淺析CAD/CAM技術(shù)在曲線輪廓加工中應(yīng)用

朱寧

（徐州機(jī)電技師學(xué)院，江蘇 徐州 221131）

CAD/CAM技術(shù)在現(xiàn)代制造型企業(yè)中應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，它緊密聯(lián)系著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、質(zhì)量、成本及生產(chǎn)周期。CAD/CAM技術(shù)已成為制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。具有曲線輪廓的零件，依靠人工很難完成它的設(shè)計(jì)制造，借助CAD/CAM技術(shù)已經(jīng)成為必然的趨勢。

1 線圖程序化

在生產(chǎn)中，帶有復(fù)雜輪廓的曲線有些可以從工程手冊中直接查出其理論公式，然后編制出程序；有些則依靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用某個(gè)近似的曲線公式來反映輪廓的形狀，這也稱作經(jīng)驗(yàn)公式。經(jīng)驗(yàn)公式的形成過程叫做曲線擬合。

常見的曲線擬合種類很多，這里我們用最小二乘法，以二次方程擬合和多次方程擬合為例。

已知有n組（xi，yi）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，假設(shè)二次方程為：y=ax2+bx+c

設(shè)偏差平方和為S(a,b,c)，則：

同線性方程擬合原理，對式（1）求偏導(dǎo)并讓其等于零，得：

整理以上三個(gè)方程得：

求解以上三個(gè)方程，得a,b,c系數(shù)的值。

由二次方程同理可推導(dǎo)出k次方程的擬合公式：

求解偏差平方和S得：

求（1-9）式的偏導(dǎo)并讓其為零，整理得：

在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以根據(jù)不同的情況，選擇不同的曲線方程進(jìn)行擬合，比較其擬合結(jié)果，選擇最佳的方程。

2 CAD/CAM軟件對曲線的處理

目前，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的CAD/CAM軟件種類很多，如 UG、Pro/E、MasterCAM、SolidWorks、CAXA等，其總體上差別不大，但各自都有獨(dú)特的特點(diǎn)，在使用中可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。下面我們以UG軟件為例，來分析它對樣條曲線的處理方法。

（1）在UGCAD中有四種繪制曲線的方法。

①根據(jù)極點(diǎn)法：曲線的形狀由極點(diǎn)所圍成多邊形的形狀決定，曲線的類型、階次以及是否封閉等參數(shù)由用戶根據(jù)自己的需要確定。

②通過點(diǎn)：創(chuàng)建一系列的點(diǎn)，由這些點(diǎn)精確的繪制出曲線。

③擬合：創(chuàng)建一系列的點(diǎn)，讓曲線沿著這些點(diǎn)形成，但曲線并不通過這些點(diǎn)，這樣得到的曲線稱為擬合。

④垂直于平面：在選定小于100個(gè)的平面內(nèi)創(chuàng)建曲線，在平行面之間創(chuàng)建直線，在非平面之間創(chuàng)建圓弧段。

圖1是用根據(jù)以上方法繪制的具有曲線輪廓的零件。

根據(jù)這一零件實(shí)體，在UGCAM中選擇三維銑削模式中的區(qū)域銑削方式，設(shè)定好加工刀具、加工深度、走刀方式等參數(shù)，做出樣條曲線的加工刀路，如圖2所示。然后選用UG中合適的后處理，做出CNC加工程序。

圖1 具有樣條曲線的零件

圖2 樣條曲線零件的加工

（2）構(gòu)建后處理。刀具軌跡不能直接傳輸?shù)綑C(jī)床上進(jìn)行加工，所以刀軌數(shù)據(jù)要經(jīng)過處理以適應(yīng)不同控制系統(tǒng)的特定要求。這種處理，在大多數(shù)CAM軟件中都稱為“后處理”。后處理的作用是使刀軌變成機(jī)床能夠識別的NC代碼。

UG系統(tǒng)提供了一般性的后處理器程序—UG/Post，它使用UG內(nèi)部刀軌數(shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)后處理后輸出機(jī)床能夠識別的NC代碼。UG/Post有很強(qiáng)的用戶化能力，它能適應(yīng)從非常簡單到任意復(fù)雜的機(jī)床及其控制系統(tǒng)的后處理。

后處理的構(gòu)建方法如下圖3、圖4所示。

圖3 程序頭的構(gòu)建

圖4 參數(shù)處理

（3）利用構(gòu)建好的后處理生成CNC加工程序：

3 結(jié)語

本文主要介紹CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展過程、發(fā)展趨勢以及它在現(xiàn)代制造技術(shù)中的應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)具有使用效益比較高，產(chǎn)品的更新頻率比較快，涵蓋的知識比較多，綜合運(yùn)用性能比較強(qiáng)等特點(diǎn)，在現(xiàn)在制造中應(yīng)用比較廣泛。曲線比較復(fù)雜，借助CAD/CAM技術(shù)可以有效的簡化編程，減輕勞動(dòng)量。