數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

周 杰

（寧波市四明職業(yè)高級(jí)中學(xué)，浙江寧波 315161）

0 引言

數(shù)控加工制造在我國建設(shè)發(fā)展中起著重要作用，在最近幾年，現(xiàn)有的數(shù)控加工技術(shù)不能滿足現(xiàn)在市場的需求，過去的生產(chǎn)方式已經(jīng)被市場所拋棄，因此要及時(shí)的更新?lián)Q代，為行業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。很多數(shù)控機(jī)床加工團(tuán)隊(duì)已經(jīng)把計(jì)算機(jī)作為重要的輔助技術(shù)，本文就計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用展開論述。

1 數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概念

數(shù)控技術(shù)是通過數(shù)字自動(dòng)控制的生產(chǎn)技術(shù)，是機(jī)械加工技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等各種學(xué)科互相交際的集成技術(shù)，是一門新型的發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛的技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)也叫做CAD（Computer Aided Design）技術(shù)，是數(shù)控加工過程中的一種必要的生產(chǎn)工具，有幾何建模和參數(shù)建兩種建模方式，都是通過計(jì)算機(jī)為工程設(shè)計(jì)載體，通過相關(guān)的圖形軟件幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行施工和設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代化企業(yè)中，需要對(duì)設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，人工進(jìn)行計(jì)算的工作量大，效率也不是很高，所以使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠有效的解決這些問題。隨著現(xiàn)代的高科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在數(shù)控機(jī)床有了廣泛的應(yīng)用，CAD/CAM（Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造）技術(shù)和數(shù)控機(jī)床的有機(jī)結(jié)合，也同時(shí)為數(shù)據(jù)機(jī)床帶來了一場全新的變革。它是機(jī)電專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的重要組成，是當(dāng)今全世界中自動(dòng)化方面的行業(yè)前端。

2 數(shù)控技術(shù)的和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工作內(nèi)容

2.1 數(shù)控機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的系統(tǒng)

在數(shù)控機(jī)床與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，是以工程系統(tǒng)為研究中心，通過讀取代碼對(duì)機(jī)床的各個(gè)模塊進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧，對(duì)于其中出現(xiàn)的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這樣就能對(duì)機(jī)床進(jìn)行有效的管理，避免安全問題的發(fā)生。在數(shù)控機(jī)床計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，要選擇一個(gè)與之相比配的平臺(tái)，需要步進(jìn)電機(jī)控制，其中步進(jìn)電機(jī)作為載體時(shí)，要注意控制加速時(shí)間，否則很有可能造成嚴(yán)重的低速共振和掉步現(xiàn)象。但是加速時(shí)間過長，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，降低工程的質(zhì)量。一般會(huì)采用相對(duì)應(yīng)的數(shù)字系統(tǒng)，這樣可以加強(qiáng)精度。

2.2 數(shù)控機(jī)床信息處理環(huán)節(jié)

數(shù)控機(jī)床的概念是對(duì)于機(jī)床的，生產(chǎn)原理主要是利用數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)的機(jī)床生產(chǎn)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)。其中信息處理與自動(dòng)控制是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，也是信息技術(shù)數(shù)控機(jī)床工作中極為重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。下面介紹信息處理的3 個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.1 信息采集

信息采集是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，采集信息的快慢和精確程度都會(huì)給數(shù)控系統(tǒng)的整體效率帶來影響。其中數(shù)控切割機(jī)床的加工材料是二維的圖形，要想實(shí)現(xiàn)較為高級(jí)的加工精度和控制效率，就要將控制精度控制在0.000 1 之內(nèi)。其中的信息采集不僅包括圖形，還有其他信息的采集。在這個(gè)過程中，所有的圖形都能在CAD 的繪制中完成處理，從而實(shí)現(xiàn)信息采集。

2.2.2 信息加工

在信息加工的過程中，使用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)的基體，操作系統(tǒng)也經(jīng)過上述的操作進(jìn)行信息的再次加工。經(jīng)過一系列的排料、自動(dòng)識(shí)別定義施工的速度。在這里應(yīng)該注意其中的靈活性，這樣才能充分發(fā)揮編程人員在編程時(shí)因?yàn)榧庸ね戤吢N起導(dǎo)致的刀口碰撞問題。

2.2.3 信息運(yùn)輸

信息傳輸是通過代碼控制相應(yīng)的模板，然后傳遞給相應(yīng)的模塊進(jìn)行運(yùn)行，在大多數(shù)操作平臺(tái)中，例如Windows7 操作系統(tǒng)，文件的傳輸十分簡單，可以采用文件傳輸和互聯(lián)網(wǎng)傳輸。

3 CAD/CAM 技術(shù)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是一種能夠涉及制作出既能夠滿足CAM加工的模型，CAD 系統(tǒng)是一種高效的設(shè)計(jì)工具，三維模型和二維模型之間相互轉(zhuǎn)化和關(guān)聯(lián)，其中開放性也有利于用戶第二次開發(fā)，也是對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行不斷的擴(kuò)充。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)輔助加工大多是機(jī)械加工，而且輸入信息時(shí)是工藝路線，輸出是加工的運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)控程序。其中軟件方面還有數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助編程等。

