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第一部分基本知识介绍

1、CAD/CAM技术的应用

（1）CAD系统完成的工作

①零件的几何建模设计

②部件的装配设计

③零件图及部件装配图设计

④零件的有限元分析

⑤各台微机之间的零部件数据（包括图形）交换等。

（2）CAM系统完成的工作

①系统应可以建立二维和三维刀具路径

②系统应能实现多种加工方法

③系统应能实现刀具路径的编辑和修改

④系统应具备刀具数据库和材料数据库，系统应能自动生成进给速度和主轴转速

⑤系统有内置的防碰撞和防过切功能

⑥系统应能人工调整任何机加工缺省值（如进给速度、主轴转速等）

⑦系统应能对加工过程进行模拟，并可以估算加工时间

2、CAD/CAM常用软件

CATIAUGNXPRO/ECIMATRONMASTRECAMCAXA制造工程师XP

CAXA数控车

3、数控自动编程的一般过程（图1-1）

图1-1自动编程的一般过程

4、模具数控加工常识

（1）模具数控机床切削加工零件的一个完整过程，一般分为八个阶段。

（图1-2）

①第一阶段是刀具由机床原点到位于起止高度面的起点，此阶段各坐标轴快速移动。

②第二阶段刀具由起点到位于安全高度的开始点，此阶段刀具以GOO指令方式进给。

③第三阶段是刀具由开始点到位于慢下刀高度的切人点，此阶段刀具以接近速度进给。

④第四阶段是由切人点到切人工件，此阶段刀具以切削速度按切人矢量方向进给，以保证切人安全及切人质量（无接刀痕）。

⑤第五阶段是刀具切削工件，刀具以切削速度进给切削，切削完毕后以切削速度退到退出点。

⑥第六阶段是刀具从退出点到退刀点，刀具以退刀速度退出切削行程。

⑦第七阶段是刀具由位于安全高度的退刀点到位于起止高度的返回点。

刀具以

快速进给速度返回原位。

⑧最后阶段是刀具由返回点快速归位于机床原点。

图1-2数控机床切削加工阶段

（2）起止高度、安全高度和慢下刀高度

①起止高度：

进退刀时刀具的初始高度，起止高度应大于安全高度。

②安全高度：

在此高度上，刀具可以快速移动而不发生任何干涉。

安全高度应大于工件的最大高度。

③慢速下刀高度：

每一次下刀过程中，刀具从起止高度以G00速度快速下刀，当距起切点某一高度时，刀具以接近速度下刀，此高度即称为慢速下刀高度。

（3）铣削刀具类型、参数

数控铣床在切削加工中，常采用三种类型刀具：

球刀、端刀和圆角刀。

对铣刀的参数如图1-3，其中R为刀具半径，r为刀角半径，L刀杆长度，l为刀刃长度。

①球刀：

R=r的铣刀，在加工具有复杂曲面的零件中广泛使用，其刀心与刀尖不重合。

②圆角刀：

也称R刀，它为r

其刀尖位于刀端面圆的中心点。

③端刀：

它为r=0的铣刀，其刀心与刀尖重合，在平面加工中应用很广泛。

图1-3球刀、端刀和圆角刀

（4）车削刀具类型（图1-4）

图1-4常用车刀类型

（5）行距、刀次与残留高度、对刀点（图1-5）

①行距：

加工轨迹相邻两行刀具轨迹之间的距离。

②刀次：

所加工的曲面在进给方向上的走刀次数。

③残留高度：

三轴加工时，由于行距造成两行间的一些材料未被切除，这些材料的最

高处距造型曲面的距离即为残留高度。

图1-5行距、刀次与残留高度

5．切削用量的选择

（1）背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ac（圆周铣）

如图1-6所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ap为切削层深度，圆周铣削时ap为被加工表面的宽度。

侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ac为被加工表面宽度，圆周铣削时ac为切削层深度。

端铣背吃刀量和圆周铣侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量要求决定。

①工件表面粗糙度要求为Ra3.2～12.5µm，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.5～1.0mm。

图1-6铣刀铣削用量

②工件表面粗糙度要求为Ra0.8~3.2µm，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。

半精铣时端铣背吃刀量或圆周铣削侧吃刀量取1.5~2mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3~0.5mm，端铣背吃刀量取0.5~1mm。

