======================================== FreeCAD 到 CAM 加工任务单 ======================================== 本页面帮助读者在 FreeCAD 建模和导出完成后，理解如何为零件规划 CAM 加工任务，并为后续 G-code 学习做好准备。 练习目标 ======== 完成本练习后，读者应能理解： 1. **CAM 前置准备**: 建模完成后需要检查哪些内容才能进入 CAM 2. **加工任务拆解**: 如何将一个零件的加工需求分解为若干工序 3. **刀具与参数选择**: 根据零件特征（平面、通孔、圆角）选择合适的刀具和加工参数 4. **加工顺序规划**: 为什么先粗加工后精加工、先面后孔 5. **与 G-code 的衔接**: CAM 生成的刀路如何转化为 G-code 指令 零件设定 ======== 本练习延续 V5A 的零件。 .. list-table:: 零件参数 :header-rows: 1 :widths: 30 70 * - 参数 - 值 * - 长度 - 100 mm * - 宽度 - 60 mm * - 厚度 - 10 mm * - 中心孔直径 - 20 mm * - 材质 - 铝合金（6061-T6） * - 加工方式 - 3 轴 CNC 铣床 注意：以上尺寸和材质仅用于学习目的，不是工程图纸。实际加工请参考专业工艺文件。 CAM 前置检查 ============ 在进入 CAM 之前，需要确认以下条件。 .. list-table:: CAM 前置检查表 :header-rows: 1 :widths: 25 40 35 * - 检查项 - 为什么重要 - 检查方法 * - 模型是闭合实体 - CAM 软件需要实体模型计算刀路 - 在 FreeCAD 中确认模型树显示 Solid * - 尺寸已确定 - 加工参数（切削深度、进给）与尺寸相关 - 对照尺寸要求确认 * - 坐标原点清晰 - 原点位置影响 G-code 的坐标值 - 确认原点在零件的哪个角或中心 * - 材料已选定 - 不同材料的切削参数差异很大 - 确定材质（铝合金/钢/塑料） * - 机床能力已知 - 机床行程、主轴转速限制加工方案 - 了解机床的最大行程和最高转速 * - 夹具方案可行 - 零件如何固定影响加工顺序 - 考虑用虎钳、压板或真空吸盘 加工任务拆解 ============ 对于本零件，典型的加工任务拆解如下。 工序 1：顶面粗加工 ------------------- **目的**：去除毛坯余量，使顶面接近目标高度。 **加工区域**：整个 100 mm × 60 mm 顶面 **推荐策略**： - 刀具：平底立铣刀，直径 10 mm - 主轴转速：8000 RPM（铝合金） - 进给速度：1200 mm/min - 切削深度（Z 向）：2 mm/层 - 总厚度去除：从毛坯 12 mm 加工到 10 mm，去除 2 mm - 步距（XY 向）：6 mm（刀具直径的 60%） **刀路类型**：平行铣削或等高轮廓铣削 工序 2：顶面精加工 ------------------- **目的**：达到最终尺寸精度和表面质量。 **加工区域**：整个顶面 **推荐策略**： - 刀具：平底立铣刀，直径 8 mm - 主轴转速：10000 RPM - 进给速度：800 mm/min - 切削深度（Z 向）：0.5 mm（最后一次精加工） - 步距（XY 向）：0.5 mm（小步距获得好表面） 工序 3：中心孔加工 ------------------- **目的**：加工直径 20 mm 的通孔。 **加工区域**：圆孔区域 **推荐策略**： - 刀具：钻头，直径 20 mm - 主轴转速：2500 RPM - 进给速度：100 mm/min - 加工方式：直接钻孔（孔径较小，无需螺旋铣） - 深度：贯穿（Through all） **替代策略** （如没有 20 mm 钻头）： - 粗加工：先用 10 mm 钻头打中心孔 - 精加工：用 20 mm 平底立铣刀螺旋铣削扩孔 工序 4：圆角倒角（可选） -------------------------- **目的**：去除锐边，防止割伤或应力集中。 **加工区域**：顶面四条边缘 **推荐策略**： - 刀具：倒角刀（Chamfer mill）或圆角刀 - 主轴转速：6000 RPM - 进给速度：500 mm/min - 倒角尺寸：1 mm × 45° 加工顺序逻辑 ============ 为什么是这个顺序？ 1. **先面后孔** - 平面是基准，先加工平面再加工孔可以确保孔的位置精度 - 如果先钻孔，铣平面时可能破坏孔口 2. **先粗后精** - 粗加工去除大部分材料，但表面粗糙 - 精加工只去除少量材料（0.1-0.5 mm），获得最终精度 - 反过来做：精加工后再粗加工会破坏已精加工的表面 3. **先主后次** - 顶面和孔是主要特征，倒角是次要特征 - 次要特征加工时若出错，不影响主要功能 加工工序流程图 ============== .. figure:: ../_static/diagrams/cam-operation-sequence.svg :width: 100% :align: center :alt: CAM 加工工序顺序 刀具与下切深度图 ================ .. figure:: ../_static/diagrams/tool-diameter-plunge-diagram.svg :width: 100% :align: center :alt: 刀具下切深度与材料去除示意图 刀具与参数参考表 ================ .. list-table:: 刀具参数参考表 :header-rows: 1 :widths: 18 15 12 12 15 15 13 * - 工序 - 刀具类型 - 直径 - 转速 - 进给速度 - 切削深度 - 步距 * - 顶面粗加工 - 平底立铣刀 - 10 mm - 8000 RPM - 1200 mm/min - 2 mm - 6 mm * - 顶面精加工 - 平底立铣刀 - 8 mm - 10000 RPM - 800 mm/min - 0.5 mm - 0.5 mm * - 中心孔 - 钻头 - 20 mm - 2500 RPM - 100 mm/min - 贯穿 - 不适用 * - 倒角（可选） - 倒角刀 - 6 mm - 6000 RPM - 500 mm/min - 1 mm - 不适用 注意：以上参数为学习参考值，实际加工需根据机床、刀具、材料调整。