機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的CAD/CAM技術(shù)設(shè)計(jì)研究

趙明俠

摘 要：信息化時(shí)代的到來，為各項(xiàng)牽扯計(jì)算機(jī)技術(shù)的理論研究，提供發(fā)展空間，其中延伸出的CAD/CAM技術(shù)，在當(dāng)前形勢下已廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，從本質(zhì)上分析傳統(tǒng)與當(dāng)前技術(shù)的轉(zhuǎn)變與創(chuàng)新，研究其設(shè)計(jì)方案與操作過程，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與技術(shù)革新的發(fā)展目標(biāo)。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與加工的主要部分基于CAD/CAM技術(shù)的集成系統(tǒng)，作為機(jī)械設(shè)備的開發(fā)流程，完整的CAD/CAM技術(shù)體系是協(xié)同制造的管理閉環(huán)，以此達(dá)成理論與技術(shù)相結(jié)合的效果。文章將針對CAD/CAM在機(jī)械設(shè)備全程制造中的實(shí)際流程進(jìn)行探究，提出總結(jié)相關(guān)優(yōu)勢與漏洞。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品;CAD/CAM技術(shù);設(shè)計(jì);集成系統(tǒng)

中圖分類號：TH122;TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0134-04

Abstract：With the coming of information age， it provides development space for the theoretical research of computer technology. The extended CAD / CAM technology has been widely used in technology research and development in many fields under the current situation. In essence， it analyzes the transformation and innovation of traditional and current technology， studies its design scheme and operation process， and can achieve the development goals of economic growth and technological innovation . The main part of mechanical product design and processing is based on the integrated system of CAD / CAM technology. As the development process of mechanical equipment， the complete CAD / CAM technology system is the closed-loop management of collaborative manufacturing， so as to achieve the effect of combining theory and technology.This paper will explore the actual process of CAD / CAM in the whole process of mechanical equipment manufacturing， and put forward the summary of relevant advantages and disadvantages.

Key words：mechanical products; CAD / CAM; design; Integrated system

0? ? ?引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面性鋪開，造就信息化、數(shù)字化時(shí)代的到來，目前傳統(tǒng)企業(yè)中存在的主要矛盾有是舊時(shí)結(jié)構(gòu)體系相對固化與制造資源聚集性強(qiáng)，導(dǎo)致產(chǎn)品個(gè)性化制造與大環(huán)境經(jīng)濟(jì)環(huán)境不相匹配，因此，著眼整個(gè)機(jī)械行業(yè)的未來發(fā)展路徑與規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)建立健全市場內(nèi)部驅(qū)動力，并配以反應(yīng)迅速的網(wǎng)絡(luò)化工作體系，如果合理有效的對技術(shù)研究結(jié)構(gòu)進(jìn)行革新，將把握企業(yè)生產(chǎn)活動的質(zhì)量水平、爭取更大市場份額。

1? ? ?CAD/CAM 概述

CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程源于計(jì)算技術(shù)的深入研究，作為計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域下的重要分支，使CAD/CAM具有計(jì)算機(jī)技術(shù)的相關(guān)屬性，產(chǎn)生效能是針對電子設(shè)備以及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，與機(jī)械研發(fā)人員協(xié)同整合研究資源[1]。企業(yè)研究本質(zhì)就是通過對CAD/CAM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，提高企業(yè)綜合創(chuàng)收水平，具備抵抗市場沖擊的能力。CAD是對各類設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，CAM則針對各類設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助制造，能夠?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造提供綜合性、提高經(jīng)濟(jì)效益、使產(chǎn)品研發(fā)過程科學(xué)智能的發(fā)展優(yōu)勢。CAD/CAM的工作流程如圖1所示。

2? ? ?CAD/CAM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能

CAD/CAM系統(tǒng)是具備計(jì)算機(jī)技術(shù)屬性的專業(yè)性設(shè)備制造系統(tǒng)，通過對特征類別管理和特征造型的功能應(yīng)用，使各系統(tǒng)具備以下主要功能。

2.1? ?CAD系統(tǒng)

