（机械工程专业论文）基于三种cadcam软件数控加工的应用研究.pdf

雾 i 声明尸明 珊i l l l iii il l l l l llll l l l r li iii i i j i l l l y 17 8 5 5 0 7 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于三种c a d c a m 软件数控加 工的应用研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：塑：兰：三 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 导师签名： 日期： 如i d 。 。r 。 攀型 惹 埠剑 孙 期 签 睹日 j 氆 ， ， ， l j ； 华北电力人学t 群硕十学位论文摘要 摘要 c a d c a m 软件广泛应用于制造业中，对c a d c a m 软件在数控加工中的应用 进行研究，对于实现高质量和高效率的数控加工，提高企业的生产效率和竞争能力 有着重要的现实意义。本文的主要研究内容为：1 ) 熟练掌握应用c a x a 、c i m a t r o n 、 t y p e 3 等三种c a d c a m 软件，熟悉立式加l 工中心的操作流程，并能进行实际加工操 作；2 ) 借助c a d c a m 软件，根据零件形状能合理选取加工路线、毛坯形状、刀 具、加工参数等，并自动生成n c 代码；3 ) 把自动生成n c 代码，传输到立式加工 中心中进行实际加工，得到加工实体。在研究课题内容的基础上，总结三种软件的 优缺点和适用性，为企业和数控加工从业人员提供选择使用软件的依据和借鉴。 关键字：c a x a ，c i m a t r o n ，t y p e 3 ，数控加工，数控编程 a b s t r a c t t h ec a d c a ms o f t w a r el sw i d e l yu s e di nt h em a n u f a c t u r i n gs e c t o r t h ec n c m a c h i n i n go fa p p l i e dr e s e a r c hb yu s i n gt h ec a d c a ms o f t w a r eh a si m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e i n a c h i e v i n gh i g h q u a l i t ya n dh i g he f f i c i e n c y o fn cm a c h i n i n ga n d i m p r o v i n gt h ep r o d u c t i v ee f f i c i e n c ya n dc o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e t h em a i nw o r k s a r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：1 ) 1w i l lm a s t e rt h eu s eo ft h r e ek i n d so ft h ec a d c a m s o f t w a r e ，w h i c h a r ec a x a ，c i m a t r o na n dt y p e 3 ，a n df a m i l i a rw i t h o p e r a t i o n a l p r o c e s s e so fv e r t i c a lm a c h i n i n gc e n t e rs oa st oo p e r a t ei tw h e n1w i l lc a r r yo u tt h ea c t u a l m a c h i n i n g 2 ) n cc o d eh a sb e e na u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e db yu s eo ft h ec a d c a m s o f t w a r e ，a f t e rs o m eo p e r a t i o n s ，s u c ha sr e a s o n a b l ys e l e c tt h ep r o c e s s i n gl i n e ，r o u g h s h a p e ，c u t t i n gt o o l sa n dm a c h i n i n gp a r a m e t e r s ，h a v ea c c o m p l i s h e da c c o r d i n gt op a r t s 、 s h a p e s 3 1n cc o d eh