CADCAM在机械行业的应用与发展趋势的研究

1、3、CAM 在加工中心的应用3.1 CAM软件基本功能分析CAM软件最基本的功能是前置处理和后置处理功能。前置处理，系统的数据输入接口。在对一个零件进行数控编程前，必须首先 获得零件的模型信息。许多 CAM软件自身具备CAM造型系统，可直接进行零 件造型设计，设计完成后再进行工艺设计，直至数控编程。但在大部分情况下， 造型设计工程师和加工设计工程师采用的可能是不同的CAM软件，需要CAM软件可以读取其他CAM软件完成的设计结果，这就要求 CAM软件的数据输入 接口应该能够正确读取多种常用 CAM软件的输出数据。大多数 CAM软件能提 供多种格式的数据输入接口，比如 IGES,DXF,STL,S

2、AT等通用接口，有的还具 有针对一些著名的CAM软件如Pro/E,UG,CAYIA的专门接口。但不同的 CAM 软件所 专长 的数据格式不同，支持的程度也有所差异，因此最好选用几个有代 表性的零件，对CAM软件支持的数据格式做实验，检查其是否能正确读取数据 信息。3.2 加工支持的走刀方式及其他工艺适应性加工质量与CAM软件对加工工艺的支持密切相关，比如走刀方式跟加工表 面质量就有很大的关系。铳削加工中，单纯的直线往复走刀行切，在加工平面轮 廓时表面质量还可以，但是加工曲面齿廓，则需要沿轮廓线进行环形走刀行切才 可以达到较高的表面质量。因此对于不同零件或同一个零件的不同部位， 不同轮 廓形状处

3、，需要不同的走刀方式。除了走刀方式之外，还要注意到软件是否提供 过切保护，刀杆的干涉检查，甚至是加工过程的模拟仿真表现形式等辅助功能。后置处理，后置处理是数控加工中白一个重要环节，主要任务是把CAM软件前置处理生成的刀轨和工参信息文件，转换成特定机床控制器可接受的特定格 式的数控代码文件NC程序。刀轨文件不能直接驱动机床，因为不同机床控 制对程序格式和指令都有不同要求。不同机床，即使加工相同，代码及格式也不 尽相同。只有结合特定机床要求的格式，生成该机床能够识别的NC程序，才能驱动机床，这就要求CAM软件能够提供多种不同机床的后置处理，要有用户化 后置处理功能，以便用户能直接编辑、修改已有的后

4、处理文件。后置处理后，需 要将得到的数控代码传输到数控机床引导机床进行加工，过去常采用RS232接口进行数据传输，需要专门的软件支持，现在许多 CAM软件本身就具有该数据 传输功能。3.3 应用CAM软件的原则和方法只有最适用的才是最好的。满足前置处理和后置处理等基本功能的 CAM软件有多种，每一种都有自己的不同特点, 前提进行选择，见图1。我们应广泛了解和对比，以满足需要为图1应用CAM软件的原则和方法选择时，除价格因素外，还应考虑以下几方面：1 .操作使用的方便性：一致友好的操作界面及简洁实用的操作方法，对于使 用者来说是无形的帮助。Windows系统操作风格的软件，不用培训就可以摸索着

5、进行操作，要比Unix系统上的软件容易学习和使用。为此首先应注意软件的安 装对操作系统及硬件的要求，其次，软件功能及操作的简洁一致非常重要。2 .集成化程度：不少CAM软件是CAD/CAM的集成，通常由多个功能模块 组成，如三维绘画、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行时间。3 .CAD功能：性能完善的CAM软件的CAD模块是一个高效的造型设计工 具，应具有参数化设计功能、三维实体模型与二维工程图形相互转化并关联的功 能。当然,还要考虑与其

6、他 CAD/CAM软件的兼容性，注意软件所带的图形文 件接口，能支持哪几种图形文件转换，能否从其他系统顺利读取图形文件， 或将 本系统的图形文件传送到其他系统。4 .CAM功能及检测：CAM软件的CAM功能应能提供一种交互编程并产生 加工轨迹的方法，它包括刀具路径、刀具参数、切削参数设置等内容。 CAM功 能检测应注意以下几方面：(1)建立二维和三维刀具路径的难易程度 ；(2)加工方法 的多样性；(3)刀具路径是否易于编辑和修改；(4)是否具有刀具和材料数据库，能否 自动生成进给速度和主轴转速等切削参数；(5)有无内置的防碰撞和防过切功能；(6) 能否手动调节机加工参数及缺省值；(7)能否对加

7、工过程进行模拟和估算加工时问。5 .后处理程序及数控加工代码的输出：一般的CAM软件利用后处理程序提供 用户化的数控加工代码的输出，使用户能够灵活地将NC程序用于不同的数控系 统。选择软件时，应了解以下几方面：(1)提供哪些后处理和数据加工程序，是否 包括线切割、电火花、车削或多轴数控加工编程的后处理程序；(2)后处理输出的加工程序能否细调，以使数控加工代码的输出符合用户的要求；(3)能否将NC程序反向处理，显示刀具路径。3.4 使用CAM设计零件三维图形以泵盖为例，泵盖零件图如下。L图2 泵盖零件图3.5 CAM加工CAM加工步骤包括：(1)零件加工刀具路径确定。根据加工工艺的安排，选用相应

