【正文】 圖數(shù)控刀軌由一系列簡單的線段連接而成的折線，折線上的結點稱為刀位點，如圖13（a）所示。它的主要功能包括數(shù)據(jù)輸入輸出、加工軌跡計算與編輯、工藝參數(shù)設置、加工仿真、數(shù)控程序后處理、數(shù)據(jù)管理等。5．線切割模塊可以快速、高速地完成線切割加工程序的編制，可以實現(xiàn)2軸和4軸編程，可選擇適合的直線切割、角度或從角度切割與LAND兩指示中指定的任何方向。靈活、完整的曲線曲面編輯和分析功能，保證幾何模型的精度。（4）先進的實體建模功能：可以對實體進行布爾運算、圓角、倒角、抽殼等處理，操作簡單，適合零部件的結構設計。UG有著美國航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景，廣泛應用于機械制造、航空業(yè)、汽車業(yè)、模具制造、家電產(chǎn)品等各行各業(yè)。CAXA制造工程師為數(shù)控加工行業(yè)提供了從造型設計到加工代碼生成、校驗一體化的全面解決方案。 Mastercam提供了多種先進的粗加工技術，以提高零件加工的效率和質(zhì)量。增加了能應用于線框加工的swarf加工并且可以使用錐形刀，因而避免了凸臺的碰撞；自動的偏擺加工等加工策略。水平和垂直區(qū)域可以用等高加工、自適應層、真環(huán)切以及3D等步距等策略，精加工還包括諸如清根和筆式的殘料加工以及為高速銑削的優(yōu)化選項。快速鉆孔能自動識別出3D模型、曲面模型和模型中的孔特征，通過預定義的形狀模板自動地創(chuàng)建高效鉆孔程序。這里僅對最常見的幾種軟件進行簡單的介紹。（4）仿真：以圖形化的方式直觀、逼真地模擬加工過程，以檢驗所編制的NC程序是否存在問題。（3）重視加工工藝的經(jīng)驗積累，熟悉所使用的數(shù)控機床、刀具、加工材料的特性，以便使工藝參數(shù)設置更為合理。所以，在進行NC編程時，不應片面追求加工效率，而應綜合權衡各項指標，在滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求及一定的加工可靠性的基礎上提高加工效率。 編制高質(zhì)量的數(shù)控程序1．NC程序的質(zhì)量判斷NC程序的質(zhì)量是衡量NC程序員水平的關鍵指標，其判定標準可歸納為：（1）完備性：即不存在加工殘留區(qū)域。對刀具軌跡進行逐步觀察。（4）加工程序參數(shù)設置：包括對進退刀位置及方式、切削用量、行間距、加工余量、安全高度等。對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲取的數(shù)據(jù)模型，可能存在看似光滑的其實存在著斷點的曲線，看似一體的曲面在連接處不能相交。坐標系是加工的基準，將坐標系定位于適合機床操作人員確定的位置，同時保持坐標系的統(tǒng)一。（3）加工工藝路線規(guī)劃：即從粗加工到精加工再到清根加工的流程及加工余量分配。當模型文件是使用其他的CAD軟件進行造型時，首先要將其轉(zhuǎn)換成UG專用的文件格式（.PRT文件）。不管采用哪種CAD/CAM軟件，NC編程的基本過程及內(nèi)容可由圖11表示。因此，在無特別說明的情況下，數(shù)控編程一般是指交互式圖形編程。 數(shù)控加工與數(shù)控程序基礎amp。 CAM數(shù)控加工工藝設計要點通過本章的學習，讀者應該理解CAD/CAM自動編程的一般過程，了解CAD/CAM軟件的常識，掌握簡單的數(shù)控加工與數(shù)控程序相關基礎知識，特別需要了解在CAM數(shù)控編程中需要應用到的數(shù)控加工工藝知識，并在學習應用過程中不斷積累與提高。交互式圖形編程的實現(xiàn)是以CAD技術為前提的。圖11 NC編程的一般步驟 獲得CAD模型CAD模型是NC編程的前提和基礎，任何CAM的程序編制必須有CAD模型為加工對象進行編程。