a sb e e nt r a n s m i t t e dt ot h ev e r t i c a lm a c h i n i n gc e n t e r si nt h ea c t u a l p r o c e s s i n g s oa st og e tt h ee n t i t y b a s e do nt h ec o n t e n t so fs t u d y , i ts u m su pi t s a d v a n t a g e s ，d i s a d v a n t a g e sa n da p p l i c a b i l i t yo ft h r e ek i n d so fs o f t w a r e ，a n dp r o v i d e st h e b a s i sa n dr e f e r e n c eo fc h o o s i n gt ou s et h es o f t w a r ef o re n t e r p r i s e sa n dn cm a c h i n i n g p r a c t i t i o n e r s x i n gd i x i o n g ( m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gw e n j i a n k e y w o r d s ：c a x a ，c i m a t r o n ，t y p c 3 ，n cm a c h i n i n g ，n cp r o g r a m 专 华北电力人学：l ：科硕十学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 1 1c a d c a m 技术在制造业中的应用1 1 2 数控加工的概述1 1 3c a d c a m 集成辅助数控自动编程技术发展状况1 1 3 1 国外c a d c a m 数控自动编程技术发展状况2 1 3 2 我国c a d c a m 数控自动编程技术发展概述2 1 3 3c a d c a m 数控自动编程发展趋势3 1 4 课题研究的目的和内容4 1 4 1 课题研究的目的4 1 4 2 课题研究的内容5 1 5 本章小结5 第二章c a d c a m 软件的选择探讨以及数控机床的概述6 2 1 数控机床的概述6 2 1 1 数控机床的产生与发展6 2 3 2 数控机床的发展趋势6 2 2 数控机床加工的过程和工作原理7 2 3 数控自动编程的基本流程8 2 4 数控编程中应该注意的事项9 2 5 国内外c a d c a m 软件的特点9 2 6 选择c a d c a m 软件应考虑的问题1 l 2 7v c n 5 i o c 立式加工中心的简介1 2 2 8 本章小结1 3 第三章三种c a d c a m 软件的功能分析。14 3 1c a x a 软件的实体建模和数控加工功能1 4 3 1 1c a x a 软件的实体建模功能14 3 1 2c a x a 软件的数控加工功能15 3 2c i m a t r o n 软件的实体建模和数控j j 【i j 。i ：功能16 3 2 1c im a tr o n 软件的实体建模功能16 华北电力人学1 ：稃硕十学位论文目录 3 2 2c im a t r o n 软件的数控加工功能16 3 3t y p e 3 软件的功能分析1 8 3 3 1t y p e 3 软件的c a d 设计能力1 8 3 3 2t y p e 3 软件的c a m 加工能力1 8 3 3 3t y p e 3 软件的浮雕功能1 8 3 4 本章小结1 9 第四章c a d c a m 软件加工实例的研究2 0 4 1c a x a 软件加工应用实例2 0 4 2c i m a t r o n 软件加工应用实例2 3 4 3t y p e 3 软件加工应用实例2 8 ， 4 4 本章小结3 3 第五章总结与展望3 4 5 1 总结。3 4 5 2 展望3 4 参考文献3 6 致谢3 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况3 9 华北电力人学：i ：群硕十学位论文 第一章绪论 1 1c a d c a m 技术在制造业中的应用 制造业是一个国家支柱产业，也是影响国民经济发展、提高人民生活水平的主 要产业，因此各国都把提高制造业水平作为一项长期的发展战略。随着制造技术、 计算机技术、数字化技术的发展，出现了计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 这 门高新技术，即利用计算机系统帮助技术人员完成产品的设计与制造的新技术。它 在制造业中的应用改变了传统的设计与制造方式，在流程信息、控制等模式上发生 了质的变化，给制造业带来全新的发展理念。 