CAD／CAM 技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用

摘要：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD技術(shù)）以及計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）均屬于數(shù)控專業(yè)中的主要技術(shù)，它們?cè)跀?shù)控加工領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用;對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行合理使用，可以促使機(jī)床加工難度大幅降低，且顯著提升零件精度，能夠?yàn)闄C(jī)械行業(yè)整體發(fā)展提供重要基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步優(yōu)化CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控加工過程中的應(yīng)用效果，文章對(duì)其應(yīng)用策略進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);CAM技術(shù);數(shù)控加工

中圖法分類號(hào)：TG695文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application of CAD/CAM technology in NC machining

LIANG Chaolin

（Guangxi Technician College Mechinery &.Electricity，Liuzhou，Guangxi，545005，China）

Abstract：Computer-aided design technology（CAD）and computer-aided manufacturing technology （CAM） are the main technologies in the CNC profession.They are widely used in the field of CNC machining. The rational use of the two technologies can greatly reduce the difficulty of machine tool processing， and the accuracy of parts is significantly improved， which can provide an important foundation for the overall development of the machinery industry. In order to further optimize the application effect of CAD/CAM technology in the CNC machining process， the article analyzes its application strategy for reference.

Key words： CAD technology，CAM technology，NC machining

當(dāng)代制造行業(yè)高速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床工業(yè)不斷進(jìn)步，但是數(shù)控機(jī)床的操作難度較大，相應(yīng)的編程工作強(qiáng)度也較大，所以數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用效率難以得到顯著提升。將 CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠在縮減設(shè)計(jì)時(shí)間的前提下，促使設(shè)計(jì)精度得到提升，并逐漸實(shí)現(xiàn)制造業(yè)發(fā)展速度的提升。

1? CAD/CAM 技術(shù)

（1）CAD 技術(shù)

CAD 技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，其可以借助計(jì)算機(jī)開展圖形處理工作，并為相關(guān)工作人員的常規(guī)工作提供便利。從工程設(shè)計(jì)工作的角度出發(fā)，應(yīng)用信息技術(shù)有利于降低相關(guān)工作的強(qiáng)度，還可開展數(shù)據(jù)對(duì)比分析工作，不論是圖片還是數(shù)據(jù)，均可由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，并提升檢索速度。而且在設(shè)計(jì)工作的初期階段，各項(xiàng)復(fù)雜的工作均可由計(jì)算機(jī)開展，并自動(dòng)生成結(jié)果，更有利于工作人員對(duì)設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行判斷。應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形編輯，可以幫助工作人員節(jié)約精力，以提升設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。從整體上來看，CAD 技術(shù)可以對(duì)既符合設(shè)計(jì)要求又適合進(jìn)行CAM 生產(chǎn)制造的零件模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，其屬于一種應(yīng)用效果良好的設(shè)計(jì)工具，可以根據(jù)參數(shù)開展設(shè)計(jì)工作，還可實(shí)現(xiàn)二維工程圖形與三維實(shí)體模型之間的轉(zhuǎn)換及關(guān)聯(lián)。同時(shí)，其中含有圖形文件接口，可針對(duì)多種類型的圖形文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，既可以讀取其他系統(tǒng)之中的圖形文件，也可將自身圖形文件傳輸至其他系統(tǒng)之中[1 ]。

（2）CAM 技術(shù)

CAM 技術(shù)即計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，其核心在于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制，可將 CMM 技術(shù)應(yīng)用于工程領(lǐng)域以及制造生產(chǎn)領(lǐng)域，借助軟件分析的形式對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行確認(rèn)，以提升系統(tǒng)整體處理能力。在對(duì) CAM 技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要全面應(yīng)用計(jì)算機(jī)，該技術(shù)主要為機(jī)械加工工藝服務(wù)，以數(shù)控加工為主，零件工藝路線以及相應(yīng)的工具內(nèi)容為輸入信息，輸出信息則為加工過程中刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以及相關(guān)數(shù)控程序[2]。