通過UG的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，可以讀取其他CAD軟件所做的造型。（4）加工工藝和加工方式確定：如刀具選擇、加工工藝參數(shù)和切削方式（刀軌形式）選擇等。（2）隱藏部分對加工不產(chǎn)生影響的曲面，按曲面的性質(zhì)進行分色或分層。通過修整或者創(chuàng)建輪廓線構造出最佳的加工邊界曲線。這是CAM軟件參數(shù)設置中最主要的一部分內(nèi)容。（3）實體模擬切削，進行仿真加工。（2）誤差控制：包括插補誤差控制、殘余高度（表面粗糙度）控制等。2．數(shù)控程序人員的基本要求為了編制高質(zhì)量的數(shù)控加工程序，數(shù)控編程人員必須掌握一定的數(shù)控加工相關的基礎知識，包括：數(shù)控加工原理、數(shù)控機床結構、分類及機床坐標系。 CAD/CAM軟件數(shù)控編程功能分析及軟件簡介CAD/CAM軟件發(fā)展到今天，已經(jīng)變得相當成熟。（5）刀軌的編輯和修改：提供多種編輯手段（如增加、刪除、修改刀軌段等手段）使用戶對編制的數(shù)控刀軌進行修改。1．CimatronCimatron軟件出自著名軟件公司以色列Cimatron公司，Cimatron E的CAD/CAM軟件解決方案包括一套易于3D設計的工具，允許用戶方便的處理獲得的數(shù)據(jù)模型或進行產(chǎn)品的概念設計?？焖巽@孔程序是一個基于知識庫的自動產(chǎn)生鉆孔程序，它能使代碼產(chǎn)時間動態(tài)地減小90%，且對任何格式下的CAD模型操作都非常簡便。（4）5軸加工Cimatron為用戶提供了從定位5軸到多軸聯(lián)動的全方位加工功能。新版本的其他改進還將包括全局余量控制，加強了粗加工中平面銑的功能，同時讓Delcam專利的擺線加工策略中對弧度的控制更容易操作。Mastercam還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的方法，加工最復雜的零件。CAXA制造工程師提供了優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工編程工具。6．其他CAD/CAM軟件其他常用的CAD/CAM軟件的還包括DASAL公司的CATIA、Pathtrace 公司的EdgeCAM、SolidCAM公司的SolidCAM、TekSoft公司的CAMWorks、HZS公司的SPACEE，等等。2．銑削加工模塊Mastercam（2～5軸加工）的Operations Manager（操作管理器）把同一加工任務的各項操作集中在一起。修改幾何模型后，相關的尺寸標注自動更新。實體切割路徑驗證切削可以查看毛坯材料的實體切割過程；并可以查看在線切割路徑里任何一點的行動信息，具有強有力的零件模型化功能。目前常用的CAM軟件種類較多，其中的基本功能大同小異，并在此基礎上發(fā)展出各自的特色。刀具的中心點沿著刀軌依次經(jīng)過每一個刀位點，從而切削出工件的形狀。刀具的表面成型運動通常分為主運動和進給運動。這種偏置關系取決于刀具的形狀和大小。圖18（b）為等高線刀軌（又稱環(huán)切刀軌），即所有刀位點都分布在與刀軸（z軸）垂直的一組平行平面內(nèi)。 （a）行切刀軌 （b）等高線刀軌圖18 刀軌形式圖以上所描述的僅僅是刀位點計算的基本思路，而CAM軟件中實際采用的計算方法要復雜得多，而且隨著軟件的不同會有許多具體的變化。過去只用于汽車工業(yè)高速化的機種（15000r/min以上的機種），現(xiàn)在已成為必備的機械產(chǎn)品要件。 （3）安全與環(huán)保：凡是可能傷害人身的地方都加有安全警示裝置。所謂伺服，是指有關的傳動或運動參數(shù)，均嚴格依照數(shù)控裝置的控制指令實現(xiàn)。由于絲杠螺距誤差，以及受載后絲杠、軸承變形等影響，半閉環(huán)對檢測結果的校正并不完全，控制精度比閉環(huán)要低一些。