c a d 主要是指借助计算机进行零件的几何造型、产品的虚拟装配、产品的分析、 动态模拟仿真、自动绘图等：c a m 主要是指借助计算机系统进行产品的数字化控制、 工艺的过程设计、自动编程等1 1 1 。由于c a d c a m 技术的大部分工作是在一个虚拟的 i 副造环境巾进行的，产品零件设计完成后可以进行虚拟装配，j j i l 工路径可以模拟仿 真，避免了资源的浪费，提前发现不合理的设计和制造环节，同时可以随时进行优 化，大大地缩短了产品的丌发周期，提高了产品响应市场的能力，因此c a d c a m 技术在各国都得到了广泛的应用和发展，也成为国际问科技竞争的重点。 1 2 数控加工的概述 数控加工是指数控机床根据预先编制的零件加工程序自动完成加工，即是指在 数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，它是用数字信息控制零件和刀具位移的 机械加工方法。加工程序的编制可以采用手工编程和自动编程【2 】【3 1 。手工编程是指 加工人员根据图样分析、工艺分析、数据计算、机床参数、编写程序单以及程序检 验等整个编制程序过程都是由手工完成的，优点是编程直接简便，缺点是劳动量大、 容易出错，且对复杂曲面不能进行编程。自动编程是指加工程序的编制过程大部分 是由计算机辅助完成的，也叫计算机辅助编程。自动编程可以解决手工编程无法完 成的复杂零件的编程，适合形状复杂零件的加工程序编制，优点是效率高、程序正 确性好，但是它需要自动编程系统或具有编程功能的软件( o h m a s t e r c m a 、p r o e 、 u g 、c i m a t r o n 、c a x a 等) 的支持。 1 3c a d c a m 集成辅助数控自动编程技术发展状况 自第一台计算机存荚 q 诞生后，人们就不断地将计算机技术0 i 入机械设计、制 造领域。c a d c a m 技术就址借助于计算机完成j 托1 i i i 的设汁和制造，c a d j j 璎解决 的足j 犯i 讯的设计l u j 题，c a m ! j i u 足利川c a d 创建f i q 1 ：i f 内儿f - i 模州仃i 息，选义合理的 华北电力人学ji ：样硕+ 学位论文 加工参数、走刀路线等过程自动生成加工程序。通过数控机床完成传统机床不能完 成的加工任务。1 9 5 2 年，美国p e r s n o 公司与麻省理工学院( m i t ) 合作研制出了世界 上第一台数控机床。自从这台机床诞生起，人们就利用电子计算机高速的计算能力 丌发自动编程技术，来解决数控机床自动编程问题，经过多年的发展形成了现在的 c a d c a m 集成辅助数控自动编程技术【4 】 5 1 。 1 3 1 国外c a d c a m 数控自动编程技术发展状况 数控技术起源于美国，5 0 年代，麻省理工学院研制出了专门适用于机械零件数 控加工程序编制的语言，f f | a p t 语言。6 0 年代，a p t 在工业界的协作下，由麻省理工 组织美国各大公司共同丌发出了支持立体切削的a p t - i i 、a p t i i i 。7 0 年代，他们相 继丌发出了支持多坐标曲面加工编程的a p t - i v 、支持雕塑曲面加工编程的 a p t _ i v s s 。同时，同本富士通研制的f a p t 、法国研制的i f a p t 、德国研制的e x a p t 、 意大利研制的m o d a p t ，这些系统都源于a p t 语言。出于a p t 系统是比较早编程语 言，存在着编程复杂较难掌握、集成性差、通用性差，缺少加工过程直观图的显示 以及刀具轨迹的验征手段等缺陷，这些缺陷严重的阻碍了数控加工技术实现一体化 的发展。随着计算机技术的发展，此时c a m 系统朝着两个方向发展。一个是朝着专 用c a m 系统方向发展；另一个是朝着集成化c a d c a m 方向发展。 专用c a m 系统的代表有：如8 0 年代以后出现的m a s t e r c a m 、s u r f c a m 、s m a r t c a m 等软件，这些软件起初都是基于d o s 系统平台，系统规模小，功能简单，适合中小 型企业。随着计算机技术的发展，如今m a s t e r c a m 软件已在大中小企业中得到了广 泛的应用。 集成化的c a d c a m 系统主要代表有：1 9 7 2 年美国洛克希德加旱福尼亚飞机公 司丌发出的c a d c m a 系统；1 9 7 9 年法国的达索飞机公司丌发的c a t i a 系统，1 9 7 9 年美 国的u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司丌发了u g 软件系统。这些系统具有很好的 c a m c a m - - 体化功能，如今这些软件都成为目前应用最为广泛的c a d c a m 集成软 件之一。进入8 0 年代以后，各种不同的c a d c a m 集成系统如雨后春笋般地发展起来， 典型的有p r o e n g i n e e r 、s o l i d w o r k s 、e u c l i d 、c i m a t r o n 等。