CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究

崔松華

摘 要： 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是CAD技術(shù)從二維繪圖向三維仿真模型的發(fā)展，以及在此基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成熟的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析、有限元分析、裝配設(shè)計(jì)及仿真、數(shù)控加工與仿真等計(jì)算機(jī)輔助功能，使CAD/CAE/CAMP/DM等逐步集成為綜合的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)。本文結(jié)合工作實(shí)踐，在分析CAD/CAM系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞： CAD/CAM技術(shù) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造 應(yīng)用教學(xué)

1. CAD/CAM系統(tǒng)概述

CAD/CAM系統(tǒng)軟件主要針對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源進(jìn)行管理，是進(jìn)行CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用及開發(fā)的軟件平臺(tái)，通常包括的內(nèi)容有三個(gè)：操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和編譯系統(tǒng)。當(dāng)前微軟系統(tǒng)中主要的操作系統(tǒng)是Windows98、Windows2000、WindowsXP和WindowsNT，而相關(guān)工作站中主要使用的是UNIX操作系統(tǒng)，在蘋果計(jì)算機(jī)中則主要使用Mac操作系統(tǒng)等；編譯系統(tǒng)實(shí)際上就是通過高級(jí)語言編寫計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，形成計(jì)算機(jī)可以直接執(zhí)行的語言，其中主要的高級(jí)語言有：C/C++、Basic、Pascal、Lisp、Prolog等。

2. CAD/CAM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 CAM數(shù)據(jù)庫

CAM數(shù)據(jù)庫是將全部需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，然后通過計(jì)算機(jī)高速存取信息功能，提供設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中需要的各種數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還可以對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控。

2.2生產(chǎn)管理

在數(shù)控程序編制完成之后，需要加工的零件將信息存入CAM數(shù)據(jù)庫。全部的生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)過相關(guān)的調(diào)度程序調(diào)控生產(chǎn)的進(jìn)行。調(diào)度程度通過對(duì)相關(guān)的生產(chǎn)程序進(jìn)行接收，然后制訂下列生產(chǎn)計(jì)劃：（1）關(guān)注生產(chǎn)中各個(gè)零部件的生產(chǎn)情況；（2）關(guān)注生產(chǎn)中不同數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行情況；（3）對(duì)比生產(chǎn)時(shí)間和計(jì)劃時(shí)間的差異；（4）機(jī)床或者其他的設(shè)備系統(tǒng)出現(xiàn)問題。根據(jù)調(diào)度程序?qū)⑸鲜鲂畔⑦M(jìn)行檢測(cè)和確定后，明確不同的機(jī)床生產(chǎn)中的負(fù)荷和排列計(jì)劃。如果調(diào)度程序?qū)ο乱徊降牧慵绦蛴枰源_定后，就可以將緩沖器中通過直接或者間接的方式存儲(chǔ)的信息，傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床的相關(guān)生產(chǎn)單元中。

3. CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用

3.1 CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1.1零件的建模設(shè)計(jì)。零件生產(chǎn)的建模過程就是對(duì)零件需要的特征進(jìn)行確定的過程，通過合理的組合方法形成零部件的生產(chǎn)模型。在零件與特征之間主要體現(xiàn)的關(guān)系是層次性的關(guān)系，這就要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，不僅要有非常清楚的空間想象能力，還要對(duì)零件建模的各種技巧加以掌握，增強(qiáng)建模的靈活性，進(jìn)而有效提高零部件建模的速度和效率。

3.1.2裝配建模設(shè)計(jì)。在相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)中，需要將各種零部件進(jìn)行組裝，然后將組裝后的零部件整合形成機(jī)器。因此，可以將一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)器看做是由無數(shù)個(gè)零部件組合而成的，而復(fù)雜的部件則可以當(dāng)做若干組件形成的局部?？梢哉f這是對(duì)機(jī)器的層次性描述，通過這種描述能夠極大地方便機(jī)器的制造和設(shè)計(jì)。此外，機(jī)器在模型的裝備中也會(huì)體現(xiàn)這種層次性關(guān)系。

在計(jì)算機(jī)上安裝各種零部件的層次性組合，通過零部件的組合形成完整的裝配體的過程就是裝配建模和設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（裝配鉤）是通過兩個(gè)子裝配（驅(qū)動(dòng)部分和傳動(dòng)部分）加上一個(gè)零件（活塞缸）組成。一個(gè)裝配系統(tǒng)對(duì)零部件之間的構(gòu)成關(guān)系進(jìn)行完整的記錄，同時(shí)也規(guī)定不同的零部件之間的限制關(guān)系。

3.2 CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用主要是針對(duì)產(chǎn)品的加工和制造中必須完整的工作而設(shè)計(jì)的，其中主要的內(nèi)容是工藝設(shè)計(jì)、用于零件加工的數(shù)控編程、用于零件裝配的機(jī)器人編程等的準(zhǔn)備工作。其中工藝設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是通過研究和確定零件加工需要使用的加工順序、設(shè)備和方法等內(nèi)容。工藝設(shè)計(jì)需要較多的經(jīng)驗(yàn)，在傳統(tǒng)的加工中需要很多具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工作人員，而通過機(jī)械工具的運(yùn)用，可以將經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，然后通過人機(jī)對(duì)話，操作人員只要執(zhí)行計(jì)算機(jī)操作就能完成工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)任務(wù)。

美國科學(xué)院進(jìn)行了相關(guān)調(diào)查，通過CAD/CAM集成技術(shù)，有效地降低50%設(shè)計(jì)時(shí)間、30%的制造時(shí)間和10%的成本投入，同時(shí)具有非常高的一次成功率。以整體鋁合金車輪的生產(chǎn)過程為例：當(dāng)前，轎車輪轂通常是使用整體式鋁合金來制作的，在生產(chǎn)上大多使用金屬型鑄造進(jìn)行生產(chǎn)。隨著我國社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，轎車生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中會(huì)對(duì)輪轂進(jìn)行不斷的修改，從而更好地滿足消費(fèi)者的實(shí)際。這就要求在進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)中需要縮短周期，但同時(shí)要確保產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高。因此，依靠傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式是無法適應(yīng)當(dāng)前市場發(fā)展的，必須采用CAD/CAE/CAM/RPM的一體化這一全新的生產(chǎn)模式進(jìn)行。

利用CAD/CAM技術(shù)加工輪轂，首先利用Pro/E系統(tǒng)設(shè)計(jì)出輪轂產(chǎn)品的模型，其次根據(jù)產(chǎn)皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品模具，具體包括產(chǎn)品的上、下模具和側(cè)模（4塊）等。對(duì)輪轂和模具設(shè)計(jì)方案不斷地通過模擬實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，優(yōu)化的內(nèi)容包括傳熱過程模擬及冷卻工藝分析。在模擬的基礎(chǔ)上對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和分析，然后將優(yōu)化后方案輸入CAD/CAM系統(tǒng)中，從而迅速制造出低壓鑄造模具，進(jìn)而生產(chǎn)處符合要求的產(chǎn)品。采用CAD/CAM集成技術(shù)，輪轂的實(shí)際制造過程可以縮減為6天，大大縮短生產(chǎn)周期。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳剛.CAD/CAM技術(shù)在橡膠機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，29：29-30.

[2]冉書明.CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，15：176.

[3]陳建武.CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，12：112+114.

[4]簡正豪，潘桂根.CAD/CAM技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2012，01：44-46.

[5]姬耀鋒，黨培，沈勝利，王建勛.CAD/CAM技術(shù)在糧食機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用研究[J].包裝與食品機(jī)械，2011，02：64-66.