2.1.1 特征類管理

CAD/CAM的特征類管理體系能夠?qū)υ煨湍Ｐ瓦_(dá)成特殊化造型設(shè)計(jì)、特殊化編程以及查詢等功能。CAD/CAM的特征類管理主要內(nèi)容是對造型工具與定義工具展開特征類定義的轉(zhuǎn)型，重新定義特征類管理中的文件名字、特征碼、特征類版本、實(shí)際可操作范圍及坐標(biāo)點(diǎn)[2]。特征類管理相關(guān)編程的工作是針對性的對特征數(shù)據(jù)庫中已存在的內(nèi)容進(jìn)行完善或修改，同樣存在刪除某個(gè)特征類的可能，查詢程序同樣是對特征庫中一切資料進(jìn)行搜索，進(jìn)而展開特征庫中內(nèi)容的編輯與管理。

2.1.2 特征造型

特征造型基于特征庫的信息支持，通過對特征性模型的造型描繪，將具體產(chǎn)品制造流程的相關(guān)信息傳輸至存儲信息的管理庫中，為方便其他系統(tǒng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)參考。所謂特征編輯就是在參考數(shù)據(jù)資料庫中的內(nèi)容下，開展對已確定的機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行完善性的整編與修改，之后依舊將產(chǎn)品信息傳輸至綜合數(shù)據(jù)庫中[3]|，精細(xì)化結(jié)構(gòu)如圖2所示。只有充分結(jié)合造型管理與特征中二者優(yōu)勢，才能推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.2 CAPP系統(tǒng)

CAPP系統(tǒng)是處于CAD與CAM系統(tǒng)的位置中間的具有傳輸、內(nèi)容制造作用的服務(wù)系統(tǒng)。其工作方法是通過搜索引擎對相關(guān)工藝的搜查調(diào)閱與人工結(jié)合智能設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，對產(chǎn)品零部件進(jìn)行內(nèi)容搜尋與派生。CAPP的工作環(huán)節(jié)包括新定制工藝生產(chǎn)流程、圖表測繪、文件建檔等幾大區(qū)塊組成。相較于CAD/CAM的工作任務(wù)，CAPP是對整體系統(tǒng)中的流程起到撰寫、存儲與傳輸?shù)墓δ?，同時(shí)支持多人的群體工作要求，協(xié)助工作人員的工藝設(shè)計(jì)，方便設(shè)計(jì)與加工的高效工作。

2.3? CAM系統(tǒng)

CAM系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是建立在CAM的應(yīng)用軟件上，收到CAPP系統(tǒng)的各項(xiàng)工序后，生成機(jī)械部件的加工數(shù)據(jù)，從而達(dá)成刀位文件的創(chuàng)立，并在后緣加工處理中形成NC程序，基于應(yīng)用方式處于虛擬化環(huán)境，需要對NC程序的有效性與對零部件的可用性進(jìn)行檢查，之后將可靠的NC程序傳輸至數(shù)字控制機(jī)床中，完成CAM系統(tǒng)的主要應(yīng)用功效。

3? ? CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用

CAD/CAM的技術(shù)運(yùn)用需要搭建在相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，因此，人工智能與數(shù)字化轉(zhuǎn)型會對CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生推進(jìn)作用，其中涉及到諸多方面的技術(shù)加工，指明機(jī)械制造領(lǐng)域各方面對此技術(shù)的應(yīng)用方向存在多類別特點(diǎn)。

3.1 CAD/CAM技術(shù)在的應(yīng)用設(shè)計(jì)

社會生產(chǎn)活動中對機(jī)械制造水平提出更高要求，機(jī)械化生產(chǎn)能力不斷提升，機(jī)械制造方式逐步由數(shù)控機(jī)床工作替換掉傳統(tǒng)人工機(jī)床[4]。在機(jī)械領(lǐng)域，通過對機(jī)械設(shè)計(jì)與加工進(jìn)行創(chuàng)新性轉(zhuǎn)型與提高生產(chǎn)過程水平更能夠有效提高實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合機(jī)械制造工程，計(jì)算機(jī)的輔助功能有以下應(yīng)用功能。

3.1.1 工程分析

對于工程的分析方法主要包含有限元分析、機(jī)械仿真分析及運(yùn)動學(xué)。結(jié)合不同部件設(shè)計(jì)工程，應(yīng)進(jìn)行符合實(shí)際的特定分析[5]。關(guān)于機(jī)械工程中的的兩大部分可以總結(jié)出其特征應(yīng)用，首先在工程文件的內(nèi)容中的靜態(tài)數(shù)據(jù)包含機(jī)械部件的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)、合格標(biāo)準(zhǔn)、相應(yīng)的資源與設(shè)備數(shù)據(jù);其次是生產(chǎn)項(xiàng)目中的動態(tài)數(shù)據(jù)，其中包括具體設(shè)施零部件的產(chǎn)品性能、總體構(gòu)造、圖表、相關(guān)技術(shù)要領(lǐng)等。