上述的系统软件现在已 成为商品化的软件，并广泛应用于机械、航空、航天工业、汽车工业，尤其是在模 具制造业中发挥着重要作用。 9 0 年代以后c a d c a m 集成数控编程系统在原有的基础上朝着智能化、网络化、 并行化、标准化、虚拟化的方向发展。 1 3 2 我国c a d c a m 数控自动编程技术发展概述 我幽数控技术起步比较晚，1 0 圈外发达j l ：q k 凼家村l 比村l 差毖远，l ：i l i 订还没有j i ： 发jl 仃特色的体化f i ，j 集j 戊数控编程软1 i ，| ：。我州刈数控j f l j i ：技术的研究始1 - 航审 2 华北电力人学1 ：群硕十学位论文 工业的p l c 数控加工自动编程系统s k c i 。随着数控编程在机械行业中的应用，在8 0 年代，“七h ”期| 、日j ，国家支持对2 4 个重点机械产品进行了c a d c a m 的丌发研制工 作【6 i ，如：西1 l - l 业大学研制的能进行曲面加工的p u n g n c 图形编程系统；北京航 空航天大学与第二汽车制造厂合作完成的汽车模具、气道内复杂型腔模具的三轴加 工软件；华中理工大学完成的适用于三维n c 加工的软件h z a t p ；中京公司和北京航 空航天大学合作研制的唐龙c a d c a m 系统；以北京机床研究所为核心丌发的 c k t s15 车削c a d c a m - - 体化系统等，为我国c a d c a m 技术的发展奠定了一定的基 础。 2 0 世纪9 ( ) 年代，c a d c a m 技术给制造业带来了根本的变革，使制造业发生了 质的飞跃，在全球范围内引起了普遍的关注和重视，在这一时期，我国为了跟上时 代的步伐，积极号召丌发拥有自主产权的c a d c a m - - 体化系统，并取得了一些科 研成果，如：北京北航海尔软件有限公司研制的c a x a 电子图板和c a x a m e 制造工 程师；浙江大天电子信息工程有限公司丌发的基于特征的参数化造型系统 g s c a d 9 8 ；北京清华大学和广东科龙集团联合研制的高华c a d 软件；广州红地技术 有限公司和北京航空航天大学合作丌发的基于s t e p 标准的c a d c a m 会银花系统； 南京航空航天大学自行研制的超人2 0 0 0 c a d c a m 系统；华中理工大学丌发的具有 自主版权的基于微机平台的c a d 软件等，其中有一些系统已经接近世界水平【7 1 。 9 0 年代以后到现在，我国对c a d c a m 技术的研究没有取得较大的突破。我国 数控加工和数控编程技术与发达国家相比，约相差1 0 - 1 5 年的差距，没有鲜明特征 的商品化软件出现。目前我国的企业大部分是利用国外的商品化c a d c a m 软件， 如：u g 、p r o e 、s o l i d w o r k s 、c i m a t r o n 、t o p s o l i d 、c a t i a 、m a s t e r c a m 等，这些 商品化的软件几乎占领了中国整个市场。因此，目前我国的c a d c a m 软件无论是 从产品丌发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家尚有不小差距，发展道路 任重而道远。 1 3 3c a d c a m 数控自动编程发展趋势 c a d c a m 技术是计算机集成制造系统( c i m s ) 的基础，为了适应计算机集成制 造系统一体化的发展需要，c a d c a m 数控编程必然朝着集成化、智能化、网络化、 并行化、标准化的方向发展。自动编程是c a d c a m - - 体化发展的必然结果，其发 展趋势为： 1 ) 多功能模块化的编程系统 数控编袢系统模块不仪能够对f e 意平面进行编稚，i 耵f i 还能对复杂曲i f 进行编 程，能够刈儿何图形进行处理，时根据零件的材质，可l ，l 动确定加工参数的功能。 该系统1 i 仪j 【有数控语；。- 的输入办式，而且j l 干r 使川i 纠j 髟输入，同时还捉供了九接 华北电力人学1 ：科硕十学位论文 与数控系统机床进行直接通信的接口功能。 2 ) 具有工艺处理能力的编程系统 初期的数控编程系统主要是能够自动进行数值计算，还不具备工艺处理的功 能。但实际机床在加工过程中，尚需要解决大量的工艺问题，因此未来的数控编程 系统必须有工艺处理能力，即编程系统具有能根据零件的形状，可自动选择毛坯、 确定加工工艺过程及工序、选择刀具、确定切削用量等功能。该系统适合于形状较 简单，工艺过程比较复杂的孔加工或车削加工的数控编程中。 3 ) 图形自动编程系统 图形编程系统的主要特点是以图形要素为输入方式，即从零件图的绘制、走刀 轨迹的生成、加工过程的动态模拟、加工指令的编写等过程，都是以菜单、对话框 等为驱动，通过系统图形交互的方式得到，整个过程且具有形苏、直观、高效率等 特点。