數(shù)控機床應(yīng)用中CADCAM軟件技術(shù)分析

1、【摘要】分析 CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控加工過程中的作用，數(shù)控機床在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地 位，介紹CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控機床加工結(jié)合對傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的改變及對生產(chǎn)效率提升的意義， 以及CAD/CAM軟件在數(shù)控NC程序生成中前處理和后處理的方法。中國論文網(wǎng)【關(guān)鍵詞】數(shù)控機床；CAD CAM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1. 引言隨著計算機技術(shù)的普及，計算機輔助設(shè)計及制造 (CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在數(shù)控加工領(lǐng)域，手工編程以不能滿足復(fù)雜的曲面零件的程序編制，通過CAD軟件進(jìn)行實體建模、曲面建模，再通過 CAM軟件進(jìn)行刀具軌跡處理，完成NC程序編制。2. 數(shù)控機床與CAD/CAM數(shù)控技術(shù)是機械加工技術(shù)，微電子技術(shù)

2、、監(jiān)控檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)等 多種學(xué)科的集成，是一門新興而又發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，對機電行業(yè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展 具有十分重要的作用。同時，數(shù)控技術(shù)也是發(fā)展自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù) 控機床、加工中心是具有代表性的、高水平的機電一體化產(chǎn)品，代表了當(dāng)今世界自動化技術(shù) 發(fā)展的前沿。CAD( Computer Aided Design)，即計算機輔助設(shè)計，在數(shù)控加工過程中是一種生產(chǎn)輔助 工具。它將計算機高速而精確的運算功能、大容量存儲和處理數(shù)據(jù)的能力，豐富而靈活的圖 形、文字處理功能與設(shè)計者的創(chuàng)造性思維能力、綜合分析及邏輯判斷能力結(jié)合起來，形成一 個設(shè)計者思想與計算機處理能力

3、緊密配合的系統(tǒng)，大大加快了設(shè)計進(jìn)程。CAD技術(shù)包括下列功能：幾何建模、參數(shù)建模，計算分析、模擬裝配，強度分析，仿真與實驗、繪圖及技術(shù)文 檔生成、工程數(shù)據(jù)庫的管理和共享。CAM( Computer Aided Man ufac-turing )，即計算機輔助制造。 CAM概念是指從產(chǎn)品的設(shè)計到加工制造的中的一切生產(chǎn) 準(zhǔn)備活動。應(yīng)用于數(shù)控機床加工中指的是數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件 的生成、刀具軌跡仿真以及NC程序的生成等。目前較為主流的 CAD/CAM件主要分為以下幾類：(1 )設(shè)計軟件近年來隨著一些制圖軟件在工業(yè)方面的應(yīng)用與普及，機械設(shè)計過程也發(fā)生了革命性的改 變，如現(xiàn)在的徒手

4、繪圖只出現(xiàn)在前期的輪廓勾勒中，而在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，尺規(guī)作圖全部 被CAD軟件代替。CAD軟件也由傳統(tǒng)的點、線 2D制圖發(fā)展成為線、面、體的 3D制圖。傳統(tǒng) 的設(shè)計過程是，設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品的性能和要求，在人腦中生成空間立體模型，再由設(shè)計師徒 手繪制成平面圖形， 準(zhǔn)確的表達(dá)出零件的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了以AutoCAD為代表的2D制圖軟件。而實際設(shè)計過程中根據(jù)產(chǎn)品的總體性能，修改某一個零件的局部結(jié)構(gòu)和尺寸是常有的事，2D軟件就需要重新繪制圖形。包括零件的圖樣，該零件在其他裝配圖中的圖樣全部人工修改，工 作量很大。2D制圖軟件只能表達(dá)出點、線信息，對零件的面、體信息不能表達(dá)，進(jìn)而要分析 零件的面、體信息就要靠

5、其他的計算手段獲得，設(shè)計師對某一產(chǎn)品的體信息，如質(zhì)心、慣性 矩等不得不需通過計算得到，3D設(shè)計軟件的出現(xiàn)使得這一計算過程變得非常容易，只需要通過軟件分析即可得到，大大提升了設(shè)計效率。3D軟件最大的優(yōu)點在于首先將人腦中的立體模型通過實體信息出現(xiàn)在顯示器中，直觀性非常高，再由用戶根據(jù)實體模型自動成產(chǎn)不同視角 的2D圖形，3D軟件普遍具有全參數(shù)建模功能，在修改設(shè)計時3D實體圖形與2D工程圖形時時關(guān)聯(lián)，使得設(shè)計過程的效率發(fā)生了質(zhì)的改變。3D繪圖的代表軟件有 UG PRO/E Cimatron、CAXA等。(2 )制造軟件通常指CAMI軟件，是以已有的 CAD圖形來生成執(zhí)行語言。執(zhí)行語言分為ATL語言和

6、NC語言，ATL語言由CAM產(chǎn)生，用來說明刀具軌跡的一種描述性語言，并且可以在CAM軟件里逐行進(jìn)行加工仿真模擬。NC語言是由后處理器產(chǎn)生，是實際輸入機床的加工語言。大部分的制造軟件也具有建模繪圖功能。根據(jù)制造對象不同分為二維（點、線信息），二維半（線、面信息）和三維（實體信息）的CAM軟件。如：北航海爾的 CAXA制造工程師以及 MasterCAM,Cimatron，UG PRO/E等。由制造軟件生成標(biāo)準(zhǔn)的 NC執(zhí)行程序，這個過程主要包括設(shè)置加工 環(huán)境，加工工序，生成軌跡文件，及后置處理等。然后將NC執(zhí)行程序送入機床，機床按照指令自動加工出來。（3 ）執(zhí)行軟件采用不同數(shù)控系統(tǒng)的機床在加工時要求

