CADCAM在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢的研究0001

1、3、 CAM 在加工中心的應(yīng)用3.1 CAM 軟件基本功能分析CAM 軟件最基本的功能是前置處理和后置處理功能。前置處理， 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入接口。 在對一個(gè)零件進(jìn)行數(shù)控編程前， 必須首先 獲得零件的模型信息。許多 CAM 軟件自身具備 CAM 造型系統(tǒng)，可直接進(jìn)行零 件造型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，直至數(shù)控編程。但在大部分情況下， 造型設(shè)計(jì)工程師和加工設(shè)計(jì)工程師采用的可能是不同的 CAM 軟件，需要 CAM 軟件可以讀取其他 CAM 軟件完成的設(shè)計(jì)結(jié)果，這就要求 CAM 軟件的數(shù)據(jù)輸入 接口應(yīng)該能夠正確讀取多種常用 CAM 軟件的輸出數(shù)據(jù)。大多數(shù) CAM 軟件能提 供多種格式的數(shù)據(jù)輸入接口

2、，比如 IGES,DXF,STL,SAT 等通用接口，有的還具 有針對一些著名的 CAM 軟件如 Pro/E,UG,CAYIA 的專門接口。但不同的 CAM 軟件所 “專長“的數(shù)據(jù)格式不同， 支持的程度也有所差異， 因此最好選用幾個(gè)有代 表性的零件，對 CAM 軟件支持的數(shù)據(jù)格式做實(shí)驗(yàn)，檢查其是否能正確讀取數(shù)據(jù) 信息。3.2 加工支持的走刀方式及其他工藝適應(yīng)性加工質(zhì)量與 CAM 軟件對加工工藝的支持密切相關(guān)， 比如走刀方式跟加工表 面質(zhì)量就有很大的關(guān)系。 銑削加工中， 單純的直線往復(fù)走刀行切， 在加工平面輪 廓時(shí)表面質(zhì)量還可以， 但是加工曲面齒廓， 則需要沿輪廓線進(jìn)行環(huán)形走刀行切才 可以達(dá)到較

3、高的表面質(zhì)量。 因此對于不同零件或同一個(gè)零件的不同部位， 不同輪 廓形狀處， 需要不同的走刀方式。 除了走刀方式之外， 還要注意到軟件是否提供 過切保護(hù)，刀桿的干涉檢查，甚至是加工過程的模擬仿真表現(xiàn)形式等輔助功能。后置處理，后置處理是數(shù)控加工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要任務(wù)是把 CAM 軟 件前置處理生成的刀軌和工參信息文件， 轉(zhuǎn)換成特定機(jī)床控制器可接受的特定格 式的數(shù)控代碼文件 NC 程序。刀軌文件不能直接驅(qū)動機(jī)床，因?yàn)椴煌瑱C(jī)床控 制對程序格式和指令都有不同要求。 不同機(jī)床， 即使加工相同， 代碼及格式也不 盡相同。只有結(jié)合特定機(jī)床要求的格式，生成該機(jī)床能夠識別的 NC 程序，才能 驅(qū)動機(jī)床，這就

4、要求 CAM 軟件能夠提供多種不同機(jī)床的后置處理，要有用戶化 后置處理功能，以便用戶能直接編輯、修改已有的后處理文件。后置處理后，需 要將得到的數(shù)控代碼傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床引導(dǎo)機(jī)床進(jìn)行加工，過去常采用 RS232 接 口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，需要專門的軟件支持，現(xiàn)在許多 CAM 軟件本身就具有該數(shù)據(jù) 傳輸功能。3.3 應(yīng)用 CAM 軟件的原則和方法只有最適用的才是最好的。 滿足前置處理和后置處理等基本功能的 CAM 軟件有多種， 每一種都有自己的不同特點(diǎn)， 我們應(yīng)廣泛了解和對比， 以滿足需要為 前提進(jìn)行選擇，見圖 1。圖 1 應(yīng)用 CAM 軟件的原則和方法選擇時(shí)，除價(jià)格因素外，還應(yīng)考慮以下幾方面 :1. 操

