============================
案例 A：从 CAD 模型到 G-code
============================

本案例通过一个简单零件的完整制造流程，展示从 CAD 几何建模到数控 G-code 生成的全过程。

场景设定
========

**零件** ： 带孔矩形板

**尺寸** ： 100mm × 80mm × 10mm，中心有一个 Φ20mm 通孔

**材料** ： 铝合金 6061

**加工要求** ： 

- 上表面铣平
- 外轮廓铣削
- 中心孔钻孔
- 表面粗糙度 Ra 3.2

完整流程
========

.. figure:: ../_static/diagrams/cad-to-gcode-pipeline.svg
   :width: 100%
   :align: center
   :alt: 从 CAD 到 G-code 的完整流程

1. 几何建模
------------

在 CAD 软件（如 SolidWorks、FreeCAD）中建立三维模型：

- 拉伸基体：100mm × 80mm × 10mm
- 拉伸切除：中心 Φ20mm 通孔

**建模方法选择** ： 实体建模（unit4）

- 矩形板属于规则形状，适合实体建模
- 需要精确的尺寸和体积信息用于后续材料计算

2. 工程图与特征识别
--------------------

从三维模型生成二维工程图：

- 主视图：显示矩形轮廓和中心孔位置
- 尺寸标注：100、80、10、Φ20
- 公差标注：孔位 ±0.05mm

**特征识别** （ 关联 unit6 CAPP）：

- 平面特征：上表面（需要铣平）
- 轮廓特征：外矩形（需要铣削）
- 孔特征：中心通孔（需要钻孔）

3. 工艺分析
------------

**加工方法选择** ： 

- 平面：面铣（Face Milling）
- 外轮廓：轮廓铣（Profile Milling）
- 中心孔：钻孔（Drilling）→ 扩孔（Reaming）

**定位基准** ： 

- 底面为定位基准（已加工平面）
- 长边方向为 X 轴，短边方向为 Y 轴

4. 刀具选择
------------

+--------+----------+-------+----------+
| 工序   | 刀具类型 | 直径  | 材料     |
+========+==========+=======+==========+
| 面铣   | 面铣刀   | Φ50mm | 硬质合金 |
| 轮廓铣 | 立铣刀   | Φ10mm | 硬质合金 |
| 钻孔   | 麻花钻   | Φ20mm | HSS      |
+--------+----------+-------+----------+

5. 加工路径规划
----------------

**面铣路径** ： 

- 刀具中心轨迹覆盖整个上表面
- 行距：35mm（刀具直径的 70%）
- 进给方向：沿 X 轴往复

**轮廓铣路径** ： 

- 刀具沿矩形外轮廓走刀
- 刀具半径补偿：左侧补偿（G41）
- 下刀点：左下角（-5, -5）

**钻孔路径** ： 

- 定位至孔中心（50, 40）
- 啄钻循环（G83）
- 每次进给 3mm，退刀排屑

6. 后处理生成 G-code
---------------------

CAM 软件（如 Mastercam、Fusion 360）根据刀具路径生成刀位文件（CL Data），后处理器将其转换为特定机床的 G-code。

示例 G-code
============

以下是一个简化的 G-code 示例，用于教学目的：

.. code-block:: gcode
   :linenos:

   %
   O1000 (RECTANGLE_PLATE_WITH_HOLE)
   (TOOL LIST)
   T1 M6 (TOOL 1: FACE MILL D50)
   T2 M6 (TOOL 2: END MILL D10)
   T3 M6 (TOOL 3: DRILL D20)

   (WORK OFFSET)
   G54 G90 G40 G80

   (--- FACE MILLING ---)
   T1 M6
   S1200 M3
   G0 X-30. Y-30.
   G43 H1 Z50.
   Z2.
   G1 Z0. F200.
   Y110. F500.
   X-10.
   Y-30.
   X10.
   Y110.
   ... (additional passes)
   G0 Z50.

   (--- PROFILE MILLING ---)
   T2 M6
   S2000 M3
   G0 X-5. Y-5.
   G43 H2 Z50.
   Z2.
   G1 Z-10. F100.
   G41 D2 (CUTTER COMP LEFT)
   G1 X0. Y0. F300.
   Y80.
   X100.
   Y0.
   X0.
   G40
   G0 Z50.

   (--- DRILLING ---)
   T3 M6
   S800 M3
   G0 X50. Y40.
   G43 H3 Z50.
   G83 Z-12. R2. Q3. F100.
   G80
   G0 Z50.

   (PROGRAM END)
   M5
   G91 G28 Z0.
   G28 X0. Y0.
   M30
   %

代码说明
--------

- **G54** ： 使用第 1 工件坐标系
- **G90** ： 绝对坐标编程
- **G43 H1** ： 刀具长度补偿
- **G41 D2** ： 刀具半径左补偿
- **G83** ： 啄钻循环（每次进给 Q3mm，退刀排屑）
- **M6** ： 自动换刀
- **M3** ： 主轴正转
- **M30** ： 程序结束并复位

7. 仿真与试切
--------------

**仿真验证** ： 

- 在 CAM 软件或专用仿真器（如 Vericut）中运行 G-code
- 检查刀具与工件、夹具的碰撞
- 验证加工时间估算

**首件试切** ： 

- 使用废料或低成本材料进行试切
- 检查尺寸精度、表面粗糙度
- 根据结果调整刀具参数或刀具路径

8. 质量检测
------------

+------------+--------------+---------------------+
| 检测项     | 方法         | 合格标准            |
+============+==============+=====================+
| 外形尺寸   | 游标卡尺     | 100±0.1mm, 80±0.1mm |
| 厚度       | 千分尺       | 10±0.05mm           |
| 孔径       | 内径千分尺   | Φ20+0.02/0mm        |
| 孔位       | 三坐标测量机 | ±0.05mm             |
| 表面粗糙度 | 粗糙度仪     | Ra ≤ 3.2μm          |
+------------+--------------+---------------------+

初学者注意事项
==============

1. **坐标系设置**
   - 工件坐标系（G54~G59）必须与对刀点一致
   - Z0 通常设在工件上表面

2. **刀具补偿**
   - 刀具半径补偿（G41/G42）必须在切入工件前建立
   - 刀具长度补偿（G43）必须正确设置

3. **进给速度**
   - 铝合金切削速度通常 300~800 m/min
   - 进给速度根据刀具直径和齿数计算

4. **安全第一**
   - 首次运行程序前必须进行仿真
   - 试切时降低进给速度至 50%
   - 随时准备按下急停按钮

与课程章节的关联
================

+----------+----------+------------------------------+
| 流程步骤 | 对应章节 | 核心知识点                   |
+==========+==========+==============================+
| 几何建模 | unit4    | 实体建模、参数化设计         |
| 工程图   | unit3    | 图形变换、投影变换           |
| 工艺分析 | unit6    | CAPP、特征识别、加工方法选择 |
| 刀具路径 | unit7    | 数控编程、刀具补偿、固定循环 |
| G-code   | unit7    | 程序结构、M/G 代码           |
| 仿真     | unit5    | 虚拟样机、碰撞检测           |
| 质量检测 | unit8    | PDM/PLM、质量追溯            |
+----------+----------+------------------------------+