CAM在加工中心上的应用—以泵盖为例

按加工工序分类

加工中心按加工工序分类，可分为镗铣与车铣两大类。 （1）镗铣 （2）车铣 按控制轴数分类 三轴加工中心 四轴加工中心 五轴加工中心

按主轴与工作台相对位置分类

卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。

卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。

（2）立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小 型壳体类复杂零件。

立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。

此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。

万能加工中心：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具刃具等工件的加工。

多工序集中加工的形式扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。 3．加工中心的优点

工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。

加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右(普通机床仅为15～20％)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。 4．加工中心与数控铣床

与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、

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机械本体、液压系统等各部分组成。

但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。 5．加工中心操作要点

为了简化定位与安，夹具的每个定位面相对加工中心的加工原点，都应有精确的坐标尺寸。

为保证零件安装方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，及定向安装。

能经短时间的拆卸，改成适合新工件的夹具。由于加工中心的辅助时间已经压缩得很短，配套夹具的装卸不能占用太多时间。

夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度。

夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，安装夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉。

保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成。

对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉。

尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时在工艺文件中说明。

夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证0.01—0.02mm以内，表面粗糙度不大于Ra3.2um。

3、CAM在加工中心的应用

3.1 CAM软件基本功能分析

CAM软件最基本的功能是前置处理和后置处理功能。

前置处理，系统的数据输入接口。在对一个零件进行数控编程前，必须首先获得零件的模型信息。许多CAM软件自身具备CAM造型系统，可直接进行零件造型设计，设计完成后再进行工艺设计，直至数控编程。但在大部分情况下，造型设计工程师和加工设计工程师采用的可能是不同的CAM软件，需要CAM软件可以读取其他CAM软件完成的设计结果，这就要求CAM软件的数据输入接口应该能够正确读取多种常用CAM软件的输出数据。大多数CAM软件能提供多种格式的数据输入接口，比如IGES,DXF,STL,SAT等通用接口，有的还具有针对一些著名的CAM软件如Pro/E,UG,CAYIA的专门接口。但不同的CAM软件所“专长“的数据格式不同，支持的程度也有所差异，因此最好选用几个有代表性的零件，对CAM软件支持的数据格式做实验，检查其是否能正确读取数据信息。

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3.2 加工支持的走刀方式及其他工艺适应性

加工质量与CAM软件对加工工艺的支持密切相关，比如走刀方式跟加工表面质量就有很大的关系。铣削加工中，单纯的直线往复走刀行切，在加工平面轮廓时表面质量还可以，但是加工曲面齿廓，则需要沿轮廓线进行环形走刀行切才可以达到较高的表面质量。因此对于不同零件或同一个零件的不同部位，不同轮廓形状处，需要不同的走刀方式。除了走刀方式之外，还要注意到软件是否提供过切保护，刀杆的干涉检查，甚至是加工过程的模拟仿真表现形式等辅助功能。

后置处理，后置处理是数控加工中的一个重要环节，主要任务是把CAM软件前置处理生成的刀轨和工参信息文件，转换成特定机床控制器可接受的特定格式的数控代码文件——NC程序。刀轨文件不能直接驱动机床，因为不同机床控制对程序格式和指令都有不同要求。不同机床，即使加工相同，代码及格式也不尽相同。只有结合特定机床要求的格式，生成该机床能够识别的NC程序，才能驱动机床，这就要求CAM软件能够提供多种不同机床的后置处理，要有用户化后置处理功能，以便用户能直接编辑、修改已有的后处理文件。后置处理后，需要将得到的数控代码传输到数控机床引导机床进行加工，过去常采用RS232接口进行数据传输，需要专门的软件支持，现在许多CAM软件本身就具有该数据传输功能。

3.3 应用CAM软件的原则和方法

只有最适用的才是最好的。满足前置处理和后置处理等基本功能的CAM软件有多种，每一种都有自己的不同特点，我们应广泛了解和对比，以满足需要为前提进行选择，见图1。

图1 应用CAM软件的原则和方法

选择时，除价格因素外，还应考虑以下几方面:

