【導(dǎo)讀】通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)該理解CAD/CAM自動(dòng)編程的一般過(guò)程，了解CAD/CAM軟件的常識(shí)，掌握簡(jiǎn)單的數(shù)控加工與數(shù)控程序相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，特別需要了解在CAM數(shù)控編程中需要應(yīng)用到的數(shù)控加工工藝知識(shí)，并在學(xué)習(xí)應(yīng)用過(guò)程中不斷積累與提高。數(shù)控編程技術(shù)包含了數(shù)控加工與編程、金屬加工工藝、CAD/CAM軟件操作等多方面知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，其主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)。3軸銑加工是最常用的一種加工類型，而3軸銑加工編程是目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)控編程技術(shù)。由于CAM軟件自動(dòng)編程具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡(jiǎn)便、便于檢查和修改等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)外數(shù)控加工普遍采用的數(shù)控編程方法。因此，在無(wú)特別說(shuō)明的情況下，數(shù)控編程一般是指交互式圖形編程。因此，絕大多數(shù)的數(shù)控編程軟件同時(shí)具備CAD的功能，因此稱為CAD/CAM一體化軟件。由于現(xiàn)有的CAD/CAM軟件功能已相當(dāng)成熟，因此使得數(shù)控編程的工作大大簡(jiǎn)化，對(duì)編程人員的技術(shù)背景和創(chuàng)造力的要求也大大降低，為該項(xiàng)技術(shù)的普及創(chuàng)造了有利的條件。

　　

【正文】 峭時(shí)，通常用等高加工的方式進(jìn)行側(cè)面的精加工。通過(guò)限定高度值，只作一層切削，等高切削可用于平面的精加工，以及清角加工。特別是在加工部位太陡、太深、需要延長(zhǎng)加長(zhǎng)刀刃的情形，由于刀具太長(zhǎng)加工時(shí)偏擺太大，往往也用等高切削的方式，來(lái)減少刀具受力。目前最流行的高速切削機(jī)，也是等高切削的使用者。以下用一實(shí)例來(lái)說(shuō)明等高切削的應(yīng)用，如圖113所示的零件，毛坯為六面平整的長(zhǎng)方體，脫模斜度為1176。，用手工編程方法計(jì)算量太大，而利用交互式圖形自動(dòng)編程軟件編程加工，可以用等高切削完成所有的加工。l 粗加工：利用等高切削的粗加工進(jìn)行毛坯切削，保留精加工余量，使用圓鼻刀進(jìn)行環(huán)繞切削。l 精加工側(cè)面：利用等高切削的精加工對(duì)側(cè)面進(jìn)行精銑。l 精加工底平面：用等高切削的粗加工方式，選擇平行切削方式，選擇所有面為加工面，定義頂面的邊線為刀具中限心限制輪廓，定義起始高度與終止高度為40。l 清角：用平底的端銑刀加工，用等高切削的精加工定義起始高度與終止高度均為40，即可在側(cè)面的底部作一刀清角加工。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(shí)允許刀具在整個(gè)加工過(guò)程中，能在均勻的受力狀態(tài)下，做最快、最好的切削。（1）刀具使用沒有限制：NC程序設(shè)計(jì)師可以依照工具機(jī)的性能、工件材質(zhì)、夾持方式及切削效率的綜合考慮，自由選用平刀、球刀、圓鼻刀等刀具進(jìn)行等高切削。CAM軟件利用所選用的刀具，分層沿等高加工面計(jì)算，所以能產(chǎn)生準(zhǔn)確的刀具路徑。