如果 CAM 系統(tǒng)的規(guī)模較大，則能夠以分級(jí)結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)，其包含兩級(jí)計(jì)算機(jī)和三級(jí)計(jì)算機(jī)，另有一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)對(duì)整體進(jìn)行控制，中央計(jì)算機(jī)之下為主計(jì)算機(jī)，各主計(jì)算機(jī)分管不同方面的工作，主計(jì)算機(jī)的下屬計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)對(duì)指令進(jìn)行發(fā)布或是開展監(jiān)控工作。另外，計(jì)算機(jī)工作站和微型計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)落實(shí)控制工作和管理工作。并且，CAM 系統(tǒng)包含硬件及軟件兩個(gè)部分，硬件部分主要為數(shù)控機(jī)床、裝卸裝置、檢測裝置、輸送裝置以及計(jì)算機(jī)等;軟件部分主要為數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制以及計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度等。如廣西機(jī)電技師學(xué)院在開展數(shù)控加工教學(xué)中，通過對(duì) CAM 技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了交互式編程教學(xué)。其中，主要包括刀具設(shè)定、加工規(guī)劃以及工藝參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容，有效優(yōu)化了教學(xué)效果。

2? 數(shù)控技術(shù)與 CAD/CAM 技術(shù)一體化

（1）數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是自動(dòng)化機(jī)床的一部分，一般需要以邏輯原理為基礎(chǔ)，對(duì)控制編碼進(jìn)行編寫，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的控制，同時(shí)需借助代碼為信息載體輸入質(zhì)量提供保障，再采用合理的運(yùn)算方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)信號(hào)的控制。對(duì)于機(jī)床動(dòng)作控制工作來說，可以根據(jù)圖紙內(nèi)容或?qū)嶋H圖形尺寸，由數(shù)控機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行零件加工，且可對(duì)零件的復(fù)雜性以及精度進(jìn)行優(yōu)化，使零件加工工作的質(zhì)量和效率均得到提升，從而更有利于推動(dòng)機(jī)床控制技術(shù)的良好發(fā)展。

數(shù)控技術(shù)是一種特殊的機(jī)械加工技術(shù)，由監(jiān)控檢測技術(shù)以及微電子技術(shù)構(gòu)成，能夠呈現(xiàn)出技術(shù)集成特點(diǎn)，當(dāng)前已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。為推動(dòng)數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，需以自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)。在高性能一體化產(chǎn)品的研發(fā)中，需要提升工業(yè)產(chǎn)能，并保障加工精度，從而為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障[3]。在現(xiàn)代化的數(shù)控系統(tǒng)之中，需要充分應(yīng)用伺服系統(tǒng)，且需要明確系統(tǒng)之中電機(jī)的位置以及電流的速度，并采用相應(yīng)控制手段來保障機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)效果。另外，若要為軟件編程人員提供優(yōu)質(zhì)的工作環(huán)境，需要彌補(bǔ)數(shù)控系統(tǒng)的缺陷，以提升故障診斷速度，最終提升數(shù)控機(jī)床的加工能力，并縮短加工時(shí)間。

（2）CAD/CAM 技術(shù)一體化

在實(shí)現(xiàn) CAD/CAM 技術(shù)一體化的過程中，需要通過精準(zhǔn)鍛件構(gòu)建起相應(yīng)的3D 模型，其中包含“模具設(shè)計(jì)”以及“有限元模型分析”兩個(gè)部分，并可借助精準(zhǔn)軟件測量實(shí)現(xiàn)3D 模型的實(shí)時(shí)傳遞，從而避免由二維圖紙傳遞所導(dǎo)致的信息準(zhǔn)確度不高的情況出現(xiàn)，進(jìn)而更加有利于產(chǎn)品生產(chǎn)效果與設(shè)計(jì)方案相匹配[4]。