5、作使用的方便性：一致友好的操作界面及簡潔實(shí)用的操作方法，對于使 用者來說是無形的幫助。 Windows 系統(tǒng)操作風(fēng)格的軟件， 不用培訓(xùn)就可以摸索著 進(jìn)行操作，要比 Unix 系統(tǒng)上的軟件容易學(xué)習(xí)和使用。為此首先應(yīng)注意軟件的安 裝對操作系統(tǒng)及硬件的要求，其次，軟件功能及操作的簡潔一致非常重要。2. 集成化程度：不少 CAM 軟件是 CAD/CAM 的集成，通常由多個(gè)功能模塊 組成，如三維繪畫、圖形編輯、曲面造型、數(shù)控加工、有限元分析、仿真模擬、 動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)該以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)， 進(jìn)行統(tǒng)一管理， 這樣既保持了 底層數(shù)據(jù)的完整性和一致性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，又節(jié)約了系統(tǒng)資源和運(yùn)行時(shí)間。3.

6、CAD 功能：性能完善的 CAM 軟件的 CAD 模塊是一個(gè)高效的造型設(shè)計(jì)工 具，應(yīng)具有參數(shù)化設(shè)計(jì)功能、 三維實(shí)體模型與二維工程圖形相互轉(zhuǎn)化并關(guān)聯(lián)的功 能。當(dāng)然，還要考慮與其他 CAD/CAM 軟件的兼容性，注意軟件所帶的圖形文 件接口， 能支持哪幾種圖形文件轉(zhuǎn)換， 能否從其他系統(tǒng)順利讀取圖形文件， 或?qū)?本系統(tǒng)的圖形文件傳送到其他系統(tǒng)。4. CAM 功能及檢測： CAM 軟件的 CAM 功能應(yīng)能提供一種交互編程并產(chǎn)生 加工軌跡的方法，它包括刀具路徑、刀具參數(shù)、切削參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容。 CAM 功 能檢測應(yīng)注意以下幾方面 :(1)建立二維和三維刀具路徑的難易程度 ;(2)加工方法 的多樣性 ;(3

7、)刀具路徑是否易于編輯和修改 ;(4)是否具有刀具和材料數(shù)據(jù)庫， 能否 自動生成進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速等切削參數(shù) ;(5)有無內(nèi)置的防碰撞和防過切功能 ;(6) 能否手動調(diào)節(jié)機(jī)加工參數(shù)及缺省值 ;(7)能否對加工過程進(jìn)行模擬和估算加工時(shí) 間。5. 后處理程序及數(shù)控加工代碼的輸出 :一般的 CAM 軟件利用后處理程序提供 用戶化的數(shù)控加工代碼的輸出， 使用戶能夠靈活地將 NC 程序用于不同的數(shù)控系 統(tǒng)。選擇軟件時(shí)，應(yīng)了解以下幾方面 :(1)提供哪些后處理和數(shù)據(jù)加工程序，是否 包括線切割、電火花、車削或多軸數(shù)控加工編程的后處理程序 ;(2)后處理輸出的 加工程序能否細(xì)調(diào)，以使數(shù)控加工代碼的輸出符合用戶

8、的要求 ;(3)能否將 NC 程 序反向處理，顯示刀具路徑。3.4 使用 CAM 設(shè)計(jì)零件三維圖形以泵蓋為例，泵蓋零件圖如下。圖 2 泵蓋零件圖3.5 CAM 加工CAM 加工步驟包括：(1)零件加工刀具路徑確定。根據(jù)加工工藝的安排，選用相應(yīng)工序所使用的 刀具，根據(jù)零件的要求選擇加工毛坯， 同時(shí)正確選擇工件坐標(biāo)原點(diǎn)， 建立工件坐 標(biāo)系統(tǒng)，確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系的相對尺寸，并進(jìn)行各種工藝參數(shù)設(shè)定。(2)零件的模擬數(shù)控加工。設(shè)置好刀具加工路徑后，利用Master CAM 系統(tǒng)提供的零件加工模擬功能圖， 能夠觀察切削加工的過程， 可用來檢測工藝參數(shù)的 設(shè)置是否合理，零件在數(shù)控實(shí)際加工中是否存在干