（2）能自動(dòng)偵測(cè)倒推撥區(qū)域：大部分CAM軟件能自動(dòng)偵測(cè)加工范圍內(nèi)的倒推撥區(qū)域，并自動(dòng)計(jì)算出最佳的刀具路徑，不會(huì)產(chǎn)生刀柄與工件干涉的路徑。（3）提供多樣化的刀具路徑型式：等高切削一般提供平行切削、環(huán)繞切削、沿邊環(huán)繞切削等走刀方式。而且每種切削方法還可以選擇單向、雙向切削或者順銑、逆銑的指定各種不同的切削方式的應(yīng)用主要取決于所加工工件的形狀。（4）產(chǎn)生刀具受力均勻的加工路徑：數(shù)控加工時(shí)，NC程序設(shè)計(jì)師或機(jī)臺(tái)操作員，往往為了避免NC程序中，局部刀具受力過(guò)大，而造成刀具嚴(yán)重?fù)p耗的情形，降低了整體路徑的進(jìn)給速率，而影響了整個(gè)加工效率。等高切削可以提供多樣的進(jìn)給速率設(shè)定方式，來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。使用者可以設(shè)定刀具局部受力的進(jìn)給率，例如，第一刀切削，刀具路徑往復(fù)時(shí)，刀具路徑轉(zhuǎn)角時(shí)降低進(jìn)給速度。（5）具有加工素材及成品體的觀念：加工素材及成品體的運(yùn)用，讓使用者在不修改CAD模型的情形下，能便利的進(jìn)行等高粗加工及精加工的計(jì)算。對(duì)于加工已經(jīng)經(jīng)過(guò)初處理的工件，使用非常方便。（6）可對(duì)不同的面設(shè)定不同的加工余量：在模具設(shè)計(jì)中，由于成品幾何形狀的規(guī)范，往往需定義不同肉厚、合模面、靠破面及一般成品面。而在切削加工時(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到因側(cè)面與平面有不同的精度要求而設(shè)置不同的余量。為了方面NC程序設(shè)計(jì)師在單一CAD模型上設(shè)定NC程序，在等高切削中，NC設(shè)計(jì)師可在個(gè)別加工曲面上設(shè)定不同的預(yù)留量（正值及負(fù)值），以提高NC程序的設(shè)計(jì)效率。在加工圖113所示零件時(shí)，平面可以一次加工到位，而側(cè)面需作精加工時(shí)，可以將側(cè)面選成一組，而將平面選成另一組，余量為0。這樣在粗加工時(shí)，平面將直接加工到位。（7）提供多種進(jìn)/退刀方式：等高切削提供垂直方向的直接進(jìn)刀、螺旋進(jìn)刀和斜線進(jìn)刀等方式，改善刀具初始切削的受力情況?？梢杂墒褂谜咧付ㄟM(jìn)刀點(diǎn)，軟件也能自動(dòng)決定系統(tǒng)認(rèn)為的最佳進(jìn)刀點(diǎn)。例如，做型芯加工時(shí)，系統(tǒng)通常會(huì)在工件以外下刀再水平進(jìn)入切削。等高切削在水平方向可以設(shè)定為法向進(jìn)刀和切向進(jìn)刀，同時(shí)對(duì)于全周輪廓的加工提供螺旋降層的方式，即每一層的進(jìn)刀并不與上層在同一位置，確保沒有進(jìn)刀痕的產(chǎn)生，改善進(jìn)刀點(diǎn)的加工質(zhì)量。（8）可以進(jìn)行負(fù)余量的切削：使用球頭刀或者有圓角的平底刀進(jìn)行等高切削時(shí)，可以設(shè)置加工余量為負(fù)值，這對(duì)加工電極設(shè)置放電間隙及其方便。（9）提供陡峭程度的自動(dòng)判別：層銑精加工適合于做側(cè)壁較為陡峭的側(cè)面，而對(duì)于較平緩的表面，在兩層之間留下的殘余量較大。某些軟件提供了在做精加工時(shí)自動(dòng)判斷陡峭度是否在用戶限定的范圍之內(nèi)，對(duì)于超出該范圍的，軟件不產(chǎn)生刀軌或者按面銑的方式進(jìn)行加工。2．曲面銑削曲面銑削簡(jiǎn)稱為面銑，包括各種按曲面進(jìn)行銑削的刀軌形式，通常有沿面加工、沿線投影、沿面投影等方式，不同的軟件有不同的稱呼方法，但基本的原理及定義方法相類似。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。