摘 要:CAD/CAM技术的发展与应用以及其强大的功能,从多方面介绍在现代化工业生产中CAD\CAM的重要性。
关键词:CAD\CAM 数控加工 系统集成 仿真加工
中图分类号:TN91文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)10(c)-0020-02
1 引言
随着数控技术的发展,数控加工以经应用到各个领域之中,在数控加工过程中,加工程序的编制也越来越得到重视。因此CAD/CAM技术对数控加工领域来说显得越来越重要了。
一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的,如三维绘图、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础,进行统一管理。这样既保持了底层数据的完整性和一致性,实现了数据共享,又节约了系统资源和运动时间。
2 CAD/CAM概述
计算机辅助设计CAD(Computer Aided Design)能设计制作出既满足设计使用要求又适合CAM加工的零件模型。优秀的CAD系统是一个高效的设计工具,具有参数化设计功能,三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联。CAD可分为自动设计和交互设计两类。自动设计效率高,但灵活性差,只适用于标准化程度高、产品结构固定的产品;交互设计灵活性大,能充分发挥设计人员的主观能动性,但效率低,交互愈多愈复杂效率愈低。实际上,几乎没有纯粹的自动设计或纯粹的交互设计软件,好的软件能根据产品对象恰当地处理自动设计和交互设计的配合。另外,开放型的结构不仅便于用户进行二次开发,同时也使软件系统本身能够不断地扩充与完善。一个好的CAD/CAM软件与其它CAD/CAM软件的兼容性是非常重要的,软件所带的图形文件接口,要能支持多种图形文件转换,能从其它系统读取图形文件,或将本系统的图形文件传送到其它系统.
计算机辅助制造CAM(Computer Aided Manufacturing)是指应用计算机来进行产品制造的统称,即利用计算机辅助完成从原料到产品的全部制造过程,在制造过程中的某些环节应用计算机,包括直接制造过程和间接制造过程,主要包括计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助加工两部分。当前,计算机辅助加工大多是指机械加工,而且是数控加工(Numerical Control Machining),它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容,输出的是加工时,刀具的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络,由2级或3级计算机组成,中央计算机控制全局,提供经过处理的信息,主计算机管理某一方面的工作,并对下属计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控,计算机工作站或微型计算机承担一个工艺过程控制或管理工作,计算机辅助制造系统的构造可以分为两个部分,即硬件部分和软件部分,硬件方面有数控机床、输送装置、装卸装置、检测装置、计算机等。软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。
CAM能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法,它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。一个好的CAM软件应有以下几方面功能:
①能建立二维和三维刀具路径的;
②加工方法的多样性;
③刀具路径易于编辑和修改;
④有刀具和材料数据库,使系统能自动生成进给速度和主轴转速;
⑤有内置的防碰撞和防过切功能;
⑥能手动超调任何机加工缺省值(如进给速度,主轴转速等);
⑦能对加工过程进行模拟和估算加工时间。
3 常用模块
3.1 仿真加工模块
高档先进的CAD／CAM系统都提供了一定的NC仿真功能,用于检查刀具切削过程的正确性,检查过切和干涉现象等,但直接通过NC代码来驱动仿真加工过程的方法和软件还很少。而在大量使用半手工(即套用固定循环语句)数控编程的我国制造业,采用NC代码驱动仿真加工过程以检验NC代码的正确性是迫切需要的。特别是,如果能将仿真软件直接嵌入到实际的加工系统中使其成为实际加工的支撑环境,将具有更为重要的意义。
3.1.1主要技术功能有:
(1)数控车床加工过程动态仿真
支持车床及车削中心的建模,工件和刀具的建模;
加工过程中机床和刀具的运动及切削过程的仿真;
刀具与工件、卡盘、尾架等之间的碰撞干涉检验;
(2)镗铣加工中心动态仿真
支持镗铣加工中心的建模,工件和刀具的建模;
点位加工中机床和刀具的运动仿真;
刀具与工件、夹具、托盘等之间的碰撞干涉检验;
(3)数控铣多轴加工动态仿真
支持镗铣加工中心的建模,工件和刀具的建模;
多轴加工中曲面加工的动态显示;
刀具与工件、夹具、托盘等之间的碰撞干涉检验;
(4)先进性
强调数控加工环境的详细描述,提供加工环境的建模手段;
加工过程由NC代码直接驱动,支持手工修改的NC代码;
在较精确的形体表示下,实现快速的三维图形显示加工过程动画。
(5)实用性和经济性
用三维图形直观展示加工环境及加工的各种设置;支持手工及半手工编程的NC代码;可部分承担NC编程和操作员的培训工作。
