置面與一組平行平面的交線上，這組交線稱為理想刀軌，平行平面的間距稱為刀軌的行距。然而，由于數(shù)控機(jī)床通常只能完成直線和圓弧線的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，因此只能在理想刀軌上以一定間距計(jì)算出刀位點(diǎn)，在刀位點(diǎn)之間做直線或圓弧運(yùn)動(dòng)，如圖14所示。然而不管在哪種CAM軟件中，刀位點(diǎn)計(jì)算有多么復(fù)雜多樣，其技術(shù)核心都只有一點(diǎn)，即以一定的形式和密度在被加工面的偏置面上計(jì)算出刀位點(diǎn)。在頻繁的開發(fā)新產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，使用“剛性”（不可變）的自動(dòng)化設(shè)備，由于其工藝過(guò)程的改變極其復(fù)雜，因此剛性自動(dòng)化設(shè)備的缺點(diǎn)暴露無(wú)遺。為了解決上述問(wèn)題，并滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化，國(guó)內(nèi)外已研制生產(chǎn)了一種靈活的、通用的、萬(wàn)能的、能適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的數(shù)控機(jī)床。 圖 110下面介紹數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)。如圖111所示齒輪箱，齒輪箱上一般有兩個(gè)具有較高位置精度要求的孔，孔周有安裝端蓋的螺孔，按照老的傳統(tǒng)加工方法步驟如下：圖 111 （1）劃線 劃底面線A，劃φ47JSφ52JS7及90177。（5）劃線（或用鉆模） 劃8M6孔線。更重要的是，如果開發(fā)新產(chǎn)品或更改設(shè)計(jì)需要將齒輪箱上2個(gè)孔改為3個(gè)孔，8M6螺孔改為12M6孔，采用傳統(tǒng)的加工方法必須重新設(shè)計(jì)制造鏜模和鉆模，則生產(chǎn)周期長(zhǎng)。因此一般情況下，絕對(duì)能保證工件的加工精度。在更換工件時(shí)，只需調(diào)用儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中的加工程序、裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，可大大縮短生產(chǎn)周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用數(shù)控銑床比普通銑床可提高生產(chǎn)率3～5倍。 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類有多種方式。在模具行業(yè)中這類機(jī)床應(yīng)用最多，如三坐標(biāo)以上的數(shù)控銑或加工中心。（3）按聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)劃分q 兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。行切法加工所用的刀具通常是球刀銑頭（即指狀銑刀）。用球頭銑刀加工曲面時(shí)，總是用刀心軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。故編程計(jì)算較為簡(jiǎn)單，數(shù)控邏輯裝置也不復(fù)雜，常用于曲率變化不大以及精度要求不高的粗加工。如 圖114所示，三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控刀軌可以是平面曲線或者空間曲線。除了X、Y、Z三軸平動(dòng)之外，還有工作臺(tái)或者刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于擺角運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致直角坐標(biāo)系（圖中Y）需作附加運(yùn)動(dòng)，其編程計(jì)算較為復(fù)雜。在半徑為Ri的圓柱面上與葉面的交線AB為螺旋線的一部分，螺旋角為φi，葉片的徑向葉型線（軸向剖面）EF的傾角α為后傾角。由于葉面的曲率半徑較大，所以常用端面銑刀加工，以提高生產(chǎn)率并簡(jiǎn)化程序。它是在數(shù)控銑床上配置刀庫(kù)，其中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過(guò)程中由程序自動(dòng)選用和更換，從而將銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋等功能集中在一臺(tái)設(shè)備上完成，使其具有多種工藝手段。然而不管是刀具移動(dòng)還是工件移動(dòng)，機(jī)床坐標(biāo)系永遠(yuǎn)假定刀具相對(duì)于靜止的工件而運(yùn)動(dòng)。圖118所示是典型的單立柱立式數(shù)控銑床加工運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系示意圖。