同时系统在运行过程中，用户可通过图形指定加工表面与部位，系统自动生 成走刀路线及加二 指令。 4 ) 具有反求工程和通讯功能编程系统 也就是指通过三坐标测量机测得的零件表面的数据，可直接传输到数控编程系 统，通过数控编程系统强大的数据处理功能，可以剔除不合理的数据，将处理后的 数据自动拟合成零件的表面，然后系统自动确定毛坯形状、加工路线、工艺参数等 最终将数据直接处理成n c 代码加工指令。把生成的加工指令通过系统的通讯功能直 接传输到实际数控机床上，进行实际加工。 1 4 课题研究的目的和内容 1 4 1 课题研究的目的 c a d c a m 软件已广泛应用于我国的制造业中，已经基本上取代了传统上的手 工绘图、手工编程。目前市场上存在着多种c a d c a m - - 体化软件，每种软件都有 自己独特的特点，如：p r o e 参数化设计功能比较强；u g 和c a t i a 复杂曲面设计功 能比较强；c i m a t r o n 和m a s t e r c a m 在自动数控编程加工方面能力比较强。同时每种 软件的用户界面和功能模块上存在着差别，不同的软件在使用过程中也存在很大的 差别。因此对于不同类型的零件的加工，要选择最适合最有针对性的c a d c a m 软件， 就要要从几何建模、加工方案、刀具轨迹生成、后置处理、n c 指令的传输等多个方 面综合分析，同时还要结合设备的实际情况。选取合理的c a d c a m 软件，进行合 理的设计、数控二 艺规划与数控编样，即对c a d c a m 软佴：数控：f j j i ：i 二策略的进行分析研 究，随足i 小j 扰介、i k 和数控从q k 人参! i ，i 勺难题。例如：一螋j 加l - 附有标志性图案已 经成为利- l i f 尚，这些h 粲的j i 6 部j i l j i ：也已成为制约悭个j _ - 1 f 一加i ：质艟霜i 效率抛i ， 华北电力人学i ：稃硕十学位论文 的关键因素，完成这些图案的加工，即可以借助矢量转换软件或c a x a 带g j 造工程师 2 0 0 8 及数据传输c i m c oe d i t v 5 等软件完成，也可以通过a u t o c a d 绘图软件和t y p e 3 软件完成。 针对如此多的数控加工软件，要想选出最适合企业自身产品的软件，就要分别 针对不同的c a m 软件进行深入的学习使用，同时针对不同类型的工件进行实际加工 和比对，继而得出相应的结论。对c a d c a m 软件数控加工应用过程进行研究，可 以使计算机及外围设备的充分发挥应有能力，实现高质量和高效率的数控加工，提 高企业的生产效率以及竞争能力，是本课题研究的目的意义之一。同时对c a d c a m 软件数控加工应用过程进行分析研究，对培养我国复合型数控技术人才和普及我国 数控知识，有着重要的现实意义。 1 4 2 课题研究的内容 本课题主要是针对不同类型的零件，选用c a x a 、c i m a t r o n 、t y p e 3 等软件进行 数控加工，并通过模型绘制、设计合理加工方案、刀具轨迹生成、后处理、n c 4 - 码 的自动生成以及传输到实际数控机床( l g m a z a kv e i 玎i c a lc e n t e rn e x u s 5 1 0 c ) 上进行实体加工，最后得到高质量的实体产品。本课题研究主要内容集中在 以下几方面： 1 ) 熟练掌握应用c a x a 、c i m a t r o n 、t y p e 3 等c a d c a m 软件，熟悉立式加工中 心的操作流程，进行实际加工，为零件的实际加工打好基础。 2 ) 借助c a d c a m 软件，根据零件形状能合理的选取加工路线、毛坯形状、刀 具、力n - r _ 参数等，并自动生成n c 代码，为实现合理的高质量的产品打下基础。 3 ) 利用自动生成n c 代码，传输到立式加工中心中进行实际加工，把加工好的实 体与实际图纸相比，是否能满足设计的要求。 4 ) 通过对不同类型零件自动编程和加工结果的分析，对比三种c a d c a m 软件的 使用特点，总结不同软件的适用性和优缺点，为企业或数控加工业内人士选择合适 的数控编程软件提供借鉴。 1 5 本章小结 本章通过查阅大量的资料，讨论了c a d c a m 技术在制造业中的应用， c a d c a m 数控编程技术在国内外发展的现状以及发展趋势，阐明了开展本课题研 究的意义，确定了研究的具体内容。 华北电力人学i ：科硕十学位论文 第二章c a d c a m 软件的选择探讨以及数控机床的概述 2 1 数控机床的概述 2 1 1 数控机床的产生与发展 1 9 4 6 年诞生了世界上第一台电子计算机，它为数控机床的诞生奠定了基础，六 年后，即1 9 5 2 年计算机技术应用到机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此， 人们走进了数控机床的时代，半个世纪以来，数控机床经历了两个阶段和六代的发 展。 