由于实现了数控加工过程仿真,保证了数控编程的质量,减少了试切的工作量和劳动强度,提高了编程的一次成功率,缩短了产品设计和加工周期,大大提高生产效率,在数控加工行业推广,可产生巨大的经济和社会效益。
3.1.2 数控仿真主要研究和解决了以下关键技术:
(1)几何建模,用于对加工中心设备和被加工工件及其装夹方式进行几何定义;
(2)NC代码的翻译转换;
(3)加工过程快速动画仿真;
(4)加工过程中各种危险的检验。
3.2 后处理程序及数控码输出模块
一般的CAD/CAM系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出,使用户能够灵活地使用不同的数控装置。
(1)提供的后处理和程序。一般包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序;
(2)后处理程序能细调,以使数控输出符合用户的要求;
(3)能将NC程序反向处理,显示刀具路径。
4 常见的基于微机的CAD/CAM软件
(1)UG Unigraphics(UG)是美国EDS公司发布的CAD/CAE/CAM一体化软件。广泛应用于航空航天、汽车、通用机械及模具等领域。国内外已有许多科研院所和厂家选择了UG作为企业的CAD/CAM系统。UG可运行于Windows?NT平台,无论装配图还是零件图设计,都从三维实体造型开始,可视化程度很高。三维实体生成后,可自动生成二维视图,如三视图、轴侧图、剖视图等。其三维CAD是参数化的,一个零件尺寸修改,可致使相关零件的变化。该软件还具有人机交互方式下的有限元解算程序,可以进行应变、应力及位移分析。UG的CAM模块提供了一种产生精确刀具路径的方法,该模块允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑刀轨,如延伸、修剪等,其所带的后处理程序支持多种数控机床。UG具有多种图形文件接口,可用于复杂形体的造型设计,特别适合大型企业和研究所使用。
(2)Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER是美国参数技术公司(PTC)开发的CAD/CAM软件,在我国也有较多用户。它采用面向对象的统一数据库和全参数化造型技术,为三维实体造型提供了一个优良的平台。其工业设计方案可以直接读取内部的零件和装配文件,当原始造型被修改后,具有自动更新的功能。其MOLDESIGN模块用于建立几何外形,产生模具的模芯和腔体,产生精加工零件和完善的模具装配文件。新近发布的20.0版本,提供最佳加工路径控制和智能化加工路径创建,允许NC编程人员控制整体的加工路径直到最细节的部分。该软件还支持高速加工和多轴加工,带有多种图形文件接口。
(3)Master CAM由于价格便宜,Master CAM是一种应用广泛的中低档CAD/CAM软件,由美国CNC Software公司开发,V5.0以上运行于Windows或Windows NT。该软件三维造型功能稍差,但操作简便实用,容易学习。新的加工任选项使用户具有更大的灵活性,如多曲面径向切削和将刀具轨迹投影到数量不限的曲面上等功能。这个软件还包括新的C轴编程功能,可顺利将铣削和车削结合。其它功能,如直径和端面切削、自动C轴横向钻孔、自动切削与刀具平面设定等,有助于高效的零件生产。其后处理程序支持铣削、车削、线切割、激光加工以及多轴加工。另外,Master CAM提供多种图形文件接口,如SAT、IGES、VDA、DXF、CADL以及STL等。
国内外大量的经验表明,CAD系统的效益往往不是从其本身,而是通过CAM和PPC系统体现出来;反过来,CAM系统如果没有CAD系统的支持,花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用;PPC系统如果没有CAD和CAM的支持,既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据,订出的计划也较难贯彻执行,所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此,人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起,从而消除“自动化孤岛”,取得最佳的效益。
5 结语
CAD/CAM软件,将微机与CNC机床组成面向车间的系统,将大大提高设计效率和设计质量,充分发挥数控机床的优越性,提高整体生产水平,实现系统集成和设计制造一体化集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来,用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理,保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。
参考文献
[1]易际明.pro/engineerwildfire磨具设计与数控加工,2003.
[2]宁汝新,徐弘山.机械制造中的CAD/CAM技术[M].北京:北京理工大学出版社,1991.
[3]戴同,冯辛安主编.CAD/CAPP/CAM基础教程[M].北京:机械工业出版社,1997.
[4]唐荣锡.CAD/CAM技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.
[5]赵汝嘉.CAD/CAM在机械工业中的应用[M].西安:西安交通大学出版社,1993.
①作者简介:谭洪,男,1977,工学学士,实验师。从事现代制造技术教学与实践。