8、工序所使用的 刀具，根据零件的要求选择加工毛坯，同时正确选择工件坐标原点，建立工件坐 标系统，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种工艺参数设定。(2)零件的模拟数控加工。设置好刀具加工路径后，利用Master CAM系统提供的零件加工模拟功能图，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的 设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确， 实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程 的报告。这样可以在实际生产中省去试切的过程， 降低材料消耗，提高生产效率。3.5.1 编制加工工艺1 .毛坯的选择：毛坯为铸造件2 .铳外形；12铳刀

9、铳28圆台至尺寸3.铳28.6-34圆锥台至尺寸4 .铳底台至尺寸。5 .用14钻头钻中15孔。6 .用12铳刀铳19孔至1857 .用 12铳刀铳 15孔至 14.58 .精镇1邠口15孔至尺寸。9 .用6钻头钻7通孔10 .用5铳刀铳 7孔至6.511 .用 5铳刀铳 12孔至 11.512 .精链 7和12孔至尺寸13 .去毛刺、清洗、检验。3.5.2 切削用量的选择一般铳削的精加工余量为0.2-0.5mm。1.背吃刀量的选择铳削时固定循环 每次1mm.钻孔时每5mm 一抬刀。2.主轴转速的选择 铳削时S=800mm/min,钻 孔时S=500mm/min。3 .进给速度 的选择 铳削时

10、F=500mm/min,钻孔时 F=80mm/min。3.5.3 拟定加工工序卡片表1泵盖零件数控加工工序卡片单 位 名 称产品名称或代号零件名称零件图号加工中心工艺分析泵盖工 序 号程序编号夹具名称使用设备加工中心加工中心工 序 号工步内容刀 具 号刀具规格 (mm)主轴转速 (r/min)进给速度(mm/min)背吃力 量(mm)备注1铳刀T011280050012钻头T02145008053精锋刀T03 14.5600600.24精锋刀T04 18.5600600.25钻头T0565008056铳刀T06580050017精锋刀076.5600600.28精锋刀08 11.5600600

11、.23.5.4泵盖加工图形及程序加工刀路图3 加工刀路加工实体仿真图图5 最终零件图第六章CAD/CAM的作用和用途6.1 CAD/CAM 的用途工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等等。 工业制图：精密零件、模具、设备等。服装加工：服装制版。电子工业：印刷电 路板设计。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、 机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。6.2 CAD/CAM乍用和用途的实例分析下图为一电风扇图形，零件厚度 0.5mm,材料ABS年产15万件。需对其进 行注射模具设计制造。零件碓打。铲g图7-1为一电风扇图形Q15塑件工艺分

12、析：(1)该塑件尺寸较小但叶片形状较不规则，加工难度大，叶片部位成型较为 困难。(2)塑件为批量生产且塑件的表面质量要求较高。为了加工和热处理，降低 成本该塑件采用镶块式结构。下图为该注射模具普通流程与CAD/CAM/CAE体化技术流程对比示意图。注射模生产流程注射模CAD/CAM/CAE体化技术流程由该流程图可以看出，由于风扇零件具有较为复杂的曲面结构，普通的工艺流程从设计到制造面临了相当大的困难，为了达到零件图纸的要求无疑在各个生 产流程上增大了技术工人的工作量，导致了模具整个生产周期较长。然而采用CAD/CAM/CAE体化技术流程始终以塑料件的 3D模型为中心，模 具设计、CAE真拟分析

13、、模具CNC1口工、以及模具CMM三坐标）检测、塑料件 CM阪测都完全基于这些塑料件3D模型的传递，从而消除了二维图纸传递几何 信息的不准确性，使最终生产的塑料件和设计者的意图保持高度一致。还使得整 个生产流程易于实现自动化生产，从而大幅度降低了技术工人的工作量， 并能有 效提高模具整个生产周期。如下所示为该套注射模采用CAD/CAW体化技术流程详解零件造型、模具设计利用pro/Engineer软件对该零件进行造型，可以快速并准确得到零件3D图纸以及零件的各种参数，如塑料件的质量、质心、面积等。在 pro/Engineer 软件中，对于模具设计也是相当方便快捷的，可直接通过3D图纸及所得到的参

14、数进行注射模具初始设计。无论是工作零件还是结构零件均可以利用 pro/Engineer软件中EMX （模具专家系统）模块来迅速完成所需设计。由于 pro/Engineer软件采用的是参数化设计的思路，所以无论是零件造型还是模具 设计均可实现参数化结构变更。模具结构分析及优化当初始设计方案完成后，可直接使用 CADa件所设计出的3D图纸进行CAE 模拟分析，从而可以优化设计方案，减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期， 降低开发成本。设计变更通过Moldflow软件的分析后得出了分析结果，如：最佳的浇口位置及塑料 充填状态等。工程设计人员可以参照该结果重新优化模具结构。使模具结构更合理化，也大幅度降低了技术工人在后期试模、调模的工作量。CNC数控加工当模具设计完毕后，即可进行数控加工，将CAD软件所设计的 3D图纸直 接导入C AM软件中进行数控程序的编制， 实现了零图纸加工，避免了二维图纸 在转递几何信息过程中的不准确性，也易于实现自动化生产。CMM三坐标检测工作零件经过CNC数控加工完毕后，为保证零件精度达到设计要求，还 需进行CMM三坐