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

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 轮廓铣 钻孔

面铣刀 立铣刀 麻花钻

Φ50mm Φ10mm Φ20mm

硬质合金 硬质合金 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：

 1%
 2O1000 (RECTANGLE_PLATE_WITH_HOLE)
 3(TOOL LIST)
 4T1 M6 (TOOL 1: FACE MILL D50)
 5T2 M6 (TOOL 2: END MILL D10)
 6T3 M6 (TOOL 3: DRILL D20)
 7
 8(WORK OFFSET)
 9G54 G90 G40 G80
10
11(--- FACE MILLING ---)
12T1 M6
13S1200 M3
14G0 X-30. Y-30.
15G43 H1 Z50.
16Z2.
17G1 Z0. F200.
18Y110. F500.
19X-10.
20Y-30.
21X10.
22Y110.
23... (additional passes)
24G0 Z50.
25
26(--- PROFILE MILLING ---)
27T2 M6
28S2000 M3
29G0 X-5. Y-5.
30G43 H2 Z50.
31Z2.
32G1 Z-10. F100.
33G41 D2 (CUTTER COMP LEFT)
34G1 X0. Y0. F300.
35Y80.
36X100.
37Y0.
38X0.
39G40
40G0 Z50.
41
42(--- DRILLING ---)
43T3 M6
44S800 M3
45G0 X50. Y40.
46G43 H3 Z50.
47G83 Z-12. R2. Q3. F100.
48G80
49G0 Z50.
50
51(PROGRAM END)
52M5
53G91 G28 Z0.
54G28 X0. Y0.
55M30
56%

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 厚度 孔径 孔位 表面粗糙度

游标卡尺 千分尺 内径千分尺 三坐标测量机 粗糙度仪

100±0.1mm, 80±0.1mm 10±0.05mm Φ20+0.02/0mm ±0.05mm 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 工程图 工艺分析 刀具路径 G-code 仿真 质量检测

unit4 unit3 unit6 unit7 unit7 unit5 unit8

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