l 、数控( n c ) 阶段( 1 9 5 2 年一1 9 7 0 年) 早起的计算机的运算速度低，不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采 用数字逻辑电路制成一台机床专用的计算机作为数控系统，这被称为硬件连接数控 ( h a r d w i r e dn c ) ，简称为数控( n c ) 。随着元器件的发展，这个阶段经历了三 代，即1 9 5 2 年的第一代一电子管数控机床；1 9 5 9 年的第二代一晶体管数控机 床；1 9 6 5 年的第三代一集成电路数控机床。 2 、计算机数控( c n c ) 阶段( 1 9 7 0 年一现在) 直到1 9 7 0 年，通用的小型计算机出现并成批生产，并把它作为数控系统的核 心部件，从此进入了计算机( c n c ) 阶段。1 9 7 1 年美国i n t e l 公司吧运算器和控制 器采用大规模集成电路技术集成到一块芯片上，称之为微处理器，又称中央处理单 元。1 9 7 4 年，微处理器被应用于数控系统，这是因为小型计算机功能强大，控制一 台机床能力多余，但不及采用微处理器合理。到了1 9 9 0 年，p c 机性能已发展到很 高的阶段，可满足数控系统核心部件的需求，而且此时的p c 机价格便宜，可靠性 高。数控系统从此进入了基于p c 机的阶段。 总之，计算机数控阶段也经历了三代，即1 9 7 0 年的第四代一小型计算机数 控机床；1 9 7 4 年的第五代一一微型计算机数控系统：1 9 9 0 年的第六代一基于p c 机数控机床。 2 3 2 数控机床的发展趋势 随着计算机技术的发展，数控机床不断采用计算机、控制理沦等领域的最新技 术成就，它的性能| i 臻完善，应用领域f la 荒扩大，同时为了满足i l i 场和科学发展的 需要，为了达到现代化制造技术对数控技术捉 j 了更高的要求，吖1 i 】订，世界数控技 术及其装衍证j ：9 j 芗e i 、述儿个方向发展。 l 、高速、“效和l l i 玎柑度 ( ； 华北电力人学i ：科硕十学位论文 高速、高效和高精度是机械加工的目标。要提高加工效率，首先必须提高切削 和进给速度；要确保加工质量，就必须提高机床部件的运动轨迹和精度。为此，必 须要发展有高性能的数控装置。 2 、高可靠性 高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控的设备的可靠性一个数量级以上， 高可靠性的数控系统是保证数控机床长时间工作的必要条件，数控系统要提高无故 障率的时间。 3 、模块化、智能化、柔性化和集成化 为了适应多品种、小批量的特点，现在的数控机床朝着机构模块化，数控功能 模块化的方向发展。智能化功能是数控机床发展的必然趋势，如工艺参数自动生成、 自动识别负载、智能化自动编程、智能化人机界面、智能诊断系统等功能。未来的 数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与c a d 、c a m 、c a p p 、m t s 联结，向信 息集成的方向发展；网络系统向丌放、集成和智能化方向发展。 4 、i ：发性 为适应数控联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的 要求，数控机床最重要的发展趋势是体系结构的丁发性，设计生产丌放式的数控系 统。丌放式数控系统具有标准化的人机界面和编程语言，软、硬件兼容，维修方便。 5 、出现新一代数控加工工艺与装备 为了适应制造自动化的发展，向f m c 、f m s 和c i m s 提供基础设备，要求数字 控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且还要具有自动测量、自动上下料； 自动换刀、自动更换主轴头、自动误差补偿、自动渗断、进线和网络等功能，广泛 地应用于机器人和物流系统。 总之，新一代数控系统技术水平大大提高，数控机床新能性能朝着高精度、高 速度、高柔性化的方向发展。 2 2数控机床加工的过程和工作原理 数控机床上加工工件时，其工作原理如下：首先要根据加工零件的图样与工艺 方案，用规定的格式编写程序单，并记录在载体上；把程序载体上的程序输入到数控 装簧：中去：数控装罱将输入的程序经过运算处理，向机床坐标伺服系统发出信号； 伺服系统根据数控装置发m 的信号，通过伺服执行机构( 如步进电动机、伺服电动 机) ，经传动装截( 如滚珠丝机：螺母副等) ，驱动机床各运动：川t a t 1 7 t - ，使机床按照规定 的动m ：j i l e i , 序、述度羽l 位移进i j ：i ：作，从而制造 f ；零件实体i ”i 。数控机_ i 未j j l | j r 过程如 图2 一l 所示。 华北电力人学j i ：程硕十学位论文 网 1 一 数控装置 。口服系统 测最 存储器 装置 科 善 序+ 输 - l c p u i -输 伺执 机床 载 入入 服行 主机 体 上t 系机 统构 豁；酬曼是 叫“” 。