（1）沿面加工：這個(gè)加工方式允許選取數(shù)個(gè)曲面作為參考依循，則加工路徑將沿著該曲面的UV參數(shù)線方向產(chǎn)生刀具路徑。用這樣的刀具路徑加工出的零件更光滑?？梢詫?duì)多個(gè)曲面進(jìn)行加工，但要求曲面必須是相接的，而且其參數(shù)線方向最好保持一致，以保證產(chǎn)生的刀具軌跡是連續(xù)的。（2）平行軸向投影加工：這個(gè)工法將會(huì)直接對(duì)整個(gè)曲面群，以刀軸方向?qū)⑶邢骶€投影在加工表面上，并且進(jìn)行刀具的半徑補(bǔ)償，產(chǎn)生刀具路徑?？梢远x多個(gè)復(fù)雜的邊界作為加工區(qū)域的限制，也提供多種下刀方式。（3）曲面輪廓加工：提供封閉的邊界線素，系統(tǒng)將以平行邊界環(huán)繞的方式，對(duì)整個(gè)加工表面，鋪上3D間距均等的刀具路徑，可以完成等量、等方向的切削。通常使用于整體表面的精修，可因應(yīng)高速加工的需求，得到最有效率的加工路徑。（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(dá)成等切削量、等切削方向的加工。圖114 鼠標(biāo)凸模零件如圖114所示的鼠標(biāo)凸模進(jìn)行數(shù)控加工，以下幾個(gè)部分的加工使用沿面切削，這樣可以獲得零件在最短的加工時(shí)間內(nèi)獲得較高的表面光潔度。l 整體半精加工：用曲面區(qū)域加工，指定切削方向?yàn)?5176。，保留精加工余量，使用圓鼻刀切削。l 精加工頂面淺色部分：用曲面輪廓加工；選擇淺色的邊緣為限定輪廓，使用圓鼻刀切削。l 精加工圓角深色部分：用沿面加工，按其垂直方向的參數(shù)線方向進(jìn)行切削，使用球頭刀加工。沿面切削不僅提供多樣化的刀軌方式選擇，在很多情況下，會(huì)出現(xiàn)各種加工都可以用的情形，而且在某些條件下，不同的刀軌方式生成的刀具路徑可能是相同的，但在另一些情形下，不同的刀軌形式生成的刀具路徑可能有很大的差別。（1）刀具使用沒有限制：NC程序設(shè)計(jì)師可以依照工具機(jī)的性能、工件材質(zhì)、夾持方式及切削效率的綜合考慮，自由選用平刀、球刀、圓鼻刀等刀具進(jìn)行沿面切削。較為普遍的是使用球頭刀對(duì)有凹凸的曲面進(jìn)行精加工。（2）控制精銑后零件表面的光潔度：沿面切削提供多種方法控制精銑后零件表面的光潔度。其中，用殘余高度來(lái)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(wú)論在平緩處還是在陡斜處，都是一致的。而使用固定步距來(lái)加工，則可以取得一致的刀路方向，刀痕比較漂亮。（3）提供多樣化的走刀方式：沿面切削一般提供平行切削、環(huán)繞切削、放射切削等走刀方式。而且每種切削方法還可以選擇單向、雙向切削的指定。各種不同的切削方式的應(yīng)用主要取決于所加工工件的形狀。（4）提供多種進(jìn)/退刀方式：沿面切削提供在水平方向法向、切向、圓弧等多種進(jìn)/退刀方式，來(lái)滿足實(shí)際加工的需要。在垂直方向可以直接進(jìn)刀，也可以在垂直方向使用擴(kuò)展進(jìn)退刀、圓弧進(jìn)退刀等進(jìn)退刀方式。使用者可以同時(shí)結(jié)合指定進(jìn)刀點(diǎn)，合理使用進(jìn)退刀方式可以確保加工的安全性和表面質(zhì)量。（5）可以進(jìn)行負(fù)余量的切削：使用球頭刀或者有圓角的平底刀進(jìn)行等高切削時(shí)，可以設(shè)置加工余量為負(fù)值，這對(duì)加工電極設(shè)置放電間隙及其方便。3．插式銑削圖115 插銑銑削插式銑削也稱鉆銑加工或直搗式加工，當(dāng)加工較深的工件時(shí)可以使用兩刃插銑以鉆銑的方式快速粗加工，這是加工效率最高的去除殘料的加工方法，鉆銑完成后，可以同時(shí)選用以插刀的方式對(duì)輪廓進(jìn)行精銑，圖115所示的是一插銑加工的實(shí)例。4．曲線加工曲線加工是生成切削三維曲線的刀具軌跡，也可以將曲線投影到曲面上進(jìn)行沿投影線的加工。通常應(yīng)用在生成型腔的沿口以及刻字等。