3.1.2 三維造型

三維造型的對機(jī)械零部件的加工關(guān)鍵在于物體點(diǎn)、線、面、體的組合描繪，之后進(jìn)行細(xì)節(jié)部分的著色、消隱等加工步驟，通過虛擬化表現(xiàn)形態(tài)展現(xiàn)物體實(shí)際形態(tài)，以便直觀有效的對機(jī)械部件進(jìn)行查驗(yàn)與問題排查。

3.1.3 圖形符號庫

CAD/CAM的數(shù)據(jù)計(jì)算工程可以將一些圖片資料進(jìn)行數(shù)字化傳輸，并將其存儲于圖形符號庫中，符號庫存儲內(nèi)容包括機(jī)械加工中的各類部件構(gòu)造圖、產(chǎn)品信息圖以及零部件的平面圖和三維造型圖。圖形符號庫的創(chuàng)建能有效減短信息調(diào)閱時(shí)間，方便之后工作的開展。

3.1.4 建立文檔與圖表

在機(jī)械部件的制造過程中，不僅依靠各項(xiàng)數(shù)據(jù)、工程圖，在諸多設(shè)計(jì)中，同樣需要對產(chǎn)品信息進(jìn)行歸納整理，因此，在描繪相關(guān)屬性中，有必要對產(chǎn)品信息進(jìn)行文本式的說明。同樣，在涉及部分產(chǎn)品的參數(shù)對比與分析工作中，需要建立完善圖表，通常情況下可以用柱狀圖、折線圖以及餅圖等，可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景靈活選擇圖表類型。

3.1.5 制定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)據(jù)。

在機(jī)械部件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)行業(yè)中，產(chǎn)出相似的部件通常為一系列或同一標(biāo)準(zhǔn)下的內(nèi)容產(chǎn)物，但由于具體適用范圍有所差異，所以在一定參數(shù)上存在差別。通過對產(chǎn)品信息進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化操控，就可以利用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)建相同體系的數(shù)據(jù)庫。在未來出現(xiàn)相似機(jī)械部件的設(shè)計(jì)工作時(shí)，隨時(shí)提取數(shù)據(jù)庫中的某系列標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，作為基底，結(jié)合新產(chǎn)品需要，制定新參數(shù)，快速的成立新產(chǎn)品的樣式結(jié)構(gòu)。

3.2? ?CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造中的操縱使用

3.2.1 CAD/CAM基于機(jī)械加工的操縱目標(biāo)

基于進(jìn)一步改善生產(chǎn)流程的目的，專業(yè)技術(shù)人員需針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行完善和補(bǔ)充，對機(jī)械生產(chǎn)設(shè)計(jì)與加工步驟進(jìn)行優(yōu)化，以保證機(jī)械零部件的質(zhì)量要求。CAD/CAM的計(jì)算機(jī)仿真工藝，對零部件進(jìn)行編程與數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，推進(jìn)機(jī)械設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造過程中管理控制與操作生產(chǎn)設(shè)備，這就是CAD/CAM的工作形態(tài)。我們只需要在CAD/CAM系統(tǒng)中輸入零件加工的工藝路線與工序內(nèi)容，就會自動生成物品加工時(shí)的生產(chǎn)軌跡以及數(shù)控加工法式。

3.2.2CAD/CAM各模塊的相應(yīng)實(shí)現(xiàn)辦法

關(guān)于CAD/CAM的技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)模塊簡述，其中的大部分管理功能是實(shí)現(xiàn)基于ActiveX.EXE的編程組件，如表1、表2所示。由此可以得出：服務(wù)器內(nèi)部的連接方式從主題上來看是相互一致的，因此在系統(tǒng)管理任務(wù)上，能夠?qū)崿F(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)?？紤]到模型計(jì)算的復(fù)雜性與龐大性，在制定運(yùn)行進(jìn)程中，實(shí)現(xiàn)方法制定為ActiveX.DLL。