i r i 切削驱动装置 2 3 数控自动编程的基本流程 图2 - i 数控机床的加t 过程 数控编程的基本流程【2 5 1 主要包括导入c a d 模型、分析模型加工工艺、设置加 工切削参数等，最终确立刀具轨迹生成方式。仿真加工后对刀具轨迹进行相应的编 辑修改、拷贝等。待所有的刀具轨迹设计合格后，进行后置处理生成相应数控系统 的加工代码，即可将进行n c 代码的传输与数控加工。其具体流程如图4 一l 所示。 臣圈 1 分析模型加一t 艺 图4 一i 数控编牲的丛本流税 华北电力人学l ：稃硕十学位论文 2 4 数控编程中应该注意的事项 ( 1 ) 刀具的选择：刀具的类型选择要合理，加工二 ：件及选择切削刀具时，必 须先分析被加工工件的形状、尺寸大小、材料的硬度等条件。另外，刀具的耐用度 和精度与刀具的价格关系很大：在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成 本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，侧可以使整个加工成本大大降低。 ( 2 ) 加工类型和参数的确定 加工类型可根据工件的形状划分为粗加工、半精加工、局部精加工和精加工。 应该根据划分的加工类型确定刀具和加工方法，然后设置合理的加工参数对工件进 行数控编程。 ( 3 ) 其它注意事项 在加工时尤其是在粗加工中，对于不易测量的尺寸，如表面尺寸，应与可测量 的尺寸精度较高表面一起加工，靠数控机床自身的精度来保汪。从经验来看这种方 法比较可靠，同时可节约火量量具，充分发挥数控车床的优势；根据编程方式决定 需采用的对刀方式，即刀心对刀和刀尖对刀；加工零件前要进一步消化和理解零件 的加工内容。主要包括：1 ) 根据设计图纸或工艺图表综合考虑零件的精度和技术 要求：2 ) 根据零件几何结构和尺寸关系确定加工的先后顺序；3 ) 根据图纸的技术 条件确定各个尺寸所在的工步，如有同轴度、跳动关系的尺寸应尽量在_ 个工步中 加工出，另外如平面度、圆度等还决定是否需要在后面加修正基准的工步；5 ) 公 差较严的尺寸应该在切削变形较大的工步后加工；6 ) 粗糙度要求较高的表面应在 零件刚性较好的情况下加工，并应避免用较小刀r 加工的表面一同加工。粗糙度要 求较低的表面可在粗加工中形成；7 ) 试加工过程中，先检查刀具是否与兴具、卡 盘有干涉现象，试刀后的尺寸应校验、测量合格后进行f 式加工；8 ) 根据试加工 后的结果，修f 刀具补偿值，提高零件的加工精度，并最终使刀具运动轨迹与编程 轨迹重合。 2 5 国内外c a d c a m 软件的特点 随着c a d c a m 技术的发展，使制造业发生了质的变革，与传统的制造相比，在 产品的丌发设计、加工制造、产品上市、产品质量、环保、节约资源方面都发生了 质的突变，因此c a d c a m 软件应用同益广泛。每个企业在选取在c a d c a m 软 件时，要 9 j 确自己的要求和f i 标，选择符合自己需璎的软件。下面简单介绍一下企 业中常川| 1 勺c a d c a m 软什的功能特点。 1 ) a u t o c a d a u t o c a d 软什足i 二i f l 玎氽j l 一域常j j 的软f ，l ：，它址：维、 i f j 绘图软什，! i 订饿大 q 华北电力人：学i ：释硕十学位论文 的绘图、编辑、尺寸标注等多种绘图功能， 型时与其它具有三维造型功能的软件相比， 图差。 但是三维造型功能较差，在绘制三维模 操作复杂、费时费力且生成三维的效果 2 ) p r o e n g i n e e r p r o e n g i n e e r ( 简称p r o e ) 是美国参数技术公司( p t c ) 推出的基于参数化特征造 型技术的大型c a d c a m c a e 集成化的软件。该软件具有造型设计、零件设计、装 配设计、结构分析、运动分析、模具设计、板会设计、n c 加二 等功能【8 1 。该软件用 户界面简洁，符合设计人员的设计思想和习惯，但精确的曲面构造能力相对于u g 、 c a t i a 软件较弱。 3 ) u n i g r a p h i e s u n i g r a p h i c s ( 简称u g ) 是美国e d s 公司推出的集c a d c a m c a e 于一体的三 维参数化软件。该软件不仅具有实体建模、曲面建模、特征建模、装配建模、工程 制图、工业设计等功能，而且在设计过程可进行有限元分析、机构运动分析、动力 学分析和仿真摸拟等功能9 1 。该软什f j 户界面简单，符合设i | 人员f i 勺设计思想和刊 惯，具有精确的曲面设计和数控加工功能，是当今世界上最先进的c a d c a m c a e 之一。 