Y坐標(biāo)的方向可用右手法則確定。表示工作臺(tái)相對(duì)于刀具的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，而以X、Y、Z表示刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，則顯然有x39。對(duì)于龍門式機(jī)床，當(dāng)從主軸向左側(cè)立柱看時(shí)，刀具相對(duì)工件向右運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。數(shù)控編程采用的坐標(biāo)系稱為編程坐標(biāo)系，數(shù)控程序中的加工刀位點(diǎn)坐標(biāo)均以編程坐標(biāo)系為參照進(jìn)行計(jì)算。由于手工編程難以承擔(dān)復(fù)雜曲面的編程工作，因此自第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世不久，美國(guó)麻省理工學(xué)院即開始研究自動(dòng)編程的語(yǔ)言系統(tǒng)，稱為APT（Automatically Programmed Tools）語(yǔ)言。圖形交互自動(dòng)編程是一種計(jì)算機(jī)輔助編程技術(shù)。盡管交互式圖形編程已成為數(shù)控編程的主要手段，但作為一名數(shù)控編程工程師，仍然有必要掌握一定的手工編程知識(shí)。盡管現(xiàn)有的CAD/CAM軟件都具備對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行仿真的功能，但一些有經(jīng)驗(yàn)的程序員往往還是會(huì)對(duì)編制好的程序進(jìn)行一次人工檢查，以確認(rèn)其正確性。程序是由程序段（Block）所組成，每個(gè)程序段是由字（word）和“；”所組成。圖 119一般情況下，一個(gè)基本的數(shù)控程序由以下幾個(gè)部分組成：（1）程序起始符。單列一行，有兩種形式，一種是以規(guī)定的英文字母（通常為O）為首，后面接若干位數(shù)字（通常為2位或者4位），如O0600，也可稱為程序號(hào)。由多個(gè)程序段組成，程序段是數(shù)控程序中的一句，單列一行，用于指揮機(jī)床完成某一個(gè)動(dòng)作。在程序末尾一般有程序結(jié)束指令，如M30，用于停止主軸、冷卻液和進(jìn)給，并使控制系統(tǒng) 復(fù)位。數(shù)控程序中的地址代碼意義如表11 所示。表12列出了一般數(shù)控機(jī)床所能輸入的指令數(shù)值范圍，而數(shù)控機(jī)床實(shí)際使用范圍受到機(jī)床本身的限制，因此需要參考數(shù)控機(jī)床的操作手冊(cè)而定。表 12功 能地 址公制單位英制單位程序號(hào)：(ISO) O (EIA)1～99991～9999順序號(hào)N1～99991～9999準(zhǔn)備功能G0～990～99尺寸X、Y、Z、Q、R、 I、J、K177。進(jìn)給功能F1～～主軸轉(zhuǎn)速功能S0～99990～9999刀具功能T0～990～99輔助功能M0～990～99暫停X、P0～0～子程序號(hào)P1～99991～9999重復(fù)次數(shù)L1～99991～9999補(bǔ)償號(hào)D、H0～320～32下面簡(jiǎn)要介紹各種數(shù)控指令的用法。2．準(zhǔn)備功能字以字母G開頭，后接一個(gè)兩位數(shù)字，因此又稱為G指令。如刀具快速移動(dòng)到點(diǎn)（100，100，100）的指令格式為：G00 （2）G01：直線插補(bǔ)，即刀具以指定的速度直線運(yùn)動(dòng)到指定的坐標(biāo)位置，是進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)的兩種主要方式之一。；R值為負(fù)值時(shí)，刀位起點(diǎn)到刀位終點(diǎn)的角度大于或等于180176。其中G90指定NC程序中的刀位坐標(biāo)是以工作坐標(biāo)系原點(diǎn)為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算和表達(dá)的。如果采用G4G42指令，刀具路徑會(huì)被自動(dòng)偏移一個(gè)R距離，而編程只要按工件輪廓考慮即可。G54是數(shù)控系統(tǒng)上設(shè)定的寄存器地址，其中存放了加工坐標(biāo)系（一般是對(duì)刀點(diǎn)）相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系的偏移量。表13是FANUC數(shù)控系統(tǒng)的準(zhǔn)備功能G代碼列表。常用的M指令有以下幾種。表14所示是部分輔助功能M代碼。（3）主軸轉(zhuǎn)速功能字：以字符S開頭，因此又稱為S指令。 手工編程盡管交互式圖形編程已成為當(dāng)前數(shù)控編程的主流方法，但在某些場(chǎng)合下手工編程仍有其應(yīng)用的必要性。