CAM WORKFLOW坐标系、后置处理、DNC

整理了生成刀具路径之前的准备（坐标系、毛坯、刀具）、生成之后的确认（仿真）以及传送给机床之前（后置处理器、传送）的要点。最后附上了首次运行程序前的检查清单。

⌖确定工件坐标系（程序原点）的方法

在 G54 等工件坐标系偏置中登记的，是在机床坐标系下看到的工件原点位置。刀长则输入刀具补偿（H）。位置关系为示意图。

数控系统中有机床固有的“机床坐标系”，以及根据工件设置的“工件坐标系”。工件原点在机床坐标系中的位置，要登记到工件坐标系偏置（G54 等）中。^[1][2]
CAM 的 WCS（工件坐标系）是后处理后 NC 程序所输出坐标的基准。原点可从模型原点、所选的点、毛坯包围盒的角、模型包围盒的角等中选择。单一资料·仅供参考^[3]
Z 轴朝向远离被切削面的方向（刀具一侧）。单一资料·仅供参考^[3]
在机床侧，用寻边器或测头等拾取工件位置，把与 CAM 中确定的原点相同的点登记到工件坐标系中。单一资料·仅供参考^[2]
窍门：把 CAM 的原点设在机床上容易拾取的点（毛坯的角、上表面、孔的中心等）。单一资料·仅供参考^[3][2]

G 代码辞典：G54〜G59、G92、G53、G43（刀具长度补偿）

▦毛坯的定义

在 CAM 的作业（加工设置）中，输入作为加工基础的毛坯大小和形状。输入毛坯后，可以减少空切动作。^[4][5]
如果有随工序推进而跟踪剩余毛坯的功能（更新中间毛坯），就能用于残料加工、减少空走刀以及干涉的确认。^[5][6][7]

⊓刀具库

登记刀具（形状、直径、刃长）和刀柄的台账。每个 CAM 都有自己的刀具库、刀具表。^[4][8][6]
在机床侧的刀具补偿表中，除刀长（H）、刀具直径（D）外，有的机床还可输入刃数、材质等，用于进给、转速的参考值计算。单一资料·仅供参考^[2]

刀柄、弹簧夹头、主轴锥孔的尺寸见刀具与刀柄页面。

÷切削条件的输入方法

为每把刀具输入转速、进给、切深。高效粗加工的思路是保持较小的径向切入量，作为代价取较深的轴向切深。^[9][10]
有的软件中，CAM 内部的进给单位与 NC 程序的单位（mm/min 等）不同。手动输入条件时，请确认单位栏。单一资料·仅供参考^[4]

摆线槽加工与高效粗加工的首次切深参考值，可在刀具路径的种类页面中计算。转速、进给见立铣刀、面铣刀计算器。

◎仿真、干涉检查

CAM 内的刀具路径、切削仿真：在 CAM 中回放路径，查看毛坯被切削的情形和刀具碰撞。在后置处理之前进行。^[11][12][4]
机床仿真：把机床结构（工作台、主轴头、旋转轴）也显示在屏幕上，确认刀具、刀柄、夹具、机床之间的干涉以及行程超限。五轴和复合加工尤其需要。^{[6][13][14][15]}
NC 程序验证（后处理后）：直接读取后置处理器输出的 NC 程序，再现机床动作来确认。不依赖 CAM。代表例是 VERICUT（CGTech，美国）和 NCVIEW（Simple Tech，日本国产）。NCVIEW 还能模拟宏程序、估算加工时间。^[16][15]
数控系统的图形显示：不移动机床，在数控系统的屏幕上绘制路径来确认。有的系统会把快速移动和切削进给用不同颜色区分。单一资料·仅供参考^[17]
CAM-TOOL 具有与 VERICUT 的联动功能（C&G Systems 的产品页面）^[18]

五轴机床的干涉检查见五轴的标定、干涉、夹具与刀具。

⇢后置处理器

后置处理器的编写方式因 CAM 而异（Fusion 用 JavaScript，FreeCAD 用 Python，NX 用 Post Configurator，Creo 用 GPOST）。

作用：把 CAM 生成的与机床无关的路径数据（CL 数据）翻译成适合特定机床和数控系统的 NC 程序的软件。它负责消化机床轴构成、可用 G/M 代码、格式的差异。^[19][4]
为什么重要：即使路径相同，没有适合各机床的后置处理器，也无法得到正确的 NC 程序。即便是公开发布的通用后置处理器，也不一定适合自己的机床，因此新的后置处理器要谨慎试用。^[20][4]