高速加工请遵循安全规程。 Worksheet 填写区 ================ 以下内容由读者根据实际加工情况填写。 零件信息 -------- - **零件名称**: ________________________________ - **材质**: ________________________________ - **毛坯尺寸**: ____ mm × ____ mm × ____ mm - **目标尺寸**: ____ mm × ____ mm × ____ mm - **填写日期**: ____年____月____日 机床信息 -------- - **机床型号**: ________________________________ - **最大行程**: X ____ / Y ____ / Z ____ mm - **最高主轴转速**: ____ RPM - **刀库容量**: ____ 把 工序 1：顶面粗加工（填写） --------------------------- .. list-table:: 工序 1 填写表 :header-rows: 1 :widths: 30 70 * - 项目 - 内容 * - 加工区域 - * - 刀具类型 - * - 刀具直径 - ____ mm * - 刀具编号（刀库） - T____ * - 主轴转速 - ____ RPM * - 进给速度 - ____ mm/min * - 切削深度（Z 向每层） - ____ mm * - 步距（XY 向） - ____ mm * - 刀路策略 - * - 预估时间 - ____ 分钟 工序 2：顶面精加工（填写） --------------------------- .. list-table:: 工序 2 填写表 :header-rows: 1 :widths: 30 70 * - 项目 - 内容 * - 加工区域 - * - 刀具类型 - * - 刀具直径 - ____ mm * - 主轴转速 - ____ RPM * - 进给速度 - ____ mm/min * - 切削深度 - ____ mm * - 步距 - ____ mm * - 预估时间 - ____ 分钟 工序 3：孔加工（填写） ----------------------- .. list-table:: 工序 3 填写表 :header-rows: 1 :widths: 30 70 * - 项目 - 内容 * - 孔直径 - ____ mm * - 刀具类型 - * - 主轴转速 - ____ RPM * - 进给速度 - ____ mm/min * - 加工方式 - * - 预估时间 - ____ 分钟 检查清单 -------- - [ ] 先面后孔（平面加工在孔加工之前） - [ ] 先粗后精（粗加工在精加工之前） - [ ] 换刀顺序合理（尽量减少换刀次数） - [ ] 夹具不会与刀具干涉 - [ ] 加工顺序已优化（减少空行程） - [ ] 刀具长度补偿已设置 - [ ] 工件坐标系（G54）已设定 - [ ] 主轴转速不超过机床上限 - [ ] 进给速度适合当前刀具和材料 - [ ] 已模拟刀路（如有条件） 问题记录 -------- .. list-table:: 问题与解决 :header-rows: 1 :widths: 40 40 20 * - 问题描述 - 解决方法 - 是否解决 * - - - * - - - * - - - 与 G-code 的衔接 ================ CAM 软件在完成上述刀路计算后，会生成 G-code 程序。读者可以继续阅读 :doc:`gcode-toolpath-visualization`，理解： - **G00/G01**：快速定位和直线插补（对应粗加工和精加工的直线刀路） - **G02/G03**：圆弧插补（对应圆孔的螺旋铣削） - **G81/G83**：钻孔循环（对应中心孔加工） - **M03/M05**：主轴启动/停止（对应每次换刀和加工结束） 理解 CAM 任务规划有助于读者在读到 G-code 时，知道这段代码对应的是哪个工序。 如果你有 FreeCAD 经验，可以参考 :doc:`freecad-path-workbench-intro` 使用 FreeCAD 内置的 Path Workbench 实际生成 G-code。 进阶思考 ======== 1. **如果零件厚度改为 20 mm，加工策略需要改变吗？** - 顶面粗加工的层数会增加（从 1 层增加到更多层） - 中心孔仍为通孔，但钻孔深度增加，可能需要啄钻（Peck drilling） 2. **如果要求孔的位置公差 ±0.05 mm，需要增加什么工序？** - 可能需要先钻小孔（如 10 mm），再用铰刀精加工到 20 mm - 或者使用坐标镗床进行精加工 3. **如果机床没有 20 mm 钻头，如何用立铣刀加工这个孔？** - 使用螺旋铣削（Helical interpolation）：刀具沿螺旋路径下切，逐渐扩大孔径 - 需要 CAM 软件支持螺旋铣削策略 相关页面 ======== - :doc:`freecad-plate-modeling`：回顾零件建模过程 - :doc:`freecad-export-checklist`：确认导出文件质量可靠 - :doc:`step-stl-mini-lab`：理解 STEP 模型如何用于 CAM - :doc:`gcode-toolpath-visualization`：逐行理解 CAM 生成的 G-code - :doc:`../workflow-roadmap`：了解这个练习在整个 CAD/CAM 工具链中的位置 工作单模板 ========== 本仓库提供了配套的 CAM 工作单模板： - ``assets/freecad-plate/cam-worksheet/README.md`` — 工作单包说明 - ``assets/freecad-plate/cam-worksheet/worksheet-template.md`` — 工作单填写模板 - ``assets/freecad-plate/cam-worksheet/tool-list.csv`` — 刀具参数参考表 使用建议：根据实际零件尺寸和机床能力，填写 worksheet 空白项。