3.1 仿真模板功能

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)大多數(shù)都提供了仿真功能，最重要的是檢驗(yàn)刀具的正確性，其中通過代碼實(shí)現(xiàn)仿真模塊的使用軟件還很少，所以采用NC 代碼仿真加工來檢驗(yàn)代碼是十分必要和迫切的。而數(shù)控程序是否正確是直接關(guān)系到加工的成本，所以在數(shù)控機(jī)床投入正式的加工之前，要對(duì)于程序進(jìn)行合理的檢驗(yàn)，其中刀具軌跡仿真就是利用刀的位置數(shù)據(jù)信息，計(jì)算加工過程中是否合乎標(biāo)準(zhǔn)。還包括所選的刀具和限制面是否會(huì)產(chǎn)生碰撞等問題。刀具軌跡仿真技術(shù)可以運(yùn)用動(dòng)畫顯示方法，效果十分真實(shí)出眾。其中三維動(dòng)態(tài)切削是采用實(shí)體造型的建立在機(jī)床加工過程中的集合模型，采用真實(shí)感將加工的具體過程展現(xiàn)出來。數(shù)控輸出模塊的后處理程序是車床系統(tǒng)在使用結(jié)束為用戶提供數(shù)據(jù)，幫助用戶靈活地使用各種數(shù)控技術(shù)，如車床的數(shù)控編程后處理程序。

3.2 CAD/CAM 軟件的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

CAD/CAM 任務(wù)很難確定其先后順序，其中的代碼便需要不斷的修改。CAD/CAM 軟件中的編程基本都是直接向下進(jìn)刀的方式，比如外形修整技術(shù)和曲面加工技術(shù)等，其中垂直進(jìn)刀額定切削能力很小，其頂端的刀刃因?yàn)榇怪背缘叮庸r(shí)不平穩(wěn)，在大面積的加工過程中往往效率不高，而且垂直進(jìn)刀也有可能造成刀體的損害，從而超出加工的位置，導(dǎo)致零件報(bào)廢。

而CAD/CAM 軟件師面向車床的計(jì)算機(jī)和機(jī)床系統(tǒng)，引用這些計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)可以有效提高整體設(shè)計(jì)效率和工程質(zhì)量，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床優(yōu)點(diǎn)，提高整體的生產(chǎn)水平，而現(xiàn)如今CAD/CAM 技術(shù)已經(jīng)在我國數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣。

4 數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)

4.1 對(duì)操作人員要求高

由于數(shù)控機(jī)床需要計(jì)算機(jī)技術(shù)來控制，而且機(jī)床的精度要求高同時(shí)系統(tǒng)也十分復(fù)雜，所以這就要求相關(guān)的工作人員有足夠的專業(yè)能力。數(shù)控機(jī)床是根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定好的程序進(jìn)行加工的，在對(duì)機(jī)床進(jìn)行操作和維修的時(shí)候需要具備理論基礎(chǔ)可以對(duì)系統(tǒng)中的程序進(jìn)行編制和修改，而系統(tǒng)中的程序直接決定著機(jī)床的功能和運(yùn)行。所以數(shù)控機(jī)床的操作人員除了會(huì)使用數(shù)控機(jī)床外還需要對(duì)機(jī)床的工作原理和特點(diǎn)等有充分的了解，并且可以熟練對(duì)機(jī)床進(jìn)行編程。

4.2 對(duì)夾具和刀具要求高

夾具和刀具作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行設(shè)備，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。在進(jìn)行大量生產(chǎn)時(shí)大部分使用的是專用夾具，這樣可以節(jié)約大量的時(shí)間和材料。而且夾具需要有自動(dòng)開合的能力，可以完成材料渣屑的排出，并且定位可靠。刀具作為切割材料的工具需要做到固定穩(wěn)定可靠，切割精度高，可以保持產(chǎn)品的尺寸相同或變化范圍小，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的快速切換以滿足對(duì)材料的不同形狀的切割。良好的夾具和刀具可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。

4.3 適應(yīng)性強(qiáng)

數(shù)控機(jī)床可以隨著生產(chǎn)產(chǎn)品的變化而變化，其中數(shù)控技術(shù)起到了決定性的作用。在數(shù)控機(jī)床上改變生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)的程序進(jìn)行重新編寫，在新的程序輸入后數(shù)控機(jī)床就可以在不改變硬件的情況下實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的加工，而且這個(gè)生產(chǎn)的過程在程序輸入后實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，不需要人員的過分參與即可完成。適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)為產(chǎn)品少量生產(chǎn)提供了方便，這一特點(diǎn)在很大程度上推進(jìn)了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。

4.4 質(zhì)量好，效率高

數(shù)控機(jī)床利用數(shù)控技術(shù)按照系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定好的程序指令進(jìn)行加工，在這一過程中不需要人的過分干涉，這一情況在很大程度上減少了人為操作帶來的誤差，保證產(chǎn)品的尺寸相差無幾，而且在制造機(jī)床時(shí)就考慮到精度的問題并且做了很多的努力，例如數(shù)控機(jī)床本身有著較高的剛度和穩(wěn)定性，而且在產(chǎn)生誤差后主動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，這就讓數(shù)控機(jī)床有著更高的精度，同一系統(tǒng)程序下產(chǎn)品的質(zhì)量也相對(duì)一致。由于不需要人員的參與，大大節(jié)省了人力，而且在生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)不需要更換外部的硬件，只需要重新編寫系統(tǒng)的程序，大大減少了硬件安裝和調(diào)整的時(shí)間。并且數(shù)控機(jī)床人員參與少質(zhì)量穩(wěn)定，往往只需要對(duì)開頭的產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢查，這就大大減少了檢查時(shí)間和停機(jī)的時(shí)間，提高了數(shù)控機(jī)床制造產(chǎn)品的效率。

5 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)不斷應(yīng)用于大數(shù)控機(jī)床加工中。伴隨物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，也同時(shí)加速了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的進(jìn)程。本文通過介紹CAD/CAM 技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在機(jī)床的加工技術(shù)，提升了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。隨著技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，使人們的生活更加便利，也同時(shí)促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程。