（2）进给速度vf

进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。

它与铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz（单位为mm/z）有关。

进給速度的计算公式：

vf=fzZn

式中:

每齿进给量fz的选用主要取决于工件材料和刀具材料的机械性能、工件表面粗糙度等因素。

当工件材料的强度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件刚性差或刀具强度低，fz值取小值。

硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀的选用值，每齿进给量的选用参考表见表1-1

表1-1　铣刀每齿进给量fz参考表（mm／每齿）

工件材料

圆柱铣刀

面铣刀

立铣刀

杆铣刀

成形铣刀

高速钢

嵌齿铣刀

硬质合金

嵌齿铣刀

铸钢

0.2

0.2

0.07

0.05

0.04

0.3

0.1

软（中硬）钢

0.2

0.2

0.07

0.05

0.04

0.3

0.09

硬钢

0.15

0.15

0.06

0.04

0.03

0.2

0.08

镍铬钢

0.1

0.1

0.05

0.02

0.02

0.15

0.06

高镍铬钢

0.1

0.1

0.04

0.02

0.02

0.1

0.05

可锻铸铁

0.2

0.15

0.07

0.05

0.04

0.3

0.09

铸铁

0.15

0.1

0.07

0.05

0.04

0.2

0.08

青铜

0.15

0.15

0.07

0.05

0.04

0.3

0.1

黄铜

0.2

0.2

0.07

0.05

0.04

0.3

0.21

铝

0.1

0.1

0.07

0.05

0.04

0.2

0.1

Al-Si合金

0.1

0.1

0.07

0.05

0.04

0.18

0.08

Mg-Al-Zn合金

0.1

0.1

0.07

0.04

0.03

0.15

0.08

Al-Cu-Mg合金Al-Cu-Si

0.15

0.1

0.07

0.05

0.04

0.2

0.1

（3）切削速度

铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。

其原因是fz、ap、ae、Z增大时，使同时工作齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。

如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，相应提高切削速度。

表1-2列出了铣削切削速度的参考值。

Vc=

切削速度Vc计算公式：

d（mm）;铣刀直径π（3.14）:

圆周率n（r/min）:

主轴转速vc（m/min）:

切削速度

表1-2铣刀的切削速度参考表（m／min）

工件材料

铣刀材料

碳素钢

高速钢

超高速钢

Stellite

K

P

钢

6～42

36～150

铝

75～150

150～300

240～460

300～600

黄铜（软）

12～25

20～50

45～75

100～180

青铜（硬）

10～20

20～40

30～50

60～130

铸铁（软）

10～12

15～25

18～35

28～40

75～100

铸铁（硬）

10～15

10～20

18～28

45～60

铸铁（冷硬）

10～15

12～18

30～60

可锻铸铁

10～15

20～30

25～40

35～45

75～110

铜（中）

10～15

15～25

18～28

40～60

高速钢钻头切削用量的选用参考表见表1-3,常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量见表1-4,根据螺纹尺寸推荐的钻头直径见表1-5

