数控机床应用中CADCAM软件技术分析.doc

【摘要】分析CAD/CAM技术在数控加工过程中的作用，数控机床在现代工业生产中的地位，介绍CAD/CAM技术与数控机床加工结合对传统生产过程的改变及对生产效率提升的意义，以及CAD/CAM软件在数控NC程序生成中前处理和后处理的方法。 中国论文网 【关键词】数控机床；CAD；CAM；数据转换 1.引言 随着计算机技术的普及，计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术已经越来越多地应用在数控加工领域，手工编程以不能满足复杂的曲面零件的程序编制，通过CAD软件进行实体建模、曲面建模，再通过CAM软件进行刀具轨迹处理，完成NC程序编制。 2.数控机床与CAD/CAM 数控技术是机械加工技术，微电子技术、监控检测技术、计算机技术、自动控制技术等多种学科的集成，是一门新兴而又发展十分迅速的高新技术，对机电行业及国民经济的发展具有十分重要的作用。同时，数控技术也是发展自动化技术的基础。以数控技术为核心的数控机床、加工中心是具有代表性的、高水平的机电一体化产品，代表了当今世界自动化技术发展的前沿。 CAD（Computer Aided Design），即计算机辅助设计，在数控加工过程中是一种生产辅助工具。它将计算机高速而精确的运算功能、大容量存储和处理数据的能力，丰富而灵活的图形、文字处理功能与设计者的创造性思维能力、综合分析及逻辑判断能力结合起来，形成一个设计者思想与计算机处理能力紧密配合的系统，大大加快了设计进程。CAD技术包括下列功能：几何建模、参数建模，计算分析、模拟装配，强度分析，仿真与实验、绘图及技术文档生成、工程数据库的管理和共享。 CAM（Computer Aided Manufac -turing），即计算机辅助制造。CAM概念是指从产品的设计到加工制造的中的一切生产准备活动。应用于数控机床加工中指的是数控程序的编制，包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC程序的生成等。 目前较为主流的CAD/CAM软件主要分为以下几类： （1）设计软件 近年来随着一些制图软件在工业方面的应用与普及，机械设计过程也发生了革命性的改变，如现在的徒手绘图只出现在前期的轮廓勾勒中，而在产品的设计过程中，尺规作图全部被CAD软件代替。CAD软件也由传统的点、线2D制图发展成为线、面、体的3D制图。传统的设计过程是，设计师根据产品的性能和要求，在人脑中生成空间立体模型，再由设计师徒手绘制成平面图形，准确的表达出零件的结构，出现了以AutoCAD为代表的2D制图软件。而实际设计过程中根据产品的总体性能，修改某一个零件的局部结构和尺寸是常有的事，2D软件就需要重新绘制图形。包括零件的图样，该零件在其他装配图中的图样全部人工修改，工作量很大。2D制图软件只能表达出点、线信息，对零件的面、体信息不能表达，进而要分析零件的面、体信息就要靠其他的计算手段获得，设计师对某一产品的体信息，如质心、惯性矩等不得不需通过计算得到，3D设计软件的出现使得这一计算过程变得非常容易，只需要通过软件分析即可得到，大大提升了设计效率。3D软件最大的优点在于首先将人脑中的立体模型通过实体信息出现在显示器中，直观性非常高，再由用户根据实体模型自动成产不同视角的2D图形，3D软件普遍具有全参数建模功能，在修改设计时3D实体图形与2D工程图形时时关联，使得设计过程的效率发生了质的改变。3D绘图的代表软件有UG、PRO/E、Cimatron、CAXA等。 （2）制造软件 通常指CAM软件，是以已有的CAD图形来生成执行语言。执行语言分为ATL语言和NC语言，ATL语言由CAM产生，用来说明刀具轨迹的一种描述性语言，并且可以在CAM软件里逐行进行加工仿真模拟。NC语言是由后处理器产生，是实际输入机床的加工语言。大部分的制造软件也具有建模绘图功能。根据制造对象不同分为二维（点、线信息），二维半（线、面信息）和三维（实体信息）的CAM软件。如：北航海尔的CAXA制造工程师以及MasterCAM，Cimatron，UG、PRO/E等。由制造软件生成标准的NC执行程序，这个过程主要包括设置加工环境，加工工序，生成轨迹文件，及后置处理等。然后将NC执行程序送入机床，机床按照指令自动加工出来。 （3）执行软件 采用不同数控系统的机床在加工时要求的NC执行程序的语言结构不同。