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CAD/CAM 软件系统的应用

2007/12/31    来源:e-works    特约撰稿人:徐刚      
关键字:CAD/CAM  数控编程  APT  机床  
本文通过对CAD/CAM软件从发展及基本概念、种类以及CAD/CAM 软件编程的一般步骤及详细流程做了详尽的介绍,使大家从整体上对此类软件的作用及用途以及相关的工作流程。

    一、前言

    CAD/CAM,即计算机辅助设计及制造,简单说就是将零件的几何信息转变成为加工该零件的数控代码的技术。随着计算机技术及CAD/CAM技术的不断发展,此类软件的编程功能日益强大和完善,而且新增了好多辅助功能,如加工过程的动态仿真、干涉和碰撞检查,大大缩短了机床调整时间和机床试切时间,提高了加工效率,缩短了产品的生产周期。

    随着全球制造业中心的转移,促进了国内制造业的飞速发展,而作为制造业的代表性技术的数控加工技术处于一个蓬勃发展的时期,本文结合作者多年使用CAD/CAM软件的经验,对CAD/CAM软件的概况及应用作以详细的介绍。

    二、数控编程技术的发展及基本概念

    数控编程技术基本经历了手工编程、APT 语言编程和交互式图形编程 3 个阶段。

    1.手工编程方法是根据零件的加工要求与所选数控机床的数控指令集编写数控程序,直接输入数控机床的数控系统,各项工作均由人工完成,存在效率较低、容易出错、复杂零件无法完成编程等缺点。

    2.APT语言自动编程系统的组成如图1所示,它分成由APT语言编写的零件源程序、通用计算机以及编译程序三个组成部分。零件源程序不能直接控制数控机床,只是加工程序的计算机与处理的输入程序,必须经过计算机进行输入翻译、数值计算和后置处理后成为NC加工程序。

    图1  APT自动编程系统的组成

    3.但随着加工零件种类的不断增多,结构越来越复杂以及生产周期要求不断缩短,对数控编程技术提出了更高的要求。因此,以上两种方法已经不满足这些要求,交互式图形编程编程技术便产生了。交互式图形编程就是通常所说的利用CAD/CAM 软件进行编程。由于CAD/CAM软件自动编程不需要编写零件源程序,只需把被加工零件的图形信息输送给计算机,通过系统软件的处理,就能自动生成数控加工程序,它是建立在CAD和CAM的基础上的。这种编程方法具有速度快、精度高、直观性好、使用方便和便于检查等优点,现已成为目前国内外数控加工普遍采用的数控编程方法。

    三、CAD/CAM 应用软件介绍

    CAD/CAM软件发展到今天,功能愈来愈强大,可满足许多种类的加工需求的,包括数控车加工、2 轴~5轴的铣加工、线切割加工、磨加工等。商品化CAD/CAM支撑软件系统的种类更是不计其数,具有代表性的软件如:

    I-DEAS:由美国SDRC公司推出的CAD/CAM集成软件,在中国由IMAGE公司代理该软件。

    Pro-Engineer:由美国PTC公司推出的CAD/CAM集成软件。其特点是:参数化特征造型、统一的数据库、设计修改关联性。

    Unigraphics:(简称UG)是美国EDS PLM Solutions的主导产品,是全球应用最普遍、最富竞争力的计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程(CAD/CAM/CAE)的一体化软件系统之一,广泛应用于机械、汽车、飞机、电器、化工等各个行业的产品设计、制造与分析。

    CimatronE:是以色列公司是面对工模具行业集成的CAD/CAM一体解决方案,该软件3D设计工具功能异常强大,且易于使用,该工具融合了线框造型、曲面造型和实体造型,使用者可以方便的处理获得的产品数据模型或者对新产品进行概念性设计。而且还支持具有高速铣削功能的2.5轴~5轴加工的铣削编程功能基于毛坯残留知识的加工和自动化加工模板,大大缩短了数控编程和加工的时间。

    Master CAM:该软件是美国的CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统,由于它对硬件要求不高,并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比,因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎,广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域,是目前应用较为广泛的CAD/CAM软件之一。

    四、利用 CAD/CAM 软件编程的一般步骤及详细流程

    1. CAD/CAM 软件编程的步骤一般可分为三步

    a)几何造型:几何造型是利用CAD软件的图形标记功能交互自动地进行图形构建、编辑修改、曲线曲面造型等工作,将零件被加工部位的几何图形准确的绘制在计算机屏幕上。与此同时,在计算机内自动形成零件图形数据库。

    b)刀具走刀路线的产生:图形交互自动编程的刀具轨迹生成是面向屏幕上的图形交互进行的。首先调用刀具路径生成功能,然后根据屏幕提示,用光标选择相应的图形目标,点取相应的坐标点,输入所需的各种参数,软件将自动从图形中提取编程所需的信息,进行分析判断,计算节点数据,并将其转换为刀具位置数据,存入指定的刀位文件中或直接进行后置处理并生成数控加工程序,同时在屏幕上模拟显示出零件图形和刀具运动轨迹。

    c)后置处理:后置处理的目的是形成各个机床所需的数控加工程序文件。由于各种机床使用的控制系统不同,其数控加工程序指令代码及格式也有所不同。为了解决这个问题,软件通常为各种数控系统设置一个后置处理用的数控指令对照表文件。在进行后置处理前,编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式事先编辑好这个文件。然后,后置处理软件利用这个文件,经过处理,输出符合数控加工格式要求的NC加工文件。

    2.以下针对上述三个步骤做详细介绍

    1)利用软件编程的第一步,必须获得 CAD 模型,CAD 模型是 NC 编程的前提和基础,任何 CAM 的程序编制必须由 CAD 模型为加工对象进行编程。通常获得 CAD 模型的方法通常有以下2种:

    a)直接造型。一般CAM软件都带有与之同步使用的CAD模块,因此我们可以利用该模块对所需要加工的零件进行造型,

    b)数据转换。当模型文件是使用其他的 CAD 软件进行造型时,首先要利用软件的数据接口将其导入到所示使用的CAM软件中。常用的 CAD文件转换格式有 IGES、STEP、VDA、Parasolid 等。

    2)加工工艺分析

    加工工艺分析包括以下主要内容:

    a)确定加工对象。通过对模型的分析,确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床或者数控加工中心上加工。数控铣的工艺适应性也是有一定限制的,对于尖角部位,细小的筋条等部位是不适合加工的,应使用线切割或者电火花成型加工来加工;而另外一些加工内容,可能使用普通床有更好的经济性,如孔的加工、回转体加工,可以使用钻床或车床进行加工。

    b)划分加工区域。对加工对象进行分析,按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成数个加工区域。对加工区域进行合理规划可以达到提高加工效率和加工质量的目的。

    c)确定加工工艺。确定从粗加工,半精加工,精加工的流程及加工余量分配。

    d)加工参数设置。参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施,它构成了利用 CAD/CAM 软件进行 NC 编程的主要操作内容,直接影响 NC 程序的生成质量。

责任编辑:辜雯倩
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