【正文】 面A。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(xiàn) 劃底面線(xiàn)A，劃φ47JSφ52JS7及90177。所謂“柔性”即是靈活、通用、萬(wàn)能，可以適應(yīng)加工不同形狀工件的自動(dòng)化機(jī)床。 圖 110下面介紹數(shù)控機(jī)床的主要特點(diǎn)。1970年首次展出了第一臺(tái)用計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床（CNC）。為了解決上述問(wèn)題，并滿(mǎn)足新產(chǎn)品的開(kāi)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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單件小批量生產(chǎn)約占加工總量的75%～80%。在頻繁的開(kāi)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。 數(shù) 控 機(jī) 床 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期提出了越來(lái)越高的要求。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)。編程允許誤差越大，則刀位點(diǎn)的間距越大；反之越小。然而，由于數(shù)控機(jī)床通常只能完成直線(xiàn)和圓弧線(xiàn)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(xiàn)或圓弧運(yùn)動(dòng)，如圖14所示。（3）刀位點(diǎn)的計(jì)算。 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(xiàn)上，這組交線(xiàn)稱(chēng)為理想刀軌，平行平面的間距稱(chēng)為刀軌的行距。其中圖18所示為行切刀軌，即所有刀位點(diǎn)都分布在一組與刀軸（z軸）平行的平面內(nèi)。把刀位點(diǎn)在偏置面上的分布形式稱(chēng)為刀軌形式。由此可見(jiàn)，刀位點(diǎn)計(jì)算的前提是首先根據(jù)刀具的類(lèi)型和尺寸計(jì)算出加工表面的偏置面。這種偏置關(guān)系取決于刀具的形狀和大小。（1）加工表面的偏置。下面簡(jiǎn)單介紹數(shù)控加工刀位點(diǎn)的計(jì)算原理。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度和主軸轉(zhuǎn)速是刀具切削運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)主要參數(shù)，對(duì)加工質(zhì)量、加工效率有重要的影響。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。在曲面加工中，相鄰兩條數(shù)控刀軌之間會(huì)留下未切削區(qū)域，如圖15所示，由此造成的加工誤差稱(chēng)為殘余高度，它主要影響加工表面的粗糙度。由于數(shù)控刀軌只能由直線(xiàn)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。數(shù)控編程的任務(wù)是計(jì)算出數(shù)控刀軌，并以程序的形式輸出到數(shù)控機(jī)床，其核心內(nèi)容就是計(jì)算出數(shù)控刀軌上的刀位點(diǎn)。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(chēng)為數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。 圖 12 圖 13 數(shù)控刀軌是由一系列簡(jiǎn)單的線(xiàn)段連接而成的折線(xiàn)，折線(xiàn)上的結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為刀位點(diǎn)。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(chēng)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。數(shù)控銑床、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)是模具行業(yè)中最常用的數(shù)控加工設(shè)備，其中以數(shù)控銑床應(yīng)用最為廣泛。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。它的主要功能包括數(shù)據(jù)輸入輸出、加工軌跡計(jì)算與編輯、工藝參數(shù)設(shè)置、加工仿真、數(shù)控程序后處理和數(shù)據(jù)管理等。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。 計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備主要有工作站和微機(jī)兩種。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。數(shù)控程序文件可以通過(guò)傳輸軟件傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的控制器上，由控制器按程序語(yǔ)句驅(qū)動(dòng)機(jī)床加工。數(shù)控程序文件可以用記事本進(jìn)行打開(kāi)。（7）生成數(shù)控程序。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。在完成參數(shù)的設(shè)置后，CATIA將自動(dòng)進(jìn)行刀軌的計(jì)算。這是參數(shù)設(shè)置中最主要的內(nèi)容之一。q 設(shè)置刀具及機(jī)械參數(shù)：針對(duì)每一個(gè)加工工序選擇適合的加工刀具并在CATIA中設(shè)置相應(yīng)的機(jī)械參數(shù)，包括主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給、切削液控制等。q 設(shè)置加工對(duì)象：用戶(hù)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。參數(shù)設(shè)置可視為對(duì)工藝分析和規(guī)劃的具體實(shí)施，它構(gòu)成了利用CATIA進(jìn)行數(shù)控編程的主要操作內(nèi)容，直接影響生成的數(shù)控程序質(zhì)量。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(xiàn)。對(duì)于通過(guò)公共數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式得到的零件CAD模型，看似光滑的曲線(xiàn)可能存在斷點(diǎn)，看似一體的曲面在連接處可能不相交，這樣可以通過(guò)修整或者創(chuàng)建輪廓線(xiàn)構(gòu)造出最佳的加工邊界曲線(xiàn)。