l 輪廓控制數(shù)控機床：能對兩個或更多的坐標運動進行控制（多坐標聯(lián)動），刀具運動軌跡可為空間曲線。l 三坐標數(shù)控機床：可完成復雜型面的加工，數(shù)控銑床中以三坐標數(shù)控銑床最常見，在機械制造、模具制造中廣泛應用。通常配置一個旋轉(zhuǎn)坐標軸（回轉(zhuǎn)工作臺）。然而不管是刀具移動還是工件移動，機床坐標系永遠假定刀具相對于靜止的工件而運動。若以x′、y′、z′表示工作臺和刀具的運動坐標，而以x、y、z表示刀具相對工件的運動坐標，則顯然有x′= x、y′=y、z′=z。由于手工編程難以承擔復雜曲面的編程工作，因此自第一臺數(shù)控機床問世不久，美國麻省理工學院即開始研究自動編程的語言系統(tǒng)，稱為APT（Automatically Programmed Tools）語言。這是因為：（1）手工編程是自動編程的基礎，自動編程中許多核心的經(jīng)驗都是來源于手工編程。一般情況下，一個基本的數(shù)控程序由以下幾個部分組成：（1）程序起始符。每個程序段又由若干個程序字（WORD）組成，每個程序字表示一個功能指令，因此又稱為功能字，它由字首及隨后的若干個數(shù)字組成（例如，X100）。 常用的數(shù)控指令數(shù)控程序字按其功能的不同可分為若干種類型，下面分別予以簡單介紹。如刀具以250mm/min的速度直線插補運動到點（100，100，100）的指令格式為：G01 F250（3）G0G03：順時針和逆時針圓弧插補，即刀具以指定的速度以圓弧運動到指定的位置。用半徑為R的刀具切削工件時，刀軌必須始終與切削輪廓有一個距離為R的偏置，在手工編程中進行這種偏置計算往往十分麻煩。G92是根據(jù)刀具起始點與加工坐標系的相對關系確定加工坐標系，其格式示例為：G92 表示刀具當前位置（一般為程序起點位置）處于加工坐標系（20，30，40）處，這樣就等于通過刀具當前位置確定了加工坐標系的原點位置。（4）M0M09：冷卻液開、關。（4）刀具功能字：用字符T及隨后的號碼表示，因此也稱為T指令。（3）工藝分析。M02/M30也將停止主軸，但主軸所受的扭力較大，機床主軸齒輪壽命受損。打開冷卻液（G00為模態(tài)指令，可省略）N5 G41 G01 Y5. D03 F250 。直線插補P7N11 G02 Y0 。（1）工藝的內(nèi)容十分具體。例如，數(shù)控機床在做鏜盲孔加工時，它就不知道孔中是否已擠滿了切屑，是否需要退一下刀，而是一直鏜到結束為止。一般情況下，在選擇和決定數(shù)控加工內(nèi)容的過程中，有關工藝人員必須對零件圖或零件模型作足夠具體與充分的工藝性分析。顯然，對這兩種類型的加工表面可采用不同的加工方式以提高加工效率和質(zhì)量，即對水平平面部分采用平底銑刀加工，刀軌的行間距可超過刀具的半徑，以提高加工效率。2．加工工藝路線規(guī)劃在數(shù)控工藝路線設計時，首先要考慮加工順序的安排，加工順序的安排應根據(jù)零件的結構和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的需要來考慮，重點是保證定位夾緊時工件的剛性和利于保證加工精度。如果協(xié)調(diào)銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾，最好的辦法是建立下一工序向上一工序提出工藝要求的機制，例如，要不要留加工余量，留多少；定位面與定位孔的精度要求及形位公差；對校形工序的技術要求；對毛坯的熱處理狀態(tài)要求等。l 切削工藝控制：切削工藝包括了切削用量控制（包括切削深度、刀具進給速度、主軸旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速控制等）、加工余量控制、進退刀控制、冷卻控制等諸多內(nèi)容，是影響加工精度、表面質(zhì)量和加工損耗的重要因素。 