基于CAPP的CAD/CAM集成式新型數(shù)控加工模式的構(gòu)想

作者簡(jiǎn)介：

王淑娟（1976-），女，漢族，山東省平度人，工程師，工學(xué)學(xué)士，單位：青島海諾水務(wù)科技股份有限公司，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。

摘 要：本文在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造全流程的層面，考慮CAD、CAPP及CAM各自的側(cè)重點(diǎn)，從數(shù)控加工的角度，著力探討了圍繞產(chǎn)品加工下一種新型的CAD/CAM集成式數(shù)控加模式。

關(guān)鍵詞：CAPP；CAD/CAM；數(shù)控加工

引：

現(xiàn)今的數(shù)控加工，需要NC編程人員根據(jù)CAD圖形進(jìn)行繁瑣的人機(jī)交互操作，選擇零件的加工方法、加工對(duì)象及刀具參數(shù)等，至系統(tǒng)形成刀位文件轉(zhuǎn)換成NC程序后才能加工。先不談?wù)揅AD以及CAD與CAM匹配的問(wèn)題，單是轉(zhuǎn)換的NC程序，就還需要根據(jù)具體工況作進(jìn)一步的修調(diào)，直至試車(chē)完成。

1、CAPP下CAD/CAM集成的問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，目前的CAD是以特征為建模的工具，如拉伸、旋轉(zhuǎn)及掃描等，而CAM則是以各種型腔或型面的加工來(lái)劃分，如銑槽、銑外形及打孔等。從CAD與CAM所關(guān)注的對(duì)象、目標(biāo)及具體的模塊而言，兩者之間有著巨大的差異，但從企業(yè)的角度看，這個(gè)產(chǎn)品要滿(mǎn)足性?xún)r(jià)比、高質(zhì)效地加工出來(lái)。這就需要縮短從CAD、CAM到數(shù)控加工的周期時(shí)間。

CAPP是CAD與CAM連接的橋梁，為了能夠從設(shè)計(jì)到加工成型的一步到位，我們需要從CAPP的角度實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成[1]。

2、新型CAD/CAM集成式數(shù)控加工模式

新型CAD/CAM集成式數(shù)控加工模式的系統(tǒng)由設(shè)計(jì)前處理子系統(tǒng)、制造后處理子系統(tǒng)、智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)四部分組成。

一、設(shè)計(jì)前處理子系統(tǒng)

設(shè)計(jì)前處理子系統(tǒng)主要處理特征設(shè)計(jì)與加工工序?qū)拥膯?wèn)題。首先是對(duì)設(shè)計(jì)中建模特征的工序化識(shí)別，在識(shí)別工序后，要進(jìn)行工序的有序化歸置及調(diào)整，然后做好工序的可行性自處理。這里面要處理幾個(gè)比較核心的問(wèn)題。其一是毛坯樣本的識(shí)別及樣本偏差處理的問(wèn)題；其二是設(shè)計(jì)下幾何變化與工序轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。

二、制造后處理子系統(tǒng)

在獲得與設(shè)計(jì)模型對(duì)接的工藝流程后，需要對(duì)工藝進(jìn)行制造可行性分析及工藝的制造模擬。制造可行性需要依托具體的機(jī)床及相應(yīng)的刀具、夾具，考慮到工人工效及原材料的問(wèn)題，所以在制造后處理子系統(tǒng)中的關(guān)鍵是虛擬設(shè)備，甚至虛擬工廠(chǎng)。當(dāng)然，這不僅是引入虛擬加工的問(wèn)題，與工藝對(duì)接的問(wèn)題。

三、智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)

不管是設(shè)計(jì)前處理子系統(tǒng)，還是制造后處理子系統(tǒng)，存在及連接實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)都在于工藝。所以需要一個(gè)強(qiáng)大的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，其中的工藝是最大化實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)處理能力的無(wú)限細(xì)化下的工藝。這樣才能對(duì)設(shè)計(jì)的特征和制造的單元進(jìn)行多種工藝的選擇及多種工序的組合及調(diào)配，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與制造的需求。