7、的NC執(zhí)行程序的語言結(jié)構(gòu)不同。 比如國產(chǎn)廣數(shù)系統(tǒng)、華中系統(tǒng)、進(jìn)口的 FANU係統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)，其NC語言的指令含義、指令格式不盡相 同，這就使得同一零件在不同系統(tǒng)的機床上加工時，其指令程序不同。CAD圖形相同、刀具路徑相同、ATL程序描述內(nèi)容相同、 NC程序不同，那么要得到不同數(shù)控系統(tǒng)的指令程序，就 要求有不同的后處理程序來得到適合不同數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序。通過R232數(shù)據(jù)接口或閃存等方式傳送到機床存儲器上來完成加工。3. 不同軟件數(shù)據(jù)間的文件轉(zhuǎn)換CAD/CAM軟件較多，其應(yīng)用范圍各有不同，所以不同軟件間的圖形交互也是必須進(jìn)行的。以常用的設(shè)計軟件 AutoCAD和常用的輔助制造軟 M

8、aster-CAM軟件為例，AutoCAD和MasterCAM兩款軟件隸屬不同的公司，其內(nèi)核數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲類型都不相同，要想用MasterCAM軟件直接打開 AutoCAD圖形來制作NC程序是不行的。那 么怎樣完成 AutoCAD和MasterCAM之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，圖形共享，優(yōu)勢互補，達(dá)到軟件間的互 相兼容呢？AutoCAD軟件以ACIS （數(shù)據(jù)格式：*.sat ）為開發(fā)平臺，而 Master-CAM以Parasolid （數(shù)據(jù)格式：*.X-T ）為開發(fā)平臺，要完成兩者之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，就必 須將圖像格式輸出成各自能被識別的形式，各軟件公司制作設(shè)計制造軟件時已經(jīng)考慮到了這 個問題，每個軟件幾乎

9、都有與其他軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，這些接口就體現(xiàn)在可以進(jìn)行文件格 式轉(zhuǎn)換。這些軟件都支持多種文件格式，這樣就可以在一種軟件中將文件保存或者導(dǎo)出成其 他相關(guān)軟件也支持的文件格式，然后再在相關(guān)軟件中打開或者導(dǎo)入這個文件中，完成文件共 享。然而，這種轉(zhuǎn)換過程也同樣按情況的不同要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。比如：很多CAM軟件都接受dxf文件，但是CAD實體文件若以dxf格式轉(zhuǎn)化到CAM中, CAD實體圖形會由實體信息分解成 點線信息。在轉(zhuǎn)化過程中可能會有數(shù)據(jù)的丟失。4. 后置處理文件后置處理文件是CAM軟件特有的一種在NC程序語言生成之前的 AT（刀位運動軌跡信息） 文件。因為沒有針對某種數(shù)控機床的特定的CAM軟件，

10、而每個數(shù)控機床對指令代碼即NC程序語言的格式要求不同， 對生成NC程序起決定作用的是 CAM軟件的后置文件，所以要對不同的 數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行不同的后置文件選擇，并且根據(jù)不同的數(shù)控機床的參數(shù)對后置處理程序進(jìn)行適 當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使進(jìn)入機床的NC程序能夠被識別。后置處理實際上是一個文本編輯處理過程，其作用就是將計算出的刀軌（刀位運動軌跡）以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)化為NC程序并輸出，此代碼再通過接口傳輸?shù)綌?shù)控機床的控制器上，由控制器按程序語句驅(qū)動機床加工。5. CAD/CA M的集成軟件不同的CAD軟件和CAM軟件在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時存在數(shù)據(jù)丟失、參數(shù)失效等問題。隨著 CAD/CAM術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們不再滿足

11、于這兩者的獨立發(fā)展，從而出現(xiàn)了CAM和CAD的組合，即將兩者集成（一體化），這樣以適應(yīng)設(shè)計與制造自動化的要求。這種一體化的 結(jié)合可使在CAD中設(shè)計生成的零件信息自動轉(zhuǎn)換成CAM所需要的輸入信息，防止了信息數(shù)據(jù)的丟失。在同一軟件中即可實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)程設(shè)計和產(chǎn)品加工制造的全過程，提高了 生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期全過程控制工程。因此，在數(shù)控加工應(yīng)用中開發(fā)CAD/CAM!成軟件可省去中間繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程。CAD/CAM!成的關(guān)鍵是信息的交換和共享，如UGPro/E等，在集成軟件內(nèi)部是以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。目前許多三維CAD/CAMk件提供實體設(shè)計模塊和軟件包。我

12、們利用的是UG和Pro/E的實體建模功能，包括零件的幾何形狀， 尺寸和技術(shù)要求；然后利用UG或Pro/E特有的CAM軟件包，建立起刀 具庫，完成對產(chǎn)品的工藝參數(shù)設(shè)定；最后通過軟件包的翻譯文件將刀具軌跡文件翻譯成NC程序。6. 結(jié)束語計算機的發(fā)展及軟件業(yè)的發(fā)展，推動著計算機輔助設(shè)計軟件的不斷改進(jìn)。CAD/CAM技術(shù)正向著開放、集成、智能和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，在數(shù)控機床上的運用越來越廣泛，以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的DNC開放式系統(tǒng)成為軟件的發(fā)展方向，另外，CAD/CAM術(shù)也在朝著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，借助PC技術(shù)可以方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通訊，可以高效地滿足生產(chǎn)的需求。比如在學(xué)校的實驗室， 實驗設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)共享是極為迫切的，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與CAD/CAM術(shù)的結(jié)合，