CAD╱CAM编程软件概论.doc

CAD/CAM简介11 CAD/CAM发展过程现代制造技术是由计算机、网络、数控机床、加工中心和柔性制造单元及集成制造系统等组成，具有高效率、高品质、高智能化特点。CAD/CAM（Computer Aided Design &Manufacture，计算机辅助设计与制造）技术是计算机信息技术与制造技术的结晶。CAD通过交互式几何建模及对模型进行模拟和优化，生成产品的3D数字模型及二维数字工程图样；CAM自动读入零件的3D数字模型，通过设定加工工艺参数，自动生成数控加工刀路轨迹，编辑修改轨迹并预览仿真加工无误后，可根据机床参数直接生成NC代码及其工艺表单，并以数字信号传输到数控机床，进行零件的数控加工。现代企业信息化系统建立的数字化平台：CAD/CAM计算机辅助设计与制造CAPP计算机辅助工艺CAE计算机辅助工程PDM产品数据管理CIMS计算机集成制造系统VPD虚拟产品开发VM虚拟制造MRPII制造资源管理系统ERP企业资源管理系统MIS管理信息系统目前以CAD/CAM一体化集成形式的软件已 成为数控加工自动编程系统的主流。CAD/CAM技术是现代数字化制造和数字化企业的基础和关键，其应用程度已成为衡量一个国家科技现代化和产业现代化水平的重要标志。12 CAD/CAM集成数控编程系统简介1.2.1 CAD/CAM集成数控编程系统的基本原理1CAD/CAM系统的组成一个集成化的CAD/CAM数控编程系统，一般由几何造型、刀具轨迹生成、刀具轨迹编辑、刀具轨迹验证、后置处理、图形显示、几何模型内核、运行控制和用户界面等部分组成，其它几何模型内核是整个系统的核心。常用的几何模型包括表面模型、实体模型和加工特征单元模型。应用最广的几何模型表示方法是：边界表示（B-Rep）及结构化实体几何（CSG）最常用的几何模型内核主要有：Parasolid和ACIS。2CAD/CAM系统的基本功能要求一个典型的CAD/CAM集成系统应具备几大功能模块：（1）造型设计包括二维草图设计、曲面设计、实体和特征设计、曲线曲面的编辑、NC加工特征单元的定义等。（2）二维工程图自动生成在三维几何造型设计的基础上，自动生成二维工程图，并具有标尺寸的功能。（3）数控加工编程包括多坐标加工刀具轨迹生成、刀具轨迹编辑、刀具轨迹验证和通用后置处理。一个典型的CAD/CAM集成数控编程系统其数控加工编程模块一般应具备以下功能：（1）编程功能；如点位、轮廓、平面区域、曲面区域、约束面/线的控制加工等编程功能。（2）刀具轨迹计算方法；如常见的参数线法、截平面法和投影法等。（3）刀具轨迹编程功能；包括诸如轨迹的快速图形显示，轨迹的编辑与修改，轨迹的几何变换，轨迹的优化编排，轨迹的读入与存储。（4）刀具轨迹的验证功能；轨迹的快速或实时显示，截面法验证，动态图形显示等。1.2.2 CAD/CAM集成数控编程系统的应用1系统的功能与使用方法要对系统的全面了解：（1） 了解系统的总体功能（2） 了解系统的数控加工自动编程能力2分析加工零件（1）分析待加工表面（2）确定加工方法（3）确定编程原点及编程坐标系3对待加工零件进行几何造型4确定工艺步骤并选择合适的刀具5刀具轨迹的生成及编辑6刀具轨迹验证7后置处理1.2.3 现代数控加工机床（CNC）组成包括控制系统、伺服系统、检测系统、机械系统及其他辅助系统组成。（1）控制系统：用于数控机床的运算、管理和控制，对输入的控制指令进行运算和解释；（2）伺服系统：根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；（3）检测系统：是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；（4）机械系统：包括进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；（5）辅助系统：包括固定循环、自动换刀、传动间隙补偿等。1.2.4 数控机床分类：按工艺用途分：一般数控机床、加工中心（带刀具库及自动换刀装置）及多坐标轴数控机床；按切削方式分：数车、数铣、数镗、镗铣加工中心、数磨、数钻、数拉、数刨、数切断机床、数板材成型加工机床、数控管料成型加工机床、数齿轮加工机床、数激光、数电火花切割机床、数电火花成型机床、及其它数机床。1.2.5 数控机床特点：与传统相比，数控加工特点：优点：（1） 加工复杂零件（2） 操作简便，人员不需长时间训练（3） 极大提高生产效率（4） 加工精度高，质量好（5） 易于在加工过程中进行设计变更、检测和管理缺点：设备昂贵、加工准备环节多。