表1-3高速钢钻头切削用量的选用参考表（v：

m／min，f：

mm／r）

工件材料

σb

（MPa）

钻头直径（mm）

2～5

6～11

12～18

19～25

26～50

v

f

v

f

v

f

v

f

v

f

钢

490以下

20～25

0.1

20～25

0.2

30～35

0.2

30～35

0.3

25～30

0.4

490～686

20～25

0.1

20～25

0.2

20～25

0.2

25～30

0.2

25

0.2

686～882

15～18

0.05

15～18

0.1

15～18

0.2

18～22

0.3

15～20

0.35

686～1078

10～14

0.05

10～14

0.1

12～18

0.15

16～20

0.2

14～16

0.3

铸铁

118～176

25～30

0.1

30～40

0.2

25～30

0.35

20

0.6

20

1.0

176～294

15～18

0.1

14～18

0.15

16～20

0.2

16～

0.3

16～18

0.4

黄铜

软

50以下

0.05

50以下

0.15

50以下

0.3

50以下

0.45

50以下

－

青铜

软

35以下

0.05

35以下

0.1

35以下

0.2

35以下

0.35

35以下

－

表1-4常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量参考表（mm）

米制螺纹

螺距

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

牙深

0.649

0.974

1.299

1.624

1.949

2.273

2.598

背吃刀量及切削次数

1次

0.7

0.8

0.9

1.0

1.2

1.5

1.5

2次

0.4

0.6

0.6

0.7

0.7

0.7

0.8

3次

0.2

0.4

0.6

0.6

0.6

0.6

0.6

4次

0.16

0.4

0.4

0.4

0.6

0.6

5次

0.1

0.4

0.4

0.4

0.4

6次

0.15

0.4

0.4

0.4

7次

0.2

0.2

0.4

8次

0.15

0.3

9次

0.2

英制螺纹

牙／in

24牙

18牙

16牙

14牙

12牙

10牙

8牙

牙深

0.678

0.904

1.016

1.162

1.355

1.626

2.033

背吃刀量及切削次数

1次

0.8

0.8

0.8

0.8

0.9

1.0

1.2

2次

0.4

0.6

0.6

0.6

0.6

0.7

0.7

3次

0.16

0.3

0.5

0.5

0.6

0.6

0.6

4次

0.11

0.14

0.3

0.4

0.4

0.5

5次

0.13

0.21

0.4

0.5

6次

0.16

0.4

7次

0.17

表1-5根据螺纹尺寸推荐的钻头直径参考表

螺纹直径

钻头直径mm

螺距mm

螺纹直径

钻头直径mm

螺距mm

M公制粗牙螺纹

M公制挤压螺纹

M4

M4．5

M5

M6

M7

M8

M9

M10

M11

M12

M14

M16

M18

M20

M22

M24

M27

M30

M33

M36

M39

M42

M45

M48

M52

3．30

3．70

4．20

5．00

6．00

6．80

7．80

8．50

9．50

10．20

12．00

14．00

15．50

17．50

19．50

21.00

24．00

26．50

29.50

32.00

35．00

37.50

40．50

43．00

47．00

0.7

0.75

0.8

1

1

1．25

1．25

1．5

1．5

1．75

2

2

2．5

2，5

2，5

3

3

3．5

3．5

4

4

4.5

4．5

5

5

M4

M5

M6

M7

M8

M10

M12

M14

M16

3．70

4.63

5．50

6．51

7.40

9．25

11．12

13．00

15，00

0.7

0．8

1

1

1．25

1．5

1．75

2

2

6．CAD/CAM实验步骤（图1-7）

图1-7CAD/CAM实验步骤

1、具体过程：

①零件造型（计算机）

②后置处理生成G代码（计算机）

③加工仿真（计算机）

④开机通电（机床）

⑤机床回参考点（机床）

⑥程序输入和空运行（机床）

⑦工件、刀具装夹（机床）

⑧对刀、设置刀补（机床）

⑨首件试切（机床）

FANUC0i-TG代码命令

G代码

组别

        解释

G00

01

定位（快速移动）

G01

直线切削

G02

顺时针切圆弧（CW，顺时钟）

G03

逆时针切圆弧（CCW，逆时钟）

G04

00

暂停（Dwell）

G09

停于精确的位置

G20

06

英制输入

G21

公制输入

G22

04

内部行程限位有效

G23

内部行程限位无效

G27

00

检查参考点返回

G28

参考点返回

G29

从参考点返回

G30

回到第二参考点

G32

01

切螺纹

G40

07