4 ) c i m a t r o n c i m a t r o n 是以色列c i m a t r o n 公司研发的一套全功能高度集成的c a d c a m 软 件，具有实体建模、虚拟装配、工程制图、数控加工等功能，其中以强大的数控加 工能力文明全球，被认为是世界上最先进的数控加工系统f 1 0 i 。该系统具有很好的文 件转换功能，可以与u g 、p r o e 、s o l i d w o r k s 、c a t i a 等数掘文件进行转换，输入 到c i m a t r o n 中进行设计加工。 5 ) s o l i d w o r k s s o l i d w o r k s 是美国s o l i d w o r k s 公司开发的集c a d c a m c a e p d m 于一体的设 计软件，具有实体建模、曲面建模、虚拟装配、工程制图、产品数据管理等功厶匕i f , 1 。 系统界面简单、易学易用，但是曲面建模功能和数控加工功能相对较弱。 6 ) c a t i a c a t i a 是法国( d a s s a u l t ) 系统公司推出的一套高端c a d c a m c a e 一体化应 用软件，具有“基础结构”模组、“机械设计 模组、“形状”模组、“分析与模拟” 模组、“ l - c - e 厂”模组、“加二r ：”模组、“数字模拟”模纤【、“设备与系统”模组、 “人机一：科学设计与分析”模红【、“智件”模组等多利- j j j 能的模组，每种弄组- l 又 包含多种助能模块i 佗j ，可以蜕足功能铀 大、界而友好的辅助软件。 7 ) c a x a | ， 华北电力人学i ：稃硕十学位论文 c a x a 是北京北航海尔软件公司丌发的功能强大的二维绘图和三维建模的通用 的c a d c a m 软件，它强大的二维绘图功能可以与a u t o c a d 析l 婉关，同时它具有 实体建模、虚拟装配、数控加工等功能【 】。该软件易学易用，符合工程师的设计习 惯的国产化的软件。 8 ) m a s t e r c a m m a s t e r c a m 是美国c n c 公司丌发的基于p c 平台的c a d c a m 软件，具有强 大的三维造型和加工功能，它是集二维绘图、三维曲面设计、体素拼合、数控编程 于一体的c a d c a m 软件。该软件以人机交互的编程方式闻名于世，成为引用最为 广泛的数控加工软件【。4 l 。其特点造作灵活、易学易用。 9 ) t y p e 3 t y p e 3 是法国v i s i o nn u m e r i c 丌发的雕刻设计软件，t y p e 3 以c a t i av 5 为基础 架构，将所有功能全部集成到c a t i a 中。t y p e 3 拉近了工业领域中设计艺术专家与 工业制造工程之n i j 的距离。它允许由扫拙仪扫入或直接导入图7 髟文件，并在c a t i a 巾修改相应参数，支持多种不r d 字型式及地区义字( l j 文、阿拉伯文、俄文) ，在 解决花纹、符号、标志设计中有独到之处。 这些软件现已在广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通剧机械和电子设计等 行业的产品设计加工领域。 2 6 选择c a d c a m 软件应考虑的问题 随着市场经济的快速发展，使得响应市场的产品的种类、型号越来越多，更新 换代也越来越快。企业要想生存发展就必须跟上时代的步伐，充分利用c a d c a m 软件的功能，提高自己的市场竞争力。先进的进口商品化c a d c a m 软件价格昂贵， 因此企业在选取购买c a d c a m 软件应考虑的以下问题。 1 、要明确自己的要求 在选择c a d c a m 软件时要明确自己的要求，主要包括：企业要解决什么问题? 企业未来的发展方向，以及将来会出现哪些问题。从解决问题的需要购买适合自己 企业发展需要的软件，避免浪费资源。 2 、分析比较软件性能 市场上c a d c a m 软件较多，存! l f j 买软件时要结合本企业产品的形状、类型、 加工工艺以及介业中现有的数控设备。如i 果要选择侧重数控编程能力时，要从软件 的前谮处理、肝h 处理以及综合性能：j 方面综合考虑选择。 f j 订截处刖i i 婴魁指以下两个力m ：系统的数挪；接i i 功能，【! f j 孑1 它n 勺 c a d c a m 软什之1 1 l j 进行数折：义什的化输的能力。j j i i ：f ：时的止列方= i = l = 以及j e 它一 华北电力人学1 ：群硕+ ! 学位论文 艺适应性，因为不同的走刀方式会影响工件的表面的质量，同时要考虑其它工艺的 适应性，如系统软件是否带有过切保护、于涉检验、加工过程仿真模拟过程等辅助 功能。 后置处理主要是指c a m 软件能够提供不同的机床后置处理模块，即就是根据刀 具轨迹和工艺参数信息，结合特定数控机床的性能及其所要求的数控程序格式，能 生成该机所能识别的数控加工程序。因为不同的机床或加工中心，对数控代码的识 别格式可能有所不同。其它综合性能主要是指要考虑软件是否易学易懂、有良好的 发展性和二次丌发功能。 2 7v