q 增加安全曲面。對(duì)于因有不加工部位存在而造成的曲面空缺部位，應(yīng)該補(bǔ)充完整。q 清理隱藏對(duì)加工不產(chǎn)生影響的元素。q 確定坐標(biāo)系。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 加工工藝和加工方式確定：如刀具選擇、加工工藝參數(shù)和切削方式的選擇等。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。數(shù)控銑加工的工藝適應(yīng)性也是有一定限制的，對(duì)于尖角、細(xì)小的筋條等部位是不適合加工的，應(yīng)使用線(xiàn)切割或者電加工來(lái)加工；而某些加工內(nèi)容可能使用普通機(jī)床有更好的經(jīng)濟(jì)性，如孔的加工可以使用鉆床、回轉(zhuǎn)體加工可以用車(chē)床來(lái)加工。加工工藝分析和規(guī)劃主要包括以下內(nèi)容。（2）加工工藝分析及規(guī)劃。CATIA也具有健壯的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，用戶(hù)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。零件的CAD模型是數(shù)控編程的前提和基礎(chǔ)，CATIA數(shù)控程序的編制必須有CAD模型作為加工對(duì)象。其流程如圖11所示。CATIA提供了多種加工類(lèi)型用于各種復(fù)雜零件的粗精加工，用戶(hù)可以根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、加工表面形狀和加工精度要求選擇合適的加工類(lèi)型。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)。它的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)帶來(lái)了深刻的變化。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。第1章 數(shù)控編程及加工工藝基礎(chǔ)數(shù)控（Numerical Control，NC）的定義是：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。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。數(shù)控加工技術(shù)集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、傳感檢測(cè)、信息處理、光機(jī)電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)。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)控編程的基本過(guò)程數(shù)控編程的主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)（Cutter Location，CL點(diǎn)）。對(duì)于不同的加工類(lèi)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。（1）建立或者獲取零件模型。CATIA是具有強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)，用戶(hù)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。獲取零件模型的具體方法將在第2章中詳細(xì)介紹。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。q 加工對(duì)象的確定：通過(guò)對(duì)模型的分析，確定工件的哪些部位需要在數(shù)控銑床上或者數(shù)控加工中心加工。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。q 加工工藝路線(xiàn)規(guī)劃：從粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程規(guī)劃，以及加工余量分配。（3）完善零件模型。零件模型的完善通常有以下一些內(nèi)容。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。q 修補(bǔ)部分曲面。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。q 對(duì)輪廓曲線(xiàn)進(jìn)行修整。q 構(gòu)建刀路限制邊界。（4）設(shè)置加工參數(shù)。參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面。q 設(shè)置切削方式：指定刀軌的類(lèi)型及相關(guān)參數(shù)。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。（5）生成數(shù)控刀路。（6）檢驗(yàn)數(shù)控刀路。對(duì)檢查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)該調(diào)整參數(shù)的設(shè)置，再重新進(jìn)行計(jì)算、校驗(yàn)，直到準(zhǔn)確無(wú)誤。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。在生成數(shù)控程序后，還需要檢查這個(gè)程序文件，特別對(duì)程序及程序尾部分的語(yǔ)句進(jìn)行檢查，如有必要可以修改。 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。它由計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程軟件組成。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。計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程軟件即是通常所說(shuō)的CAM軟件，它是計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)的核心。目前常用的CAM軟件種類(lèi)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。數(shù)控加工技術(shù)可以應(yīng)用在幾乎所有的加工類(lèi)型中，如車(chē)、銑、刨、鏜、磨、鉆、拉、切斷、插齒、電加工、板材成型和管料成型等。 加工原理機(jī)床上的刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為表面成形運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)成形運(yùn)動(dòng)或切削運(yùn)動(dòng)。圖12和圖13分別是一個(gè)平面輪廓加工和一個(gè)曲面加工的切削示意圖。