9、涉， 設(shè)備的運(yùn)行動作是否正確， 實(shí)際零件是否符合設(shè)計(jì)要求。 同時(shí)在數(shù)控模擬加工中， 系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程 的報(bào)告。這樣可以在實(shí)際生產(chǎn)中省去試切的過程， 降低材料消耗， 提高生產(chǎn)效率。3.5.1 編制加工工藝1. 毛坯的選擇：毛坯為鑄造件2. 銑外形； 12銑刀銑 28圓臺至尺寸3. 銑 28.6-34 圓錐臺至尺寸4. 銑底臺至尺寸。5. 用 14鉆頭鉆 15孔。6. 用 12銑刀銑 19孔至 18.5。7. 用 12銑刀銑 15孔至 14.5。8. 精鏜 19和 15孔至尺寸。9. 用 6鉆頭鉆 7通孔10. 用 5銑刀銑 7孔至 6.511. 用 5銑刀銑 12孔至 11.512. 精鏜

10、 7和 12孔至尺寸13去毛刺、清洗、檢驗(yàn)。3.5.2 切削用量的選擇一般銑削的精加工余量為 0.2-0.5mm。 1背吃刀量的選擇 銑削時(shí)固定循環(huán) 每次 1mm.鉆孔時(shí)每 5mm 一抬刀。 2主軸轉(zhuǎn)速的選擇 銑削時(shí) S=800mm/min,鉆 孔 時(shí) S=500mm/min 。 3 進(jìn) 給 速 度 的 選 擇 銑 削 時(shí) F=500mm/min, 鉆 孔 時(shí) F=80mm/min。3.5.3 擬定加工工序卡片表 1 泵蓋零件數(shù)控加工工序卡片單 位 名 稱產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號加工中心工藝分析泵蓋工 序 號程序編號夾具名稱使用設(shè)備加工中心加工中心工 序 號工步內(nèi)容刀 具 號刀具規(guī)格 （

11、mm）主軸轉(zhuǎn)速 （ r/min）進(jìn)給速度（mm/min）背吃刀 量（mm）備注1銑刀T011280050012鉆頭T02145008053精鏜刀T0314.5600600.24精鏜刀T0418.5600600.25鉆頭T0565008056銑刀T06580050017精鏜刀076.5600600.28精鏜刀0811.5600600.23.5.4 泵蓋加工圖形及程序 加工刀路圖 3 加工刀路加工實(shí)體仿真圖第六章 CAD/CAM的作用和用途6.1 CAD/CAM的用途工程制圖：建筑工程、裝飾設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、 水電工程、土木施工等等。 工業(yè)制圖：精密零件、模具、設(shè)備等。服裝加工：服裝制版。電子工

12、業(yè)：印刷電 路板設(shè)計(jì)。廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設(shè)計(jì)、電子電路、 機(jī)械設(shè)計(jì)、服裝鞋帽、航空航天、輕工化工等諸多領(lǐng)域。6.2 CAD/CAM作用和用途的實(shí)例分析下圖為一電風(fēng)扇圖形，零件厚度 0.5mm,材料 ABS，年產(chǎn) 15 萬件。需對其進(jìn)行注射模具設(shè)計(jì)制造。塑件工藝分析：圖 7-1 為一電風(fēng)扇圖形(1) 該塑件尺寸較小但葉片形狀較不規(guī)則，加工難度大，葉片部位成型較為 困難。(2) 塑件為批量生產(chǎn)且塑件的表面質(zhì)量要求較高。為了加工和熱處理，降低 成本 該塑件采用鑲塊式結(jié)構(gòu)。下圖為該注射模具普通流程與 CAD/CAM/CA一E 體化技術(shù)流程對比示意圖注射模生產(chǎn)流程注射模 CAD