在工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中，指針的設(shè)定非常重要，作為工序的導(dǎo)向，它不僅要實(shí)現(xiàn)工序有效、合理的銜接，還要進(jìn)行多路徑下的尋址與目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為數(shù)控加工提供可供選擇的空間。此外，在工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中，還要有一個(gè)智能的數(shù)控加工參數(shù)處理模塊。如果說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)裝滿(mǎn)書(shū)籍的圖書(shū)館，那么，這個(gè)智能模塊就是圖書(shū)館的管理員，負(fù)責(zé)處理與加工有關(guān)的參數(shù)擬定及項(xiàng)目選定的問(wèn)題。如同NC編程人員在生成刀位文件前所要做的事情一般。所不同的是，智能模塊可以直接給出多個(gè)可供選擇的方案。

四、專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)

專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)著重面對(duì)具體工況下數(shù)控加工實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，也就是虛擬與真實(shí)的連接的問(wèn)題，在可實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)多種方案的選擇滿(mǎn)足不同生產(chǎn)實(shí)際的需要。專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)不僅要智能化判斷從設(shè)計(jì)模型、工藝特征到制造加工的一致性的問(wèn)題，還要著重從工藝上進(jìn)行必要的優(yōu)化改進(jìn)?？梢酝ㄟ^(guò)模型對(duì)比、殘余模型分析與判斷功能，進(jìn)行工藝的改進(jìn)及刀具路徑的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的更優(yōu)化，更高效化。

此外，專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)還需要有自適應(yīng)和自我學(xué)習(xí)的功能，在設(shè)計(jì)者進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)調(diào)整后，能夠通過(guò)刷新獲得新的與數(shù)據(jù)相適應(yīng)的調(diào)整后的數(shù)控加工的方案。專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)要與設(shè)計(jì)前處理子系統(tǒng)、制造后處理子系統(tǒng)及智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)建立完備的雙向關(guān)聯(lián)，使工藝知識(shí)積累、學(xué)習(xí)、運(yùn)用成為可能[2]，這樣才能為專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)提供更多的優(yōu)化樣本，也可為其升級(jí)作準(zhǔn)備，也才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工方案的更優(yōu)化。

3、新模式下產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的調(diào)整

CAD與CAM軟件的界面以及數(shù)控加工的面板都是不同的，所以它們的使用思維及理念也是不同的。新的CAD/CAM集成式新型數(shù)控加工模式的構(gòu)想中，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)乎設(shè)計(jì)、制造、操作全過(guò)程，所以在設(shè)計(jì)理念上需要進(jìn)行必要的調(diào)整。應(yīng)該是融合了數(shù)控加工全方面、尤其是實(shí)際實(shí)踐的調(diào)整。

比如，本著提高機(jī)器使用率，降低成本等考慮，某個(gè)產(chǎn)品需要使用三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床來(lái)進(jìn)行加工，那么設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程就應(yīng)該是去除材料的過(guò)程。產(chǎn)品一步步生產(chǎn)的過(guò)程盡量是銑削能夠完成的過(guò)程。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)與制造就一一對(duì)應(yīng)上了，剩下的只是按照新的模式去處理的流程了。

4、結(jié)束語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)技術(shù)及軟件研發(fā)技術(shù)的不斷前進(jìn)，本著高速化、高效化、可視化的需求，從設(shè)計(jì)到制造成型的CAD/CAM集成式數(shù)控必將出現(xiàn)。低成本、短周期、高效益的數(shù)控加工是市場(chǎng)的大勢(shì)所趨，希望這一新的CAD/CAM集成式數(shù)控加工模式的構(gòu)想能為今后數(shù)控加工的發(fā)展提供一點(diǎn)有益的參考。（作者單位：青島海諾水務(wù)科技股份有限公司）

參考文獻(xiàn)

[1] 曾東保，劉艷華.CAM技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].裝備制造技術(shù)，2008年第11期：129.

[2] 魏而巍，梁木養(yǎng)等.CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)工程科學(xué)，2008年4月第2卷第4期：60-62.