兰州资源环境职业技术学院教案 项目五 CAM技术——制造工程师数控铣编程
一、CAM基础知识
1．CAM首先在后置处理中必须配置好机床，这是正确输出代码的关键；其次读懂图纸，用曲线曲面和实体表达工件；然后根据工件形状，选择合适的加工方式，生成刀具轨迹；最后产生G代码传输给数控机床。
2．前置处理与后置处理
（1）前置处理：将CAD设计的模型，通过CAM软件计算产生刀位轨迹的整个过程叫前置处理。
（2）后置处理：将刀位轨迹转换成机床所能接受的程序代码（G代码）的过程叫做后置处理。
（一）CAM和CAD的差异 1．本质区别
CAD造型的目的是为了将产品的形状和配合关系表达清楚，它要求的几何表达方式比较统一且必须是完整的，一般是三维实体或曲面；CAD实体造型应该能够自动转换成二维平面图纸。
CAM造型是为加工服务的，目的是为了给加工轨迹提供几何依据，虽然加工造型的基础是设计造型，但是它的造型表现形式不一定使用统一的几何表达方式，它可以是二维线框、三维曲面、三维实体或它们的混合体。CAM造型不一定都能生成图纸。
2．CAM对造型的特别要求 （1）尽量用二维替代三维
大多数机床在做三维曲面或实体的加工中使用直线插补方式，它的精度没有直接生成的二维轨迹高也没有生成二维轨迹的速度快。所以CAM加工中的基本原则是能用二维轨迹完成的尽量不用三维轨迹做。
（2）化整为零提高运行效率
在PC机上进行三维实体设计，当零件的复杂程度加大时，运行效率会很慢。对于CAM来说，同样会遇到这种问题，较好的解决方法就是化整为零。CAM不同于CAD，复杂零件如果拆开设计会有很多麻烦，CAM则是完全可以的。很多企业的应用经验告诉我们，将一个零件分成很多局部进行CAM造型及加工是可行的，尤其是在低档PC上。有些企业甚至将一个完整型腔的粗加工都划分为多个区域进行加工。
（二）概述 1．加工类型
（1）按运动方式：两轴、两轴半、三轴联动、四轴、五轴 其中， ??两轴加工：指机床的X和Y两轴联动，而Z轴固定，两轴加工适用于加工平面。
??两轴半加工：在两轴加工的基础上增加了Z轴的移动， 在X和Y两轴固定时， Z轴上下移动。 ?
??三轴加工： X和YZ轴三轴联动，三轴加工适合各种非平面的加工，即曲面加
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工。
（2）按走刀方式：单向、往复、环切、摆线、插铣 （3）按切削量：粗加工、半精加工、精加工 2．轮廓和区域 （1）轮廓
指首尾相接的曲线边界，可以闭合，也可以不闭合，但不能自交。 （2）区域和岛
区域指由一个闭合的轮廓围成的内部空间，其内部可以有”岛”，岛也是由闭合轮廓界定的。
3．CAM加工顺序：自顶向下，由外到内。
因此，平面加工（平面轮廓加工、平面区域加工、区域加工）和等高线加工采用层铣来实现。
4．生成刀位轨迹需要考虑的问题
（1）坐标系放在哪？Z轴的方向对不对。 （2）设置加工毛坯
（3）选择什么样的加工方式（粗、精加工， 如何走刀，单向、往复、还是环切。） （4）确定切削区域，加工边界、加工深度等 （5）用什么刀具？多大？
（6）其它参数确定：每层切削深度（层高）、每刀吃多宽（行距）、切削用量、如何进刀，如何退刀？……
5．毛坯
定义毛坯、显示毛坯、隐藏毛坯。 在CAXA ME中毛坯为长方体。 系统提供了三种毛坯定义的方式。 ??两点方式 通过拾取毛坯的两个角点（与顺序，位置无关）来定义毛坯。 ??三点方式 通过拾取基准点，拾取定义毛坯大小的两个角点（与顺序，位置无关）来定义毛坯。
??参照模型 系统自动计算模型的包围盒，以此作为毛坯。 6．刀具
CAXAME主要针对数控加工，目前提供3种铣刀：球刀(R= r)、端刀(r =0)、 R刀(R>r)，.其中R为刀具的半径，r为刀角半径。刀具参数中还有刀杆长度L和刀刃长度l。
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刀具的选择原则：
(1)曲面形状复杂有起伏时，选用球刀； (2)在两轴中建议采用端刀；
(3)选择刀刃长度和刀杆长度时以不干涉为原则。 注：刀具切到了不该切的部分，称为干涉现象。 (1)自身干涉
