CADCAM在機械行業(yè)的應用與發(fā)展趨勢的研究0001

1、3、 CAM 在加工中心的應用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。 在對一個零件進行數(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)，可直接進行零 件造型設計，設計完成后再進行工藝設計，直至數(shù)控編程。但在大部分情況下， 造型設計工程師和加工設計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 軟件完成的設計結(jié)果，這就要求 CAM 軟件的數(shù)據(jù)輸入 接口應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， 因此最好選用幾個有代 表性的零件，對 CAM 軟件支持的數(shù)據(jù)格式做實驗，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， 單純的直線往復走刀行切， 在加工平面輪 廓時表面質(zhì)量還可以， 但是加工曲面齒廓， 則需要沿輪廓線進行環(huán)形走刀行切才 可以達到較

3、高的表面質(zhì)量。 因此對于不同零件或同一個零件的不同部位， 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，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)控加工中的一個重要環(huán)節(jié)，主要任務是把 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)動機床，因為不同機床控 制對程序格式和指令都有不同要求。 不同機床， 即使加工相同， 代碼及格式也不 盡相同。只有結(jié)合特定機床要求的格式，生成該機床能夠識別的 NC 程序，才能 驅(qū)動機床，這就

4、要求 CAM 軟件能夠提供多種不同機床的后置處理，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)控機床引導機床進行加工，過去常采用 RS232 接 口進行數(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， 我們應廣泛了解和對比， 以滿足需要為 前提進行選擇，見圖 1。圖 1 應用 CAM 軟件的原則和方法選擇時，除價格因素外，還應考慮以下幾方面 :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)操作風格的軟件， 不用培訓就可以摸索著 進行操作，要比 Unix 系統(tǒng)上的軟件容易學習和使用。為此首先應注意軟件的安 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。這些模塊應該以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)， 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)資源和運行時間。3.

6、CAD 功能：性能完善的 CAM 軟件的 CAD 模塊是一個高效的造型設計工 具，應具有參數(shù)化設計功能、 三維實體模型與二維工程圖形相互轉(zhuǎn)化并關(guān)聯(lián)的功 能。當然，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)設置等內(nèi)容。 CAM 功 能檢測應注意以下幾方面 :(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)機加工參數(shù)及缺省值 ;(7)能否對加工過程進行模擬和估算加工時 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，應了解以下幾方面 :(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 設計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，選用相應工序所使用的 刀具，根據(jù)零件的要求選擇加工毛坯， 同時正確選擇工件坐標原點， 建立工件坐 標系統(tǒng)，確定工件坐標系與機床坐標系的相對尺寸，并進行各種工藝參數(shù)設定。(2)零件的模擬數(shù)控加工。設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 設置是否合理，零件在數(shù)控實際加工中是否存在干

9、涉， 設備的運行動作是否正確， 實際零件是否符合設計要求。 同時在數(shù)控模擬加工中， 系統(tǒng)會給出有關(guān)加工過程 的報告。這樣可以在實際生產(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。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 銑削時固定循環(huán) 每次 1mm.鉆孔時每 5mm 一抬刀。 2主軸轉(zhuǎn)速的選擇 銑削時 S=800mm/min,鉆 孔 時 S=500mm/min 。 3 進 給 速 度 的 選 擇 銑 削 時 F=500mm/min, 鉆 孔 時 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、裝飾設計、環(huán)境藝術(shù)設計、 水電工程、土木施工等等。 工業(yè)制圖：精密零件、模具、設備等。服裝加工：服裝制版。電子工

12、業(yè)：印刷電 路板設計。廣泛應用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設計、電子電路、 機械設計、服裝鞋帽、航空航天、輕工化工等諸多領(lǐng)域。6.2 CAD/CAM作用和用途的實例分析下圖為一電風扇圖形，零件厚度 0.5mm,材料 ABS，年產(chǎn) 15 萬件。需對其進行注射模具設計制造。塑件工藝分析：圖 7-1 為一電風扇圖形(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， 由于風扇零件具有較為復雜的曲面結(jié)構(gòu)， 普通的工藝 流程從設計到制造面臨了相當大的困難， 為了達到零件圖紙的要求無疑在各個生 產(chǎn)流程上增大了技術(shù)工人的工作量，導致了模具整個生產(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 具設計、 CAE模擬分析、模具 CNC加工、以及模具 CMM（三坐標）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 信息的不準確性， 使最終生產(chǎn)的塑料件和設計者的意圖保持高度一致。 還使得整 個生產(chǎn)流程易于實現(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 、模具設計利用 pro/Engineer 軟件對該零件進行造型，可以快速并準確得到零件 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，對于模具設計也是相當方便快捷的，可直接通過 3D 圖紙及所得到的參 數(shù)進行注射模具初始設計。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計。由于 pro/Engineer 軟件采用的是參數(shù)化設計的思路，所以無論是零件造型還是模

15、具 設計均可實現(xiàn)參數(shù)化結(jié)構(gòu)變更。模具結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化當初始設計方案完成后，可直接使用 CAD軟件所設計出的 3D 圖紙進行 CAE 模擬分析，從而可以優(yōu)化設計方案， 減少潛在的設計失誤， 縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期， 降低開發(fā)成本。設計變更通過 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。 工程設計人員可以參照該結(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)控加工當模具設計完畢后，即可進行數(shù)控加工，將軟件所設計的 3圖紙直 接導入軟件中進行數(shù)控程序的編制， 實現(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確性，也易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。三坐標檢測 工作零件經(jīng)過數(shù)控加工完畢后，為保證零件精度達到設計要求