选择与修改方法

先选择适合自己机床和数控系统的通用后置处理器。发布的后置处理器不一定能直接适合自己的机床，所以新的后置处理器要小心试用。^[20][4]
如果没有合适的，就修改或新建后置处理器。后置处理器的语言和编写工具因 CAM 而异（Fusion 用 JavaScript，FreeCAD 用 Python，NX 用 Post Configurator，Creo 用 GPOST）。^{[20][4][22][8]}
编写好的后置处理器，要在实际机床上切削复杂曲面来验证。单一资料·仅供参考^[19]
单位（G20/G21）等输出设置由后置处理器或作业的输出设置决定。保存到模板中，可以防止每次忘记设置。单一资料·仅供参考^[4]

后置处理器的提供方式（按软件）

软件	后置处理器
Autodesk（Fusion）	以 JavaScript（.cps）编写的后置处理器在库中免费发放。可编辑^[20][21]
FreeCAD	内置多个后置处理器。没有合适的可自行编写（Python）。G20/G21 的单位由后置处理器决定^[4]
Siemens（NX）	通过 Post Configurator 等修改、新建后置处理器。也有创建机床运动学的工具^[22]
PTC（Creo）	Creo/NC GPOST（后置处理器生成工具）^[8]
GibbsCAM	拥有超过 1 万种后置处理器的库^[14]
Hexagon（WORKNC）	按机床定制的专用后置处理器^[23]

生成的 NC 程序的读法见G/M 代码辞典。

⇄DNC 运行与存储器运行

数控系统可存放 NC 程序的容量有限，大程序无法从系统存储器运行。多数数控系统具有通信功能，可以进行一边从外部传送一边加工的 DNC 运行（远程缓冲运行）。单一资料·仅供参考^[24]
用 RS-232C 连接时，要在数控系统的参数中对齐 I/O 通道、波特率、停止位等。设置的细节因设备厂商和年代而异。单一资料·仅供参考^[24]
通信电缆有不做流控制的 3 线式交叉线，以及握手式交叉线。引脚分配因设备和端子数量而异，不匹配会导致通信不良。单一资料·仅供参考^[24]
把 CAM 制定的计划，通过与 DNC、PLM 联动连接现场并交给工厂，是广义上的 CAM 流程。单一资料·仅供参考^[25]
案例：熊本大学的案例：在牧野 KE55（FANUC Series 20i-FA，9,600 bps）上用 RS-232C 进行 DNC 运行。把 CAM 通过平行加工生成的螺旋桨 NC 数据，拆分成每个 200KB 以内（周期时间 5 小时以内）来运行。单一资料·仅供参考^[24]

!常见失误（首次运行之前）

勾选仅作标记，不会保存到任何地方。

坐标系弄错：CAM 中确定的原点与机床上登记的工件坐标系（G54 等）有偏差。是首次运行时碰撞的主要原因之一。防范方法：首次运行时用数控系统的图形显示确认路径，如有安全运行功能则使用。^[17][3][1]
刀长设定错误：刀具补偿（刀长 H）的值不对，或调用的编号不对，Z 就会错乱而发生碰撞。首次运行时碰撞的原因中，刀具补偿错误很常见。^[17][2][1]
主轴上装了错误的刀具：程序中的刀号与实际刀具不一致。与刀具补偿、工件坐标并列的碰撞原因。单一资料·仅供参考^[17]
快速移动时的干涉：CAM 的大多数操作并不知道夹具、压板的存在，因此快速移动的路径可能撞上夹具。要把夹具也放入模型并用仿真确认。有的机床具有首次运行用的功能，能在快速移动中尽早检测到碰撞并停机（切削进给中不检测）。^[4][17]
单位弄错：读入 STL 等不含单位的数据，或 CAM 内部与后处理输出的单位不同，会把 mm 和英寸弄混。^[26][4]
与机床不匹配的后置处理器：直接用通用后置处理器输出，可能会出现机床没有的功能的代码或不同的格式。新的后置处理器要谨慎试用。^[20][4]
接收数据的面缺失：读入 STEP、IGES 时面没有连接，就在带孔洞的模型上生成了路径。读入后要进行面的缝合和形状检查。^[27][4]