指加工表面中存在刀具切削不到的地方时存在过切现象。 (2)面间干涉
指在加工一系列面时，可能会对其他表面产生过切现象。 8．编程坐标和机床坐标
机床坐标——CAXA绝对坐标==原始坐标 工作坐标——数控编程中实验使用的坐标 9．顺铣与逆铣
（1）顺铣：铣刀旋转方向与工件的进给方向相同。 ??顺铣时，刀齿开始和工件接触时的切削厚度大，从表面的硬质层开始切入，刀齿受到很大的冲击负荷，很快变钝，一般尽量采用顺铣法。
??精铣时一般采用顺铣来保证精度。
（2）逆铣：铣刀旋转方向与工件的进给方向相反。 ??逆铣时，切削由薄变厚，刀齿从已经加工表面切入，对铣刀的使用有利。 ??逆铣时， 铣刀接触工件时，不能马上切入金属层，而是在已加工表面滑动一小段距离.在滑动过程中，由于强烈的摩擦，会产生大量的热量，同时在待加工表面形成硬化层，影响工件表面光洁度。
??当工件表面有硬质层和积渣，工件硬度不均匀，表面凸凹不平较显著时，易于
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采用逆铣
二、数控加工实例
案例1 区域式粗加工
加工图示的冲孔凸模(实际生产用的毛坯120X80X30的板料)
一、分析
该凸模属于典型的轮廓套轮廓，且底面为平面的零件，所以有“等高线粗加工”和“区域式粗加工”两种方式可以选择。该加工方法属于两轴加工，其优点是不必有三维模型，只要给出零件的外轮廓和岛屿，就可以生成加工轨迹。
二、加工参数 1．加工参数
(1)加工方向：顺铣、逆铣
(2)XY切入：定义同一平面内加工参数、行距，残留高度 (3)Z方向切入：层高，输入Z方向的切削用量，
残留高度：输入铣削通过时的残余量.指定时将动态显示。
(4)拐角半径：在拐角部分加上圆弧，设定拐角部插补圆角防止高速切削时过切。 (5)加工精度：计算模型的轨迹小于此值。
加工余量：相对模型表面的残留高度，可以为负，但不超过刀角半径。 (6)加工坐标系：生成轨迹所在的局部坐标系
(7)起始点：刀具的初始位置和沿某轨迹走刀结束后的停留位置。 2．切入切出 (1)XY向 ??不设定：不设定水平接近。 ??圆弧：设定圆弧接近。在轮廓加工和等高线加工中，从形状相切的方向接近工件。其中”半径”指输入接近圆滑弧的半径。
(2)螺旋 ??半径：输入螺旋半径 ??螺距：用于螺旋的切削用量的输入 (3)接近点和返回点 ??根据模型或者加工条件，从接近点开始移动或者移动到返回点的部分可能与领
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域发生干涉情况。避免方法有变更接近位置点或者返回位置点。
3．切削用量参数
(1)主轴转速：切削时机床主轴转动的角速度。(转/分钟) 主轴转速在普通机床中以N表示，数控加工中以S表示。 (2)慢速下刀速度：从慢速下刀高度到切入工件前的速度。 下刀方式选项卡菜单在所有加工方法中都存在，其作用是设定加工过程中刀具下刀方式。
(3)连接速度：用于有往复加工的方式。一般要小于进给速度。 (4)切削速度：正常切削的刀具行进的线速度。
刀具快速移动而不会与毛坯和工件干涉的高度.有相对和绝对两种方式。 ①相对：以切入和切出或切削开始或结束的位置的刀位为参考点。 ②绝对：以当前坐标系的XOY平面为参考平面。 ③拾取：选择
(5)退刀速度：刀具离开工件回到安全高度时，刀具的行进时的速度。在切入或开始切削结束后的一段刀位轨迹的位置长度，这段轨迹一慢速下刀速度垂直向上进给。
??相对：以切入或切削开始或结束位置的刀位为参考点。 ??绝对：以当前坐标系的XOY平面为参考平面。 ??拾取：选择
案例2 轮廓线精加工
如图所示的凸模(实际生产用的毛坯是带圆角的板料)
分析：
该凸模需要加工部分的切削量很小，用直径20的端刀沿止口的轮廓线走刀就能完成加工，选用”轮廓线精加工”方法合适。
装夹：为了和设计基准一致，将工件的坐标圆点选在零件底面中心，用毛坯底面，侧面定位，虎钳夹紧。
案例3 旋钮型腔模零件的加工方法和加工程序。
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