由于其直接沿曲線進(jìn)行插補(bǔ)，所以路徑長(zhǎng)度最短。5．清角加工清角加工可自動(dòng)偵測(cè)大刀具銑削后之殘留余料區(qū)域，再以小刀具針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行后續(xù)處理。此刀軌形式可以自動(dòng)分析并偵測(cè)母模穴的角落及凹谷部分，針對(duì)復(fù)雜的模型也有能力運(yùn)算。自動(dòng)清角刀具路徑主要分為三種：第一，單刀清角；第二，單刀再加以左右補(bǔ)正之多刀清角；第三，參考前一把刀之多刀清角等。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。具備兩階段的路徑編修過(guò)濾動(dòng)作，且涵蓋上述投影功能的各種優(yōu)勢(shì)設(shè)定，為最實(shí)用的清角功能之一。自動(dòng)殘料交線清角加工：殘料加工，只需要指定前一步驟所使用的刀具大小，即可直接計(jì)算殘留余料的區(qū)域，再針對(duì)此區(qū)域進(jìn)行沿面多刀精修，同時(shí)自動(dòng)分析加工表面之傾斜度，將以等高的方式，先行解決陡峭區(qū)域的加工困擾。自動(dòng)殘料多刀清角加工：這個(gè)工法能夠自動(dòng)辨識(shí)加工件凹處的殘料區(qū)域，直接對(duì)曲面的交線處，以最快的方式一刀走過(guò)清除材料。用戶只要指定一個(gè)想象參考刀具直徑，系統(tǒng)就能夠知道那些是必須要再加工的位置，刀具在執(zhí)行加工動(dòng)作的過(guò)程中，對(duì)于相鄰的表面及進(jìn)退刀的路徑，都會(huì)有過(guò)切保護(hù)的處理；加工件中如果存在險(xiǎn)峻的角落時(shí)，如果只顧判斷順逆銑的加工，經(jīng)常在由下而上的加工過(guò)程中，造成刀具的斷裂，這時(shí)候可以自由指定一傾面角度，來(lái)執(zhí)行傾面加工模式，系統(tǒng)將自動(dòng)判別較陡峭的區(qū)域一律先行由上而下只插刀的方式加工，如圖116所示為自動(dòng)殘料多刀清角加工的刀具軌跡。圖116 清角加工6．混合加工某些軟件利用等高環(huán)繞加工及投影式加工這兩種刀軌形式的互補(bǔ)特性，以指定的限制傾角，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)3D模型劃分出平緩或陡峭的區(qū)域，較陡峭的表面進(jìn)行等高降層環(huán)繞加工，較平坦的表面進(jìn)行投影式加工，得到最適宜的加工方式。另外某些軟件提供了在等高加工中對(duì)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(duì)多曲面以等高方式做半精加工或精修，在設(shè)定限制銑削角度范圍內(nèi)進(jìn)行口袋投影來(lái)加工；等高加水平夾角加工，針對(duì)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。圖117 混合加工的刀軌 走刀方式的選擇針對(duì)相同的刀軌形式還可以選擇不同的走刀方式，通常走刀方式有平行切削、環(huán)繞切削、螺旋切削、放射切削等，例如，在等高加工的粗加工中，有平行切削、環(huán)繞切削、素材環(huán)切等選擇，而在投影加工中一般會(huì)有平行、環(huán)繞、放射等選擇。合理地選擇走刀方式，可以在付出同樣加工時(shí)間的情況下，獲得更好的表面加工質(zhì)量。1．平行切削平行切削也稱為行切法加工，平行切削是指刀具以平行走刀的方式切削工件，可以選擇單向或往復(fù)兩種方式，并且可以指定角度，角度指生成的刀位行與X軸的夾角。單向切削在刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，始終朝一個(gè)方向進(jìn)行切削加工，在到達(dá)加工邊界（一行刀位的終點(diǎn)）后，抬刀到安全高度，再沿直線快速走刀到下一行的首點(diǎn)，再以給定的進(jìn)刀方式進(jìn)刀，并沿著相同的方向進(jìn)行下一刀位行的切削，如圖218（a）所示；往復(fù)加工時(shí)，刀具以順逆銑混合的方式加工工件，即刀具進(jìn)行切削加工時(shí)，并不是始終朝一個(gè)方向進(jìn)行切削加工，而是一行順銑，到達(dá)加工邊界后直接轉(zhuǎn)向進(jìn)行下一行的切削加工，變成逆銑，而再一行又變成順銑，如此交錯(cuò)進(jìn)行。