技術在數(shù)控加工中的應用

1、CAD/CAM技術在數(shù)控加工中的應用CAD/CAM 技術的發(fā)展與應用以及其強大的功能，CAD/CAM軟件技術廣泛應用于機械產(chǎn)品、模具制 造等企業(yè)的數(shù)控編程及加工，目前基本取代了傳統(tǒng)的手工編程方式，更重要的是將CAD/CAM軟件當作工具， 進行合理的數(shù)控工藝規(guī)劃與數(shù)控編程，以實現(xiàn)高質量和高效率的數(shù)控加工。從多方面介紹在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中 CAD/CAM 的重要性。1 引言在現(xiàn)代激烈的市場競爭下，高質量、高效益、多 品種小批量的柔性生產(chǎn)方式已成為企業(yè)的主要生產(chǎn)模 式，傳統(tǒng)的加工設備和制造方法已難于適應市場競爭 的要求。因此，從20世紀70年代開始，以電子信息技 術為基礎的數(shù)控技術得以迅速發(fā)展和廣泛應

2、用，數(shù)控 機床有效地解決了復雜、多品種、小批量的產(chǎn)品加工問題，適應了各種機械產(chǎn)品更新?lián)Q代快的需要，取得了明顯的效益。2 數(shù)控加工特點和原理2.1 數(shù)控加工的特點隨著數(shù)控技術的發(fā)展，數(shù)控加工以經(jīng)應用到各個領域之中，在數(shù)控加工過程中，加工程序的編制也越 來越得到重視。因此CAD/CAM技術對數(shù)控加工領域來 說顯得越來越重要了。一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng) 是由多個功能模塊組成的，如三維繪圖、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。這些模塊應該以工程數(shù)據(jù)庫為基礎，進行統(tǒng) 一管理。這樣既保持了底層數(shù)據(jù)的完整性和一致性， 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，又節(jié)約了系統(tǒng)資源和運動時間。

3、數(shù)控加工主要有以下特點：增強了加工能力；提 高了生產(chǎn)效率；提高了產(chǎn)品加工精度；降低了加工成本（如圖1）。2.2 數(shù)控加工的原理機床控制技術就是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制 的一門技術，采用數(shù)字信息控制的機床稱為數(shù)字控制機床，簡稱數(shù)控機床。具體地說，凡是用代碼化的數(shù) 字信息將刀具移動軌跡的信息記錄在程序介質上，然 后輸入數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼、運算，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的機床即為數(shù)控機床。最初的數(shù)字控制系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構成的， 因而稱之為硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著計算機技術的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數(shù)控系統(tǒng)CNC（Computer Numerial Con

4、tro1）。CNC的控制精度在很大程度上取決于硬件，而CNC的功能則主要取決于軟件。CNC的邏輯控制、幾何數(shù)據(jù)處理以及執(zhí)行零件切削等均由CPU統(tǒng)一控制。CNC的控制軟件主要完成如下基本任務：系統(tǒng)管理； 操作指令的 處理；零件程序的輸入與編輯；零件程序的解釋與執(zhí)行；系統(tǒng)狀態(tài)顯示；手動數(shù)據(jù)輸入MDI； 故障報警和診斷。隨著科學技術的進步，數(shù)控技術不僅應用于機床 的控制，還用于控制其它的設備，產(chǎn)生了諸如數(shù)控線切割機、數(shù)控繪圖機、數(shù)控測量機、數(shù)控沖剪機等數(shù)控設備。3 CAD/CAM概述計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)能設計制作出既滿足設計使用要求又適合CAM加工的零

5、件模型。CAD系統(tǒng)是一個高效的設計工具，具有參數(shù)化設計功能，三維實體模型與二維工程圖形應能相互轉化并關聯(lián)，CAD可分為自動設計和交互設計兩類。 實際上，幾乎沒有純粹的自動設計或純粹的交互設計軟件，好的軟件能根據(jù)產(chǎn)品對象恰當?shù)靥幚碜詣釉O計和交互設計的配合。另外，開放型的結構不僅便于用戶進行二次開發(fā)，同時也使軟件系統(tǒng)本身能夠不斷地擴充與完善。一個好的CAD/CAM軟件與其它CAD/CAM 軟件的兼容性是非常重要的，軟件所帶的圖形文件接口，要能支持多種圖形文件轉換，能從其它系統(tǒng)讀取圖形文件，或將本系統(tǒng)的圖形文件傳送到其它系統(tǒng)。計算機輔助制造CAM (Computer Aided Manufactur

6、ing)是指應用計算機來進行產(chǎn)品制 造的統(tǒng)稱，即利用計算機輔助完成從原料到產(chǎn)品的全部制造過程，在制造過程中的某些環(huán)節(jié)應用計算機， 包括直接制造過程和間接制造過程，主要包括計算機輔助工藝過程設計和計算機輔助加工兩部分。當前，計算機輔助加工大多是指機械加工，而且是數(shù)控加工(Numerical ControlMachining)，它的輸 入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出的是加工刀具的運動軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。軟件方面有 數(shù)據(jù)庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數(shù)控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業(yè)計 劃編制與調(diào)度、計算機輔助質量控制等。CAM能提供一種交互式編程并產(chǎn)生加工軌跡