比如国产广数系统、华中系统、进口的FANUC系统、SIEMENS系统，其NC语言的指令含义、指令格式不尽相同，这就使得同一零件在不同系统的机床上加工时，其指令程序不同。CAD图形相同、刀具路径相同、ATL程序描述内容相同、NC程序不同，那么要得到不同数控系统的指令程序，就要求有不同的后处理程序来得到适合不同数控系统加工的NC程序。通过R232数据接口或闪存等方式传送到机床存储器上来完成加工。 3.不同软件数据间的文件转换 CAD/CAM软件较多，其应用范围各有不同，所以不同软件间的图形交互也是必须进行的。以常用的设计软件AutoCAD和常用的辅助制造软Master- CAM软件为例，AutoCAD和MasterCAM两款软件隶属不同的公司，其内核数据库，数据存储类型都不相同，要想用MasterCAM软件直接打开AutoCAD图形来制作NC程序是不行的。那么怎样完成AutoCAD和MasterCAM之间的数据转换，图形共享，优势互补，达到软件间的互相兼容呢？ AutoCAD软件以ACIS（数据格式：*.sat）为开发平台，而Master -CAM以Parasolid（数据格式：*.X-T）为开发平台，要完成两者之间的数据转换，就必须将图像格式输出成各自能被识别的形式，各软件公司制作设计制造软件时已经考虑到了这个问题，每个软件几乎都有与其他软件的数据转换接口，这些接口就体现在可以进行文件格式转换。这些软件都支持多种文件格式，这样就可以在一种软件中将文件保存或者导出成其他相关软件也支持的文件格式，然后再在相关软件中打开或者导入这个文件中，完成文件共享。然而，这种转换过程也同样按情况的不同要作适当的调整。比如：很多CAM软件都接受dxf文件，但是CAD实体文件若以dxf格式转化到CAM中，CAD实体图形会由实体信息分解成点线信息。在转化过程中可能会有数据的丢失。 4.后置处理文件 后置处理文件是CAM软件特有的一种在NC程序语言生成之前的ATL（刀位运动轨迹信息）文件。因为没有针对某种数控机床的特定的CAM软件，而每个数控机床对指令代码即NC程序语言的格式要求不同，对生成NC程序起决定作用的是CAM软件的后置文件，所以要对不同的数控系统进行不同的后置文件选择，并且根据不同的数控机床的参数对后置处理程序进行适当的调整，以使进入机床的NC程序能够被识别。后置处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用就是将计算出的刀轨（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC程序并输出，此代码再通过接口传输到数控机床的控制器上，由控制器按程序语句驱动机床加工。 5.CAD/CAM的集成软件 不同的CAD软件和CAM软件在进行数据转换时存在数据丢失、参数失效等问题。随着CAD/CAM技术和计算机技术的发展，人们不再满足于这两者的独立发展，从而出现了CAM和CAD的组合，即将两者集成（一体化），这样以适应设计与制造自动化的要求。这种一体化的结合可使在CAD中设计生成的零件信息自动转换成CAM所需要的输入信息，防止了信息数据的丢失。在同一软件中即可实现产品设计、工艺规程设计和产品加工制造的全过程，提高了生产效率，出现了产品生命周期全过程控制工程。因此，在数控加工应用中开发CAD/CAM集成软件可省去中间繁琐的数据转换过程。CAD/CAM集成的关键是信息的交换和共享，如UG、Pro/E等，在集成软件内部是以统一的数据格式直接从CAD系统获取产品几何模型。目前许多三维CAD/CAM软件提供实体设计模块和软件包。我们利用的是UG和Pro/E的实体建模功能，包括零件的几何形状，尺寸和技术要求；然后利用UG或Pro/E特有的CAM软件包，建立起刀具库，完成对产品的工艺参数设定；最后通过软件包的翻译文件将刀具轨迹文件翻译成NC程序。 6.结束语 计算机的发展及软件业的发展，推动着计算机辅助设计软件的不断改进。CAD/CAM技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展，在数控机床上的运用越来越广泛，以PC技术为基础的DNC开放式系统成为软件的发展方向，另外，CAD/CAM技术也在朝着网络化发展，借助PC技术可以方便的实现网络化通讯，可以高效地满足生产的需求。比如在学校的实验室，实验设备的网络共享是极为迫切的，利用网络技术与CAD/CAM技术的结合，建立CAD/CAM设计代码传输机床执行网络