1.操作使用的方便性：一致友好的操作界面及简洁实用的操作方法，对于使用者来说是无形的帮助。Windows系统操作风格的软件，不用培训就可以摸索着进行操作，要比Unix系统上的软件容易学习和使用。为此首先应注意软件的安装对操作系统及硬件的要求，其次，软件功能及操作的简洁一致非常重要。

2.集成化程度：不少CAM软件是CAD/CAM的集成，通常由多个功能模块组成，如三维绘画、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础，进行统一管理，这样既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运行时间。

3.CAD功能：性能完善的CAM软件的CAD模块是一个高效的造型设计工具，应具有参数化设计功能、三维实体模型与二维工程图形相互转化并关联的功能。当然，还要考虑与其他CAD/CAM软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，能支持哪几种

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图形文件转换，能否从其他系统顺利读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其他系统。

4.CAM功能及检测：CAM软件的CAM功能应能提供一种交互编程并产生加工轨迹的方法，它包括刀具路径、刀具参数、切削参数设置等内容。CAM功能检测应注意以下几方面:(1)建立二维和三维刀具路径的难易程度;(2)加工方法的多样性;(3)刀具路径是否易于编辑和修改;(4)是否具有刀具和材料数据库，能否自动生成进给速度和主轴转速等切削参数;(5)有无内置的防碰撞和防过切功能;(6)能否手动调节机加工参数及缺省值;(7)能否对加工过程进行模拟和估算加工时间。

5.后处理程序及数控加工代码的输出:一般的CAM软件利用后处理程序提供用户化的数控加工代码的输出，使用户能够灵活地将NC程序用于不同的数控系统。选择软件时，应了解以下几方面:(1)提供哪些后处理和数据加工程序，是否包括线切割、电火花、车削或多轴数控加工编程的后处理程序;(2)后处理输出的加工程序能否细调，以使数控加工代码的输出符合用户的要求;(3)能否将NC程序反向处理，显示刀具路径。

3.4 使用CAM设计零件三维图形

以泵盖为例，泵盖零件图如下。

图2 泵盖零件图

3.5 CAM加工

CAM 加工步骤包括：

(1)零件加工刀具路径确定。根据加工工艺的安排，选用相应工序所使用的刀具，根据零件的要求选择加工毛坯，同时正确选择工件坐标原点，建立工件坐标系统，确定工

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件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种工艺参数设定。

(2)零件的模拟数控加工。设置好刀具加工路径后，利用Master CAM 系统提供的零件加工模拟功能图，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程，降低材料消耗，提高生产效率。 3.5.1 编制加工工艺

1. 毛坯的选择：毛坯为铸造件。

2. 铣外形；Ф12铣刀铣Ф28圆台至尺寸。 3. 铣28.6-34圆锥台至尺寸。 4. 铣底台至尺寸。 5. 用Ф14钻头钻Ф15孔。 6. 用Ф12铣刀铣Ф19孔至18.5。 7. 用Ф12铣刀铣Ф15孔至Ф14.5。 8. 精镗Ф19和Ф15孔至尺寸。 9.用Ф6钻头钻Ф7通孔 10.用Ф5铣刀铣Ф7孔至Ф6.5 11. 用Ф5铣刀铣Ф12孔至Ф11.5 12. 精镗Ф7和Ф12孔至尺寸 13．去毛刺、清洗、检验。 3.5.2 切削用量的选择

一般铣削的精加工余量为0.2-0.5mm。1．背吃刀量的选择 铣削时固定循环每次1mm.钻孔时每5mm一抬刀。2．主轴转速的选择 铣削时S=800mm/min,钻孔时S=500mm/min。3．进给速度的选择 铣削时F=500mm/min,钻孔时F=80mm/min。 3.5.3 拟定加工工序卡片

表1 泵盖零件数控加工工序卡片

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