4 CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造過程中的優(yōu)勢與不足

4.1 CAD/CAM在機(jī)械制造流程中的有利形勢

CAD/CAM技術(shù)基于產(chǎn)業(yè)信息化的發(fā)展，所催生出的具備智能化、現(xiàn)代化、數(shù)字化的科技型產(chǎn)能系統(tǒng)[6]。CAD/CAM技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①面對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工程序冗雜的復(fù)雜零部件，傳統(tǒng)的手工制作機(jī)床已經(jīng)無法滿足質(zhì)量要求，CAD/CAM技術(shù)完善了對精尖零部件的需求，數(shù)控機(jī)床對加工技術(shù)的編程起到簡化的作用，加速零部件的加工進(jìn)程，相對于落后的數(shù)控程序編制，CAD/CAM技術(shù)不僅在時(shí)間上大大縮減了工時(shí)，在容錯率方面也全方位領(lǐng)先;②通過合理利用CAD/CAM的計(jì)算能力，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方向起到助推作用，提升產(chǎn)品數(shù)字結(jié)構(gòu)的運(yùn)算效率，對技術(shù)人員手工繪制工作的精準(zhǔn)度起到有效保證，在提高機(jī)械部件的繪制速度中，科學(xué)有效的規(guī)避了人工手作的誤差，對機(jī)械整體設(shè)計(jì)起到質(zhì)量保障[7] ;③CAD/CAM技術(shù)功能能夠?qū)C(jī)械設(shè)備加工任務(wù)起到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的作用。

4.2? ?基于CAD/CAM系統(tǒng)下機(jī)械制造中的不足

目前，CAD/CAM技術(shù)在處理具有針對性的智能、自動設(shè)備制造流程中較為欠缺，在一定程度上對機(jī)械設(shè)計(jì)與加工產(chǎn)生滯后作用。CAD/CAM在專業(yè)技能的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，幫助機(jī)械生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)化，但面對機(jī)械設(shè)計(jì)與加工過程中，仍存在需要解決的問題。首先，關(guān)于CAD/CAM技術(shù)在實(shí)際工作的進(jìn)程中存在技術(shù)方面的限制[8]。CAD/CAM在處理機(jī)械設(shè)備中零部件的設(shè)計(jì)與加工方面，可以達(dá)到規(guī)劃要求，但對機(jī)械設(shè)備做整體的流程規(guī)劃時(shí)，缺少成體系的生產(chǎn)工藝流程。其次，相關(guān)設(shè)計(jì)與加工人員對CAD/CAM系統(tǒng)的操控，存在過于依賴的影響。盡管CAD/CAM的實(shí)際應(yīng)用對機(jī)械部件的設(shè)計(jì)與加工起到完善，但是人工操控對智能化設(shè)備的依賴會降低其本身技術(shù)應(yīng)用能力，造成了人工技能與經(jīng)驗(yàn)的退步[9]。

4.3? ?CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中應(yīng)用的改進(jìn)

措施和建議

完成系統(tǒng)整體升級需要我們首先理解人工技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的理念，雖然現(xiàn)代化數(shù)據(jù)體系豐富了制造結(jié)構(gòu)，但單純依靠計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)會導(dǎo)致基礎(chǔ)建設(shè)能力欠缺，不利于企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈的可靠性與完整性，因此，必須正確認(rèn)識人工主管能動作用與數(shù)據(jù)技術(shù)操控的客觀工作效率相互協(xié)調(diào)的動機(jī)與能力[10];其次，我們需要強(qiáng)化各機(jī)能相融作用，注重不同技術(shù)的借鑒與互補(bǔ)，CAD技術(shù)與CAM技術(shù)在專業(yè)領(lǐng)域是區(qū)分開來的，但共同作用于一種行業(yè)中時(shí)，會在一定程度上產(chǎn)生共同研發(fā)與技術(shù)共融，因此，深入相關(guān)技術(shù)的科學(xué)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)真實(shí)有效的新興技術(shù)研究，以此推動行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展與引領(lǐng)。

5? ? ?結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)更高效的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)效率，積極運(yùn)用CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的優(yōu)勢，推進(jìn)整體流程的一體化進(jìn)程，有效提升相關(guān)工作人員的設(shè)計(jì)能力，為制造周期提供縮減作用。剖析采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)，對比分析后得出最優(yōu)工作方案，通過闡明CAD/CAM系統(tǒng)中的特征性管理與造型，了解系統(tǒng)內(nèi)部操控目的與流程?？偨Y(jié)CAD/CAM當(dāng)前形勢下面臨的困境，結(jié)合本市技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為將來產(chǎn)品的有機(jī)整合，提供數(shù)據(jù)系統(tǒng)支撐，進(jìn)一步提高企業(yè)生產(chǎn)效益。對于未來新型機(jī)械工程部件的制造，CAD/CAM技術(shù)同樣需要結(jié)合不同標(biāo)準(zhǔn)制造出新應(yīng)用。

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