取消刀尖半径偏置

G41

刀尖半径偏置（左侧）

G42

刀尖半径偏置（右侧）

G50

00

修改工件坐标；设置主轴最大的RPM

G52

设置局部坐标系

G53

选择机床坐标系

G70

00

精加工循环

G71

内外径粗切循环

G72

台阶粗切循环

G73

成形重复循环

G74

Z向步进钻削

G75

X向切槽

G76

切螺纹循环

G80

10

取消固定循环

G83

钻孔循环

G84

攻丝循环

G85

正面镗孔循环

G87

侧面钻孔循环

G88

侧面攻丝循环

G89

侧面镗孔循环

G90

01

（内外直径）切削循环

G92

切螺纹循环

G94

（台阶）切削循环

G96

12

恒线速度控制

G97

恒线速度控制取消

G98

05

每分钟进给率

G99

每转进给率

FANUC0i-T辅助功能（M功能）

M代码

说明

M00

程序停

M01

选择停止

M02

程序结束（复位）

M03

主轴正转（CW）

M04

主轴反转（CCW）

M05

主轴停

M08

切削液开

M09

切削液关

M40

主轴齿轮在中间位置

M41

主轴齿轮在低速位置

M42

主轴齿轮在高速位置

M68

液压卡盘夹紧

M69

液压卡盘松开

M78

尾架前进

M79

尾架后退

M98

子程序调用

M99

子程序结束

M98

子程序调用

M99

子程序结束

例1、车削加工如图1所示零件，材料HT200。

完成零件的车削加工造型，生成加工轨迹，根据数控系统要求进行后置处理，生成CAM编程NC代码，将NC代码导入机床完成零件加工。

图1

数控车加工工序单

图纸编号

工件名称

操作人员

编程时间

文件存档位置及档名

序号

工序名

刀具

类型

刀尖

半径

刀尖

角度

切削

深度

转速

进给量

加工

时间

备注

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

后置处理宏程序

程序头

$G17G21$DCMP_OFF$LCMP_OFF$WCOORDG80G90@$SPN_F$SPN_SPEED$SPN_CW

G21G21G40G49G54G80G90

S3000M03

换刀

$SPN_OFF@T$TOOL_NOMO6@$SPN_F$SPN_SPEED$SPN_CW

M05

T02M06

S200M03

程序尾

$SPN_OFF@$PRO_STOP

M05

M30

图3-9所示轴类零件加工，毛坯材料HT200直径Φ54mm长120mm。

车削如图3-49所示的手柄。

试计算并编程。

毛坯为φ25㎜×100㎜棒材，材料为45钢。

加工图3-47所示的套筒零件，毛坯直径为φ55mm，长为50mm，材料为45钢：

未注倒角1×45°

图3-47套筒零件

G功能由G代码及后接2位数表示，规定其所在的程序段的意义。

G代码有经下两种类型。

种类

意义

一次性代码

只在被指令的程序段有效

模态G代码

在同组其它G代码指令前一直有效

G代码

组别

功能

G00

01

定位（快速移动）

*G01

直线插补（切削进给）

G02

圆弧插补CW（顺时针）

G03

圆弧插补CCW（逆时针）

 G04

00

暂停，准停

 G28

返回参考点

    G32

01

螺纹切削

    G50

00

坐标系设定

  G65

 00

宏程序命令

G70

 00

精加工循环

G71

外圆粗车循环

G72

端面粗车循环

G73

封闭切削循环

G74

端面深孔加工循环

G75

外圆，内圆切槽循环

   G90

01

外圆，内圆车削循环

G92

螺纹切削循环

  G94

端面切削循环

 G96

02

恒线速开

G97

恒线速关

     *G98

03

每分进给

G99

每转进给

注1：

带有*记号的G代码，当电源接通时，系统处于这个G代码的状态。

注2：

00组的G代码是一次性G代码。

注3：

如果使用了G代码一览表中未列出的G代码，则出现报警（NO.010），或指令了不具有的选择功能的G代码，也报警。

注4:

在同一个程序段中可以指令几个不同组的G代码，如果在同一个程序段中指令了两个以上的同组G代码时，后一个G代码有效。

注5：

在恒线速控制下，可设定主轴最大转速（G50）。

注6：

G代码分别用各组号表示。

注7：

G02，G03的顺逆方向由坐标系方向决定。

车削加工如图3-55所示零件，材料LY11。

完成零件的车削加工造型，生成加工轨迹，根据数控系统要求进行后置处理，生成CAM编程NC代码，将NC代码导入机床完成零件加工。

车削如图3-49所示的手柄。

试计算并编程。

毛坯为φ25㎜×100㎜棒材，材料为45钢。

图3-49手柄零件图

用有凹槽的外径粗加工复合循环编制图3.3.29所示零件的加工程序，其中点划线部分为工件毛坯。

Φ40

Φ22.66

45°

Φ30.66

（8）

10

5

Φ18

Φ20

Φ28

Φ26.66

R10

R4

32.5

61.5

17

12

30°

图3.3.29G71有凹槽复合循环编程实例

数控车加工工序单

图纸编号

工件名称

操作人员

编程时间

文件存档位置及档名

序号

工序名

刀具

类型

刀尖

半径

刀尖

角度

切削

深度

转速

进给量

加工

时间

备注

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10