多數(shù)交互式圖形自動編程軟件可以對繪制的2D輪廓直接加工，特別是對于以AutoCAD為主要制圖工具的企業(yè)，只需讀入DWG圖形即可進行快速的編程，無疑是加工作業(yè)的最佳選擇。切槽加工在實際應用中主要用于一些形狀簡單的，圖形特征是二維圖形決定的，側面為直面或者傾斜度一致的工件為粗加工，例如，模具的鑲塊槽等。 3軸加工的刀軌形式3軸加工的刀軌形式比較多，一般軟件多提供10種以上的刀軌形式，而且在3軸加工中。特別是在加工部位太陡、太深、需要延長加長刀刃的情形，由于刀具太長加工時偏擺太大，往往也用等高切削的方式，來減少刀具受力。圖113 數(shù)控加工的零件等高切削功能不僅提供多樣化的加工方式同時允許刀具在整個加工過程中，能在均勻的受力狀態(tài)下，做最快、最好的切削。使用者可以設定刀具局部受力的進給率，例如，第一刀切削，刀具路徑往復時，刀具路徑轉(zhuǎn)角時降低進給速度。（7）提供多種進/退刀方式：等高切削提供垂直方向的直接進刀、螺旋進刀和斜線進刀等方式，改善刀具初始切削的受力情況。大多曲面銑削是按一定的方式將刀具路徑投影到曲面上生成的。（4）曲面區(qū)域加工：生成在曲面上封閉區(qū)域內(nèi)刀具軌跡，在指定范圍內(nèi)，刀軌按指定的角度、步距將加工路徑均勻分布于3D模型上，如此可達成等切削量、等切削方向的加工。較為普遍的是使用球頭刀對有凹凸的曲面進行精加工。在垂直方向可以直接進刀，也可以在垂直方向使用擴展進退刀、圓弧進退刀等進退刀方式。此刀軌形式可以自動分析并偵測母模穴的角落及凹谷部分，針對復雜的模型也有能力運算。另外某些軟件提供了在等高加工中對層間的曲面提供二次加工的方法，可以是等高加投影加工，針對多曲面以等高方式做半精加工或精修，在設定限制銑削角度范圍內(nèi)進行口袋投影來加工；等高加水平夾角加工，針對多曲面以等高方式做半精加工或精修，圖117顯示了混合加工刀軌的局部。在精加工中，平行切削具有很廣泛的適應性，平行切削加工獲得的刀痕一致，整齊美觀。4．螺旋切削刀具路徑從中心以螺旋方式向內(nèi)或向外移動，螺旋切削不同于其他的走刀方式之處在于：其他走刀方式在每一道路徑之間有不連續(xù)之橫向進刀，造成刀具路徑方向的突然改變，螺旋切削的橫向進刀則是平滑地向外部螺旋展開，沒有路徑方向上的突然改變。圖122 放射方式走刀 加工對象及加工區(qū)域的設置所有CAM軟件都是根據(jù)加工對象的幾何信息來進行刀軌計算的，這就是為什么CAM必須以CAD為前提的主要原因。而交互式圖形編程的第一步就是要在CAM軟件中明確指定加工對象的幾何造型，即“通知”CAM軟件有哪些加工對象（幾何造型）需要數(shù)控加工，以便進行數(shù)控編程計算。螺旋切削與環(huán)繞切削相似，可選擇從里向外或從外向里兩種方式。 （a）單向 （b）往復圖118 平行方式走刀2．環(huán)繞切削環(huán)繞切削以繞著輪廓的方式清除素材，并逐漸加大輪廓，直到無法放大為止。合理地選擇走刀方式，可以在付出同樣加工時間的情況下，獲得更好的表面加工質(zhì)量。多刀清角之路徑可指定由外而內(nèi)，亦或是由內(nèi)而外銑削，避免刀具一次吃料太深而產(chǎn)生不良加工現(xiàn)象。（5）可以進行負余量的切削：使用球頭刀或者有圓角的平底刀進行等高切削時，可以設置加工余量為負值，這對加工電極設置放電間隙及其方便。其中，用殘余高度來控制加工誤差、刀路間距控制刀具路徑密度的方法加工的零件，其表面光潔度無論在平緩處還是在陡斜處，都是一致的。l 整體半精加工：用曲面區(qū)域加工，指定切削方向為45176。用這樣的刀具路徑加工出的零件更光滑。例如，做型芯加工時，系統(tǒng)通常會在工件以外下刀再水平進入切削。對于加工已經(jīng)經(jīng)過初處理的工件，使用非常方便。CAM軟件利用所選用的刀具，分層沿等高加工面計算，所以能產(chǎn)生準確的刀具路徑。以下用一實例來說明等高切削的應用，如圖113所示的零