1.2.6 数控机床（加工中心）的加工过程零件加工代码程序零件毛坏装夹及找正坐标原点设置刀具准备机床自动加工。1.2.7 常见CAD/CAM软件简介1CAXA制造工程师：是我国北京北航海尔软件有限公司研制开发的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维软件。2UG-是目前市场上数控加工编程能力最强的CAD/CAM集成系统。是由美国UGS公司开发经销，不仅具有复杂造型和数控加工功能，还具有管理复杂产品装配，进行多种设计方案的对比分析和优化等功能。3Pro/Engineer-广泛用于模具、工业设计、汽车、航天、玩具等行业。是美国PTC公司研制和开发的软件，开创了三维CAD/CAM参数化的先河，可用于设计和加工复杂的零件，及零件装配机构仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程等功能。4CATIA是最早实现曲面造型的软件，目前已发展成从产品设计、产品分析、加工、装配和检验，到过程管理、虚拟运作等功能。5Mastercam是美国CNC Software，公司推出的基于PC平台上的CAD/CAM软件，它具有很强的加工功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。但设计造型功能不强。6CIMATRON是以色列Cimatron公司提供的软件，具有三维造型、生成工程图、数控加工等功能，具有通用和专用的数据接口及产品数据管理功能，现已汉化。13 数控编程技术数控编程：就是根据零件的加工要求编写操纵数控机床的格式代码。数控程序代码格式有两种：ISO格式和EIA格式。目前大多数系统使用国际通用的ISO格式。1.3.1 数控系统概念：数控系统即数控机床的控制系统，一般包括固定的控制软件、计算机主机、显示器、NC面板、通信接口等。功能：负责接受加工代码程序，并经过计算、编译后，通过伺服系统控制机床产生相应动作；控制系统也具有一定的编程能力（机内编程）；甚至还有加工仿真功能。常见控制系统种类：FANUC、SIEMENS等；（1） FANUC系统：该系统由日本FANUC公司和德国西门子公司联合设计，于1976年研制成功7M系统，后由FANUC公司独立发展起来；它是目前国内使用最广的数控系统；最新的是FANUC18（2001年）；而FANUC 0 系统是国内目前各机床生产厂家采用较多的版本；FANUC 0M-C系统是FANUC公司专门向中国出口的版本，从98年6月以后该系统增加了DNC功能；（2） SIEMENS系统该系统由德国生产的数控系统。CNC机床系统为SINUMERIK系列，包括802S/D/C（经济型数控系统）、810D、840D/C等；国内典型是802S/D，而802S是采用步进电机系统的经济型CNC机床系统；802D是采用具有免维护性能的核心部件；可控制4个数字进给轴和1个主轴；1.3.2 现代数控编程技术三维造型技术日益成熟，以线框、曲面、实体相结合的造型是现代造型方式的特点。加工编程也由局部单曲面加工发展到多曲面整体加工，以及基于留量的智能加工与海量加工。1 基于留量的加工（智能加工）就是根据上一次加工的余量确定当前加工轨迹的算法。2 海量加工具有高速切削能力的机床的一种加工方法。将被加工体所有表面做整体处理，用等高面与被加工体和毛坏求交，形成带岛屿的封闭轮廓，加工轨迹等高面内按带岛屿的封闭轮廓生成二维轨迹。优点：采用端铣刀切削复杂型面，切削效率比球形铣刀高，加工进给速度可以很快，加工后工件表面的阶梯痕小，余量均匀。缺点：对计算机CPU浮点运算速度要求较高。14 数控加工工艺基础1 铣削定义：是指多齿刀具（铣刀）做连续旋转运动，工件相对于刀具做连续平移运动，从而在铣床上切削加工的方法。2 铣削用具（铣刀种类）：刀具名称用途外径长度齿数备注圆柱铣刀铣削平面5010050160614立铣刀平面、台面、沟槽、曲面230020500214刀柄有直柄（小径）和锥柄（大径）盘铣刀沟槽、小平面、台面6380100315宽度在440角度铣刀沟槽分单角和双角铣刀角度为18100度键槽铣刀分别为N9、D10配合键槽普通轴向进给2柱面和端面上有齿T形槽T形多齿半圆键槽半圆多用卧式多齿切断铣刀开槽、切断成形铣刀特形面包括凹圆弧、凸圆弧、齿轮盘、特种成形面3 铣刀几何形状：几何形状：刀刃、刀尖、前刀面、后刀面铣刀的几何参数：螺旋角：旋刃切线与刀主轴线夹角主前角：主剖面内基面和前刀面的夹角主后角：主剖面内基面和后刀面的夹角法前角：法剖面内基面和前刀面的夹面法后角：法剖面内基面和后刀面的夹角4 可用于铣削加工的几何形状：普通铣削加工的形状包括：平面和槽两大类，分别有平面、台面、斜面、矩形槽、丁形槽、半圆形键槽、各种成型槽、齿槽、锯断等数控铣削加工形状包括所有普通铣外，还包括各种曲面、钻孔、铰孔、镗孔、铣孔等。