在對(duì) CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要同時(shí)獲得數(shù)控加工設(shè)備以及相應(yīng)工作站的支持，開展測量工作以 CAD 軟件為主。當(dāng)前，多數(shù) CAD 軟件具有輸出通用文件格式的功能，有利于保障 CAD/CAM 技術(shù)的一致性。其中，具體冠用材料參數(shù)如表1 所列。

從整體上來看，CAD/CAM 技術(shù)包含以下優(yōu)勢：開展模型設(shè)計(jì)工作時(shí)，可提升軟件檢測的精準(zhǔn)度以及提升模型的封閉性;開展3D 模型設(shè)計(jì)工作時(shí)，能夠?yàn)榫珳?zhǔn)鍛煉提供適宜的空間，并有效解決模型錯(cuò)誤問題;對(duì)健全的3D 模型進(jìn)行構(gòu)建時(shí)，可以對(duì)信息傳遞過程中存在的缺陷進(jìn)行有效彌補(bǔ)，消除信息傳遞錯(cuò)誤，同時(shí)可明確模型往返次數(shù)，并保障交貨周期與限制標(biāo)準(zhǔn)相匹配。

3? CAD/CAM 技術(shù)的數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)

在應(yīng)用 CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件落實(shí)數(shù)控編程工作，如3D Max 和 UG 等，這些軟件均具有強(qiáng)大的功能，可以實(shí)現(xiàn)三維立體建模的設(shè)計(jì)、機(jī)械制造加工的仿真處理，還可直接生成數(shù)控程序，之后，即可進(jìn)入數(shù)控加工操作階段[5]。

從整體上來看，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)控編程，主要包含以下步驟：（1）為零件建模，在建模過程中，需要采用實(shí)體建模的模式，為零件設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);（2）完成建模后，應(yīng)進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)零件設(shè)計(jì)效果進(jìn)行優(yōu)化，且為了保障設(shè)計(jì)的合理性以及準(zhǔn)確性，還需要對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行充分應(yīng)用，遵循“先整體后部分”的設(shè)計(jì)原則。首先完成零件輪廓的設(shè)計(jì)，再逐漸填充各個(gè)細(xì)節(jié)，且在此過程中，需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件中的曲線、直線、切除、拉伸等功能。完成零件設(shè)計(jì)后，還應(yīng)通過軟件模擬拼接各個(gè)零件，以展現(xiàn)整體設(shè)計(jì)效果;（3）對(duì)零件的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)記，應(yīng)明確各項(xiàng)參數(shù)對(duì)于整體設(shè)計(jì)有無不良影響，若有不良影響，應(yīng)及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況修正參數(shù)，從而保障后續(xù)的加工效果;（4）借助計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行仿真加工，即針對(duì)完成設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行仿真加工，以明確工藝應(yīng)用效果，因?yàn)樵诜抡婕庸み^程中不需應(yīng)用實(shí)體材料，所以可以避免出現(xiàn)原料浪費(fèi)的情況;（5） 借助計(jì)算機(jī)軟件生成數(shù)控加工程序，在完成仿真加工之后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件將程序文件直接導(dǎo)出即可，無須編寫新程序。

為了提升程序文件的利用效率，需要以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一套具有三個(gè)層級(jí)的信息通信機(jī)制，即應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)庫層。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)提供與生產(chǎn)加工相關(guān)的控制信息，以落實(shí)信息交互工作，在此過程中，需要將遠(yuǎn)程服務(wù)作為基礎(chǔ);服務(wù)層能夠借助網(wǎng)絡(luò)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行接收，并對(duì)應(yīng)用層下達(dá)的操作指令及時(shí)做出響應(yīng)，同時(shí)可以查詢和合理調(diào)用已經(jīng)接收的信息，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要以公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ);利用數(shù)據(jù)庫層能夠開展數(shù)據(jù)控制文件、工藝信息、機(jī)械制造資源存儲(chǔ)等各項(xiàng)工作，且可借助Java 數(shù)據(jù)庫的支持，直接對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進(jìn)行訪問。

