CAD/CAM技术在数控加工中的应用

1 引言

　　在现代激烈的市场竞争下，高质量、高效益、多 品种小批量的柔性生产方式已成为企业的主要生产模 式，传统的加工设备和制造方法已难于适应市场竞争 的要求。因此，从20世纪70年代开始，以电子信息技 术为基础的数控技术得以迅速发展和广泛应用，数控 机床有效地解决了复杂、多品种、小批量的产品加工问题，适应了各种机械产品更新换代快的需要，取得了明显的效益。

2 数控加工特点和原理

　　2.1 数控加工的特点

　　随着数控技术的发展，数控加工以经应用到各个领域之中，在数控加工过程中，加工程序的编制也越 来越得到重视。因此CAD/CAM技术对数控加工领域来 说显得越来越重要了。一个完整的CAD/CAM软件系统 是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础，进行统 一管理。这样既保持了底层数据的完整性和一致性， 实现了数据共享，又节约了系统资源和运动时间。

　　数控加工主要有以下特点：增强了加工能力；提 高了生产效率；提高了产品加工精度；降低了加工成本（如图1）。

　　2.2 数控加工的原理

　　机床控制技术就是以数字化的信息实现机床控制 的一门技术，采用数字信息控制的机床称为数字控制机床，简称数控机床。具体地说，凡是用代码化的数 字信息将刀具移动轨迹的信息记录在程序介质上，然 后输入数控系统经过译码、运算，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的机床即为数控机床。

　　最初的数字控制系统是由数字逻辑电路构成的， 因而称之为硬件数控系统。随着计算机技术的发展，硬件数控系统已逐渐被淘汰，取而代之的是计算机数控系统CNC（Computer Numerial Contro1）。CNC的控制精度在很大程度上取决于硬件，而CNC的功能则主要取决于软件。CNC的逻辑控制、几何数据处理以及执行零件切削等均由CPU统一控制。CNC的控制软件主要完成如下基本任务：系统管理； 操作指令的 处理；零件程序的输入与编辑；零件程序的解释与执行；系统状态显示；手动数据输入MDI； 故障报警和诊断。

　　随着科学技术的进步，数控技术不仅应用于机床 的控制，还用于控制其它的设备，产生了诸如数控线切割机、数控绘图机、数控测量机、数控冲剪机等数控设备。

3 CAD/CAM概述

　　计算机辅助设计CAD(Computer Aided Design)能设计制作出既满足设计使用要求又适合CAM加工的零 件模型。CAD系统是一个高效的设计工具，具有参数化设计功能，三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联，CAD可分为自动设计和交互设计两类。 实际上，几乎没有纯粹的自动设计或纯粹的交互设计软件，好的软件能根据产品对象恰当地处理自动设计和交互设计的配合。另外，开放型的结构不仅便于用户进行二次开发，同时也使软件系统本身能够不断地扩充与完善。一个好的CAD/CAM软件与其它CAD/CAM 软件的兼容性是非常重要的，软件所带的图形文件接口，要能支持多种图形文件转换，能从其它系统读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其它系统。

　　计算机辅助制造CAM (Computer Aided Manufacturing)是指应用计算机来进行产品制 造的统称，即利用计算机辅助完成从原料到产品的全部制造过程，在制造过程中的某些环节应用计算机， 包括直接制造过程和间接制造过程，主要包括计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助加工两部分。

　　当前，计算机辅助加工大多是指机械加工，而且是数控加工(Numerical ControlMachining)，它的输 入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出的是加工刀具的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。软件方面有 数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计 划编制与调度、计算机辅助质量控制等。

　　CAM能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内 容。CAM软件应有以下几 方面功能:

　　① 能建立二维和三维 刀具路径的；
　　② 加工方法的多样 性；
　　③刀具路径易于编辑 和修改；
　　④ 有刀具和材料数据库，使系统能自动生成进给速度和主轴转速；
　　⑤ 有内置的防碰撞和防过切功能；
　　⑥ 能手动超调任何机加工缺省值(如进给速度，主 轴转速等)；
　　⑦ 能对加工过程进行模拟和估算加工时间。