5 主要铣削要素：（1）主要有六项：主轴转速、铣削速度（旋转线速度）、每齿进给量、每转进给量、进给速度（走刀速度）、切削层深度。（2）影响切削要素的综合因素有：机床：机床刚性、最大转速、进给速度工件：材质、热处理性能等刀具：刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等装夹方式（工件紧固程度）：压板、台钳等冷却情况：油冷、气冷等。6 机床坐标系机床坐标系包含机床坐标和工作坐标。机床坐标是数控加工中系统的绝对坐标，一般为右上角。作为其它坐标的参照坐标。工作坐标为设置在被加工零件上的坐标系。7 零件装夹与找正：装夹目的：是固定零件于工作台上，保证在加工过程中零件与工作台之间不发生位移，以免发生事故。装夹方式：直接在工作台上安装、通用夹具安装、专用夹具安装、组合夹具安装。装夹步骤：先找基准、定位、装夹。定位基准尽可能与设计基准、测量基准重合，尽量使加工面采用同一基准（目的是减少夹具设计和制造的工作量，降低工件的加工成本）。另外定位基准选择正确与否，将直接影响工件的加工精度和生产效率。装夹时注意事项：A) 先找定位基准，尽量加证基准重合并统一B) 找正，即保证工件的基准方向与数控机床的基准方向建立联系找正方法：先将零件装夹在工作台上，注意放置方向应当与加工时的工作坐标方向相符；然后在主轴上安装一个千分表，表的指针指向被加工的零件的每个边进行找正，如先对X轴方向的某边，然后沿X轴向摇动手轮，看千分表指针的摆动情况，如果摆动范围在误差允许内，则表示方向基本一致。8 对刀点：（1）定义：即刀具相对零件运动的起点，又称起刀点，也是程序的起点。（2）选择点：对刀点必须与零件的定位基准有一定的坐标关系。可以在零件外也可以在零件内，但对于加工中心，由于换刀，避免刀具与工件相碰，所以对刀点与刀位点相一致，在零件的外面。（3）对于建立了绝对坐标系统的数控机床，对刀点最好选在坐标系的原点上，或选在已知坐标值点上。9 工序、工步：(1) 按装夹定位来划分工序：外形、内形、平面(2) 按所用刀具划分工序： (3) 按加工表面划分：粗加工、精加工工序、工步安排的意义：对加工精度、加工效率、刀具数目有很大影响。如果先粗后精加工，可以保证加工精度和提高生产效率，如果先接近加工位置加工，可缩短移动距离，减少空程时间，在一次装夹定位中完成所有可能的加工。（4）加工工序确定后，还需要确定加工路线，即刀具运动的轨迹和方向，以保证零件的加工精度和表面光洁度，如顺铣、逆铣等，并应使数值计算工作简单，程序短，以减少工作量。10 数控铣削加工方式：(1) 顺铣：铣刀旋转方向与工件进给方向一致(2) 逆铣：铣刀旋转方向与工件进给方向相反，切削不平稳，加工表面粗糙(3) 顺逆铣的选择：对于普通铣削加工，采用顺铣时，当切削量大时，由于工作台带动丝杆进给方向窜动，造成工作台颤动和进给不匀，易出现扎刀、崩刃现象，所以多采用逆铣。对于数控铣削加工，由于数控机床采用了滚珠丝杆螺母副传动，精度高，不易产生爬行，加工质量高，切削平稳，所以采用顺铣。(4) 顺铣、逆铣对加工参数的影响：数控加工机床上，顺铣时，加工平稳，加工参数比逆铣时提高很多，特别是在材质较硬、加工量在时。(5) 数控铣床上顺逆铣削的简易判断法：刀具右旋时，对凸型，顺时针走刀方向为顺铣；对于凹型，逆时针走刀方向为顺铣。11 对称与不对称铣削：数控加工中尽量使用对称切削方式，目的是受力均匀，切削比较平稳。12 单向和往复切削：原则是：在保证加工质量的前提下尽量缩短加工时间。对于钢材的切削，当走刀路径单程较小、抬刀时间相对较长时，采用往复走刀可省时。如果单程较长，加工表面要求较高，采用单向走刀会省时。15 CAD/CAM基本应用流程主要五个环节1 建模：自己生成也可通过接口（DXF、IGES、STEP）输入，或按一定格式输入测量数据自动生成三维模型。2 确立工艺方案：（1） 准加工零件的尺寸、公差、精度等加工要求（2） 设定毛坯（3） 确定装夹方式（4） 选择加工刀具（5） 确定加工方法（6） 设定工艺参数3 生成加工刀路（刀具轨迹）：系统提供强大的数控加工功能，并仿真加工过程，生成刀具轨迹，并可编辑轨迹。4 机床后置设置及NC代码生成：