4? CAD/CAM 技術(shù)的數(shù)控加工過程

在開展數(shù)控加工工作的過程中，若要對(duì) CAD/ CAM 技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，則須充分了解總體框圖。同時(shí)，為了提升數(shù)控加工效率，需要利用 CAD 構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，并將其與 CAM 技術(shù)充分結(jié)合。

（1）CAD 結(jié)合建模

通過應(yīng)用 CAD/CAM 技術(shù)，可以對(duì)現(xiàn)實(shí)物體進(jìn)行屬性轉(zhuǎn)化，并將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，以落實(shí)計(jì)算機(jī)的全方位分析工作。在進(jìn)行產(chǎn)品定義時(shí)，需要利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建完善的數(shù)字信息及模型，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品信息源頭進(jìn)行確認(rèn)，方能落實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，生成相應(yīng)的圖紙，以提升數(shù)控加工的仿真效果，從而減少外界因素的干擾。在開展生產(chǎn)管理工作的過程中，需要獲取產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)，應(yīng)用信息參數(shù)方能推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展，并可以充分發(fā)揮 CAD/CAM 技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)勢。另外，在掌握零件結(jié)構(gòu)和尺寸的基礎(chǔ)上，還需選用適宜的比例構(gòu)建起實(shí)體幾何模型，并使用磁盤保存相關(guān)數(shù)據(jù)，從而為數(shù)控加工工作提供參考。

（2）數(shù)控工藝生產(chǎn)

以 CAD 系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，完成零件加工后，還需對(duì)各項(xiàng)任務(wù)的基本情況進(jìn)行充分了解，并保障選擇方案余量的預(yù)留完全合理，之后根據(jù)設(shè)備尺寸進(jìn)行自動(dòng)求解。對(duì) CAM 軟件進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該及時(shí)掌握刀具軌跡，并下達(dá)正確的連接命令，有效實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的首尾連接，從而提升機(jī)床作業(yè)效果。對(duì)刀位數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取時(shí)，需要掌握刀位的中心軌跡和刀具的具體姿態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)特征開展計(jì)算工作，從而保障數(shù)據(jù)獲取過程的穩(wěn)定。

（3）數(shù)控程序生成及加工方式

為了合理處理刀位數(shù)據(jù)，需要將數(shù)控機(jī)床的具體控制條件作為依據(jù)，對(duì)刀位數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的輔助信息進(jìn)行合理調(diào)用。在利用數(shù)控機(jī)床加工零部件的過程中，需要以系統(tǒng)中的各項(xiàng)指令及程序特點(diǎn)為依據(jù)，提升加工質(zhì)量，并將數(shù)據(jù)直接輸送至數(shù)控系統(tǒng)，在系統(tǒng)生成 NC 代碼后，還需及時(shí)進(jìn)行三維圖像仿真，并借助數(shù)控機(jī)床驗(yàn)證數(shù)據(jù)來降低加工誤差率。另外，還應(yīng)該通過 NC 程序?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查看，如果加工過程中存在異常情況，應(yīng)及時(shí)對(duì) NC 程序進(jìn)行調(diào)整，以提升數(shù)控加工質(zhì)量和效率。

5? 未來發(fā)展趨勢

CAD/CAM 技術(shù)在發(fā)展過程中呈現(xiàn)出了集成化的特點(diǎn)。由此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，各程序的運(yùn)行穩(wěn)定性也得到顯著提升。若將 CAD 技術(shù)與 CAM 技術(shù)進(jìn)行充分融合，則有利于打破“信息孤島”，從而提升整體工作效率。

6? 結(jié)語

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對(duì)數(shù)控加工提出了更高的要求。與此同時(shí)，CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，所以需要明確其發(fā)展趨勢，以提升 CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用效果。

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作者簡介：

梁超林（1978—） ，本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。