2．?dāng)?shù)學(xué)處理編程前根據(jù)零件的幾何特征，建立一個(gè)工件坐標(biāo)系，根據(jù)圖紙要求制定加工路線，在工件坐標(biāo)系上計(jì)算出刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。4．程序輸入以前的數(shù)控機(jī)床的程序輸入一般使用穿孔紙帶，穿孔紙帶上的程序代碼通過(guò)紙帶閱讀裝置送入數(shù)控系統(tǒng)。若數(shù)控機(jī)床有圖形顯示功能，可以采用模擬刀具切削過(guò)程的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。表 15序 號(hào)程 序說(shuō) 明N0010N0020N0030N0040N0050 N0060G54 X70 Y100 Z140 S1500 M03G00 X0 Y0 Z2 T01G01 Z3 F150G41 X20 Y14Y62 G02 X44 Y86 I24 J0設(shè)工件零點(diǎn)于O點(diǎn)，主軸正轉(zhuǎn)，1500r/min刀具快進(jìn)至（0，0，2）刀具工進(jìn)至深3mm處建立左刀補(bǔ)O→A直線插補(bǔ)A→B圓弧插補(bǔ)B→CN0070N0080N0090N0100N0110N0120N0130N0140N0150G01 X96G03 X120 Y62 I24 J0G01 Y40X100 Y14X20G40 X0 Y0G00 Z100G53M02直線插補(bǔ)C→D圓弧插補(bǔ)D→E直線插補(bǔ)E→F直線插補(bǔ)F→G直線插補(bǔ)G→A取消刀補(bǔ)A→O刀具Z向快退取消工件零點(diǎn)偏置程序結(jié)束圖 120 數(shù)控工藝流程數(shù)控加工與通用機(jī)床加工相比較，在許多方面遵循的原則基本一致。2．工藝的設(shè)計(jì)非常嚴(yán)密數(shù)控機(jī)床雖然自動(dòng)化程度較高，但自適性差。所以，在數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)中必須注意加工過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)。由于數(shù)控加工自動(dòng)化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、可多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、便于工序集中，但價(jià)格昂貴，操作技術(shù)要求高等特點(diǎn)均比較突出，加工方法、加工對(duì)象選擇不當(dāng)往往會(huì)造成較大損失。根據(jù)大量加工實(shí)例分析，數(shù)控加工中失誤的主要原因多為工藝方面考慮不周和計(jì)算與編程時(shí)粗心大意。否則，由于工藝方面的考慮不周，將可能造成數(shù)控加工的錯(cuò)誤。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)主要包括下列內(nèi)容：（1）選擇并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。（5）數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。不同的數(shù)控機(jī)床，工藝文件的內(nèi)容也有所不同。（4）數(shù)控加工刀具卡片。前者是說(shuō)明數(shù)控加工順序和加工要素的文件；后者是刀具使用的依據(jù)。有些零件雖然能在一次安裝加工出很多待加工面，但考慮到程序太長(zhǎng)，會(huì)受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機(jī)床連續(xù)工作時(shí)間的限制（如一道工序在一個(gè)班內(nèi)不能結(jié)束）等。對(duì)于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾個(gè)部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。什么零件宜采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，也要根據(jù)實(shí)際需要和生產(chǎn)條件確定，要力求合理。（3）在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞小的工序。適用是要求所選擇的刀具能達(dá)到加工的目的，完成材料的去除，并達(dá)到預(yù)定的加工精度。要保證刀具及刀柄不會(huì)與工件相碰撞或者擠擦，造成刀具或工件的損壞。刀具的耐用度和精度與刀具價(jià)格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來(lái)的加工質(zhì)量和加工效率的提高則可以使總體成本可能比使用普通刀具更低，產(chǎn)生更好的效益。在滿足加工要求的前提下，刀具的懸伸長(zhǎng)度盡可能得短，以提高刀具系統(tǒng)的剛性。該銑刀有粗齒和細(xì)齒之分。當(dāng)螺旋角β=0176。面銑刀按結(jié)構(gòu)可以分為整體式面銑刀、硬質(zhì)合金整體焊接式面銑刀、硬質(zhì)合金機(jī)夾焊接式