7、的方法，它包括加工規(guī)劃、刀具設定、工藝參數(shù)設置等內(nèi) 容。CAM軟件應有以下幾 方面功能: 能建立二維和三維 刀具路徑的； 加工方法的多樣 性；刀具路徑易于編輯 和修改； 有刀具和材料數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)能自動生成進給速度和主軸轉速； 有內(nèi)置的防碰撞和防過切功能； 能手動超調(diào)任何機加工缺省值(如進給速度，主 軸轉速等)； 能對加工過程進行模擬和估算加工時間。4 常用模塊4.1 仿真加工模塊先進的CAD/CAM系統(tǒng)都提供了一定的NC仿真功能， 用于檢查刀具切削過程的正確性，檢查過切和干涉現(xiàn)象等，但直接通過NC代碼來驅動仿真加工過程的方法 和軟件還很少。采用NC代碼驅動仿真加工過程以檢驗NC代碼的正確性是

8、迫切需要的。數(shù)控程序是否正確，直接關系到加工的成本，因 此，數(shù)控加工程序在投入實際的加工之前，必須進行有效地檢驗和驗證。仿真分為物理仿真和計算機仿 真。目前數(shù)控程序的檢驗方法主要有：刀具軌跡仿真和三維動態(tài)切削仿真等。刀具軌跡仿真是通過讀取刀 位數(shù)據(jù)文件檢查刀具位置計算是否正確，加工過程中 是否發(fā)生過切，所選刀具參數(shù)、加工參數(shù)、機床參數(shù)是否合理，刀具與限制面是否發(fā)生干涉或碰撞等。 刀具軌跡仿真法是一種比較成熟的仿真方法，圖2是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的刀具軌跡仿 真圖。這種仿真可采用動畫顯示方法，效果逼真。三 維動態(tài)切削仿真是采用實體造型技術建立加工零件毛 坯、機床、夾具、刀具

9、等在加工過程中的實體幾何模 型，采用真實感技術把加工過程動態(tài)地顯示出來。圖 3是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的三維動態(tài) 切削仿真圖。 圖2 刀具軌跡仿真 圖3三維動態(tài)切削仿真4.2 后處理程序及數(shù)控碼輸出模塊一般的CAD/CAM系統(tǒng)使用后處理程序提供用戶化 的數(shù)控碼輸出，使用戶能夠靈活地使用不同的數(shù)控裝置。(1)提供的后處理和程序。一般包括車床、線切 割、電火花機床或三維五軸數(shù)控編程的后處理程序；(2)后處理程序能細調(diào)，以使數(shù)控輸出符合用戶的 要求；(3)能將NC程序反向處理，顯示刀具路徑。5 常見的CAD/CAM與PPC系統(tǒng)之間的轉換CAD系統(tǒng)的效益往往不是從其本身，而是通過C

10、AM 和PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來；反過來，CAM系統(tǒng)如果沒有CAD 系統(tǒng)的支持；PPC系統(tǒng)如果沒有CAD和CAM的支持，既 得不到完整、及時和準確的數(shù)據(jù)作為計劃的依據(jù)， 訂出的計劃也較難貫徹執(zhí)行，所謂的生產(chǎn)計劃和控制 將得不到實際效益。因此，人們著手將CAD、CAE、 CAPP、CAM和PPC等系統(tǒng)有機地、統(tǒng)一地集成在一起， 從而消除"自動化孤島"，取得最佳的效益。目前 國內(nèi)最常用的CAD/CAM軟件有：CAXA、PowerMILL、 Master CAM、Pro/ENGINEER、UG等。6 CAD/CAM軟件的優(yōu)缺點CAD/CAM任務的實現(xiàn)過程十分復雜，很難確定地 描述其發(fā)生

11、的先后順序，有時是并行甚至逆向的，這 樣必須有人的參與才能給予實現(xiàn)。實踐中工人根據(jù)圖 紙要求適當修改生成的代碼。CAD/CAM軟件自動編程 中，大多數(shù)加工方式默認只能采用直接垂直向下進刀 方式，如"外形銑削"、"平面銑削"、"曲面精加 工"等。立銑刀的端部中心部分沒有切削刃，垂直進 刀的切削能力很小，而鍵槽銑刀是兩刃刀具，其端部 刀刃通過銑刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于鍵槽 銑刀只有兩條切削刃，加工時不平穩(wěn)，在大面積切削 中的加工效率較低，加工零件的表面粗糙度也不太理 想。在加工工藝孔時，該工藝孔的深度控制要準確。 深度太淺，在直接垂直進刀過程中很有可能使立銑刀 損壞;深度太深，超出了工件要求加工的位置，會導 致工件過切而報廢。CAD/CAM軟件將微機與CNC機床組成面向車間的系 統(tǒng)，將大大提高設計效率和設計質量，充分發(fā)揮數(shù)控 機床的優(yōu)越性，提高整體生產(chǎn)水平，實現(xiàn)系統(tǒng)集成和 設計制造一體化?，F(xiàn)在，CAD/CAM技術在我國經(jīng)濟發(fā) 展較為活躍的大中城市應用日益廣泛。7 結語CAD/CAM軟件，將微機與CNC機床組成面向車間的系統(tǒng)，將大大提