刀具的中心點(diǎn)沿著刀軌依次經(jīng)過(guò)每一個(gè)刀位點(diǎn)，從而切削出工件的形狀。由于數(shù)控機(jī)床一般只能以直線(xiàn)或圓弧這兩種簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，因此數(shù)控刀軌只能是由許多直線(xiàn)段和圓弧段將刀位點(diǎn)連接而成的折線(xiàn)。在數(shù)控加工誤差中，與數(shù)控編程直接相關(guān)的有兩個(gè)主要部分：（1）刀軌的插補(bǔ)誤差。（2）殘余高度。 圖 14 圖 15刀具的表面成形運(yùn)動(dòng)通常分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是主軸相對(duì)工件的平動(dòng)，其傳動(dòng)質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)床的加工性能。 刀位計(jì)算如前所述，數(shù)控編程的核心內(nèi)容是計(jì)算數(shù)控刀軌上的刀位點(diǎn)。數(shù)控加工刀位點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程可分為3個(gè)階段。如圖16所示，刀位點(diǎn)是刀具中心點(diǎn)的移動(dòng)位置，它與加工表面存在一定的偏置關(guān)系。例如，當(dāng)?shù)毒邽榘霃絉的球頭刀時(shí)，刀軌（刀具中心的移動(dòng)軌跡）應(yīng)當(dāng)在距離加工表面為R的偏置面上，如圖17所示。 圖 16 圖 17（2）刀軌形式的確定。圖18和圖19所示是兩種最常見(jiàn)的刀軌形式。圖19所示為等高線(xiàn)刀軌（又稱(chēng)環(huán)切刀軌），即所有刀位點(diǎn)都分布在與刀軸（z軸）垂直的一組平行平面內(nèi)。也就是說(shuō)，刀軌形式一旦確定下來(lái)，就能夠在加工表面的偏置面上以一定行距計(jì)算出理想刀軌。如果刀具中心能夠完全按照理想刀軌運(yùn)動(dòng)的話(huà)，其加工精度無(wú)疑將是最理想的。刀位點(diǎn)的間距稱(chēng)為刀軌的步長(zhǎng)，其大小取決于編程允許誤差。以上所描述的僅僅是刀位點(diǎn)計(jì)算的基本思路，而CAM軟件中實(shí)際采用的計(jì)算方法要復(fù)雜得多，而且隨著軟件的不同會(huì)有許多具體的變化。刀位點(diǎn)的密度不僅指刀軌的行距，還指刀軌的步長(zhǎng)，它們是影響數(shù)控編程精度的主要因素。雖然許多生產(chǎn)企業(yè)（如汽車(chē)、家用電器等制造廠(chǎng)）已經(jīng)采用了自動(dòng)機(jī)床和專(zhuān)用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，可以提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，但是由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，這就要求企業(yè)必須不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。另外，在機(jī)械制造業(yè)中，并不是所有產(chǎn)品零件都具有很大的批量。對(duì)于單件、小批，復(fù)雜零件的加工，若用“剛性”自動(dòng)化設(shè)備加工，則生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且加工精度也很難符合要求。美國(guó)麻省理工學(xué)院在20世紀(jì)50年代成功地研制出第一臺(tái)數(shù)控銑床。圖110左圖所示就是CNC數(shù)控銑床，右圖所示是數(shù)控加工中心。1．高柔性數(shù)控銑床的最大特點(diǎn)是高柔性，即可變性。數(shù)控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）和攻螺紋等加工，而且一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。（2）刨（或銑）底面A。（4）鏜加工（用鏜模） 銑端面，鏜φ52JSφ47JS7，保持中心距90177。（6）鉆孔攻絲 鉆攻8M6孔。如果用數(shù)控銑床加工，只需把工件的基準(zhǔn)面A加工好，可在一次裝夾中完成銑端面、鏜φ52JSφ47JS7及鉆攻8M6孔，也就是將工序（4）、（5）和工序（6）合并為1道工序加工。如果采用數(shù)控銑床加工，只需將工件程序指令改變一下（～1h），即可根據(jù)新的圖樣進(jìn)行加工。2．高精度目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量（即每輪出一個(gè)脈沖后滑板的移動(dòng)量）。另外，數(shù)控加工還可避免工人操作所引起的誤差，一批加工零件的尺寸統(tǒng)一性特別好，產(chǎn)品質(zhì)量能得到保證。如數(shù)控銑床，一般不需要使用專(zhuān)用夾具和工藝裝備。更主要的是數(shù)控銑床的萬(wàn)能形帶來(lái)高效率，如一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，工序高度集中，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并減少了工件的裝夾誤差。數(shù)控銑床都有快進(jìn)、快退、快速定位功能，可大大減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。對(duì)于復(fù)雜的成形面加工，生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。操作者除了操作鍵盤(pán)、裝卸工件和中間測(cè)量及觀(guān)察機(jī)床運(yùn)行外，不需要進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，可大大減輕勞動(dòng) 強(qiáng)度。（1）按機(jī)床數(shù)控運(yùn)動(dòng)軌跡劃分q 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：指在刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)，只控制刀具相對(duì)于工件位移的準(zhǔn)確性，不考慮兩點(diǎn)間的路徑，如數(shù)控鉆床。q 輪廓控制數(shù)控機(jī)床：能對(duì)兩個(gè)或更多的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制（多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)），刀具運(yùn)動(dòng)軌跡可為空間曲線(xiàn)。（2）按伺服系統(tǒng)控制方式劃分q 開(kāi)環(huán)控制機(jī)床：價(jià)格低廉，精度及穩(wěn)定性差。q 閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：精度高，穩(wěn)定性難以控