13、/CAM/CA一E 體化技術(shù)流程由該流程圖可以看出， 由于風(fēng)扇零件具有較為復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)， 普通的工藝 流程從設(shè)計(jì)到制造面臨了相當(dāng)大的困難， 為了達(dá)到零件圖紙的要求無疑在各個(gè)生 產(chǎn)流程上增大了技術(shù)工人的工作量，導(dǎo)致了模具整個(gè)生產(chǎn)周期較長。然而采用 CAD/CAM/CA一E 體化技術(shù)流程始終以塑料件的 3D模型為中心，模 具設(shè)計(jì)、 CAE模擬分析、模具 CNC加工、以及模具 CMM（三坐標(biāo)）檢測、塑料件 CMM檢測都完全基于這些塑料件 3D模型的傳遞，從而消除了二維圖紙傳遞幾何 信息的不準(zhǔn)確性， 使最終生產(chǎn)的塑料件和設(shè)計(jì)者的意圖保持高度一致。 還使得整 個(gè)生產(chǎn)流程易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)， 從而大幅度

14、降低了技術(shù)工人的工作量， 并能有 效提高模具整個(gè)生產(chǎn)周期。如下所示為該套注射模采用 CAD/CAM一體化技術(shù)流程詳解零件造型 、模具設(shè)計(jì)利用 pro/Engineer 軟件對該零件進(jìn)行造型，可以快速并準(zhǔn)確得到零件 3D 圖紙以及零件的各種參數(shù)，如塑料件的質(zhì)量、質(zhì)心、面積等。在 pro/Engineer 軟件中，對于模具設(shè)計(jì)也是相當(dāng)方便快捷的，可直接通過 3D 圖紙及所得到的參 數(shù)進(jìn)行注射模具初始設(shè)計(jì)。無論是工作零件還是結(jié)構(gòu)零件均可以利用 pro/Engineer 軟件中（模具專家系統(tǒng)）模塊來迅速完成所需設(shè)計(jì)。由于 pro/Engineer 軟件采用的是參數(shù)化設(shè)計(jì)的思路，所以無論是零件造型還是模

15、具 設(shè)計(jì)均可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化結(jié)構(gòu)變更。模具結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化當(dāng)初始設(shè)計(jì)方案完成后，可直接使用 CAD軟件所設(shè)計(jì)出的 3D 圖紙進(jìn)行 CAE 模擬分析，從而可以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案， 減少潛在的設(shè)計(jì)失誤， 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期， 降低開發(fā)成本。設(shè)計(jì)變更通過 Moldflow 軟件的分析后得出了分析結(jié)果，如：最佳的澆口位置及塑料 充填狀態(tài)等。 工程設(shè)計(jì)人員可以參照該結(jié)果重新優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。 使模具結(jié)構(gòu)更合 理化，也大幅度降低了技術(shù)工人在后期試模、調(diào)模的工作量。數(shù)控加工當(dāng)模具設(shè)計(jì)完畢后，即可進(jìn)行數(shù)控加工，將軟件所設(shè)計(jì)的 3圖紙直 接導(dǎo)入軟件中進(jìn)行數(shù)控程序的編制， 實(shí)現(xiàn)了零圖紙加工， 避免了二維圖紙 在轉(zhuǎn)遞幾何信息過程中的不準(zhǔn)確性，也易于實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。三坐標(biāo)檢測 工作零件經(jīng)過數(shù)控加工完畢后，為保證零件精度達(dá)到設(shè)計(jì)要求