利用往復(fù)加工可以節(jié)省抬刀時(shí)間，如圖118（b）所示。平行切削可以靈活地設(shè)定加工角度，以最合適的角度對(duì)工件進(jìn)行加工。在粗加工時(shí)，平行切削具有最高的效率，一般其切削的步距可以達(dá)到刀具直徑的70%～90%。在精加工中，平行切削具有很廣泛的適應(yīng)性，平行切削加工獲得的刀痕一致，整齊美觀。但是對(duì)邊界不規(guī)則的凸?；蛐颓?，平行切削在零件側(cè)壁的殘余量很大。 （a）單向 （b）往復(fù)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(wú)法放大為止。如此可減少提刀，提升銑削效率。刀具以環(huán)繞輪廓走刀方式切削工件，可選擇從里向外或從外向里兩種方式。使用環(huán)繞切削方法，生成的刀具路徑在同一層內(nèi)不抬刀，并且可以將輪廓及島嶼邊緣加工到位，是做粗加工或精加工時(shí)都是比較好的選擇，如圖119所示為跟隨周邊刀軌的示意圖。3．毛坯環(huán)切毛坯環(huán)切在等高加工的粗加工中應(yīng)用，它按照成型部分等距離偏移，直至到達(dá)中心或邊界。毛坯環(huán)切提供高效率的粗坯料加工路徑，輪廓部分留料均勻有利于精加工，同時(shí)其切削負(fù)荷相對(duì)固定，也是深陡加工面加工的良好選擇，圖120所示為跟隨部件的刀軌實(shí)例。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(dòng)，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(jìn)刀，造成刀具路徑方向的突然改變，螺旋切削的橫向進(jìn)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。由于此導(dǎo)向方式保持固定的切削速度及平滑的刀具運(yùn)動(dòng)，可以得到較好的精加工表面，并使刀具負(fù)載相同，適合應(yīng)用于高速切削。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。由于沒有由一個(gè)環(huán)向相鄰一環(huán)過(guò)渡的刀痕，表面具有更好的質(zhì)感，如圖121所示的是螺旋走刀方式的示意圖。 圖119 跟隨周邊 圖120 跟隨部件圖121 螺旋方式走刀5．放射切削放射切削也稱為放射加工，刀具由零件上任一點(diǎn)或者指定的空間點(diǎn)，沿著向四周散發(fā)的路徑加工零件。這種走刀方法適合于加工在接近放射中心點(diǎn)的部位曲率比較大，而遠(yuǎn)離放射中心的部位曲率比較小的零件。例如，半球形零件，使用放射切削可以獲得較為平均的殘余量以及較高品質(zhì)的加工表面，如圖122所示是放射方式走刀的示意圖。圖122 放射方式走刀 加工對(duì)象及加工區(qū)域的設(shè)置所有CAM軟件都是根據(jù)加工對(duì)象的幾何信息來(lái)進(jìn)行刀軌計(jì)算的，這就是為什么CAM必須以CAD為前提的主要原因。CAD的工作是在計(jì)算機(jī)中建立加工對(duì)象（產(chǎn)品）的幾何模型，稱為產(chǎn)品的三維（或二維）造型，其中包括了該產(chǎn)品的完整的幾何信息（包括顯示信息）。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(duì)象的幾何造型，即“通知”CAM軟件有哪些加工對(duì)象（幾何造型）需要數(shù)控加工，以便進(jìn)行數(shù)控編程計(jì)算。需要注意的是，加工對(duì)象（或編程對(duì)象）與加工工序密切相關(guān)，并不僅僅是指產(chǎn)品（成品）的幾何造型。如粗加工工序的編