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1、CAD/CA献件介绍一、概述目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这种自动编程系统是CAD （ 计算机辅助设计） 与 CAM （ 计算机辅助制造 ） 高度结合的自动编程系统，通常称为 CAD/CAM系统，其工作流程如图所示。自动编程也称为计算机辅助编程（CAM） ，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成，如完成坐标值计算、编写零件加工程序单等，有时甚至能帮助进行工艺处理。自动编程编出的程序还可以通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查，编程人员可以及时检查程序是否正确，并及时修改。自动编程大大减轻了编程人员的劳动强度，提高效率几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程
2、无法解决的许多复杂零件的编程难题。工作表面形状愈复杂，工艺过程愈繁琐，自动编程的优势愈明显。自动编程的主要类型有：数控语言编程（如 APT 语言 ）、图形交互编程（如 CAD/CAM 软件 ）、语音式自动编程和实物模型式自动编程。1 图形交互编程图形交互编程是以计算机绘图为基础的自动编程方法，需要CAD/CAM 自动编程软件支持。这种编程方法的特点是以工件图形为输入方式，并采用人机对话方式，而不需要使用数控语言编制源程序。从加工工件的图形再现、进给轨迹生成、加工过程的动态模拟，直到生成数控加工程序，都是通过屏幕菜单驱动。具有形象直观、高效及容易掌握等优点。近年来， 国内外在微机或工作站上开发的
3、 CAD/CAM 软件发展很快， 得到广泛应用。 如美国 CNC软件公司的 Mastercam、美国UGS公司的UG、我国北航海尔的制造工程师等软件，都是性能较完善的三维 CAD 造型和数控编程一体化的软件， 且具有智能型后置处理环境， 可以面向众多的数控机床和大多数数控系统。2 自动编程的内容与步骤数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的过程，其任务是计算加工中的刀位点。刀位点一般为刀具轴线与刀具表面的交点， 多轴加工中还要给出刀轴矢量。 数控编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。如图所示为计算机辅助编程的工作
4、流程。 CAM 编程是当前最先进的数控加工编程方法， 它利用 计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程，操作过程形象生动，效率高、出错几率低。而且还可以通过软件的数控接口共享已有的 CAD 设计结果，实现 CAD/CAM 集成一体化，实现无图纸设计制造。为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工，一般采用计算机辅助编程，其步骤如下：步骤1零件的几何建模对于基于图纸以及型面特征 点测量数据的复杂零件数控编程， 其首要环节是建立被加工零件的 几何模型。步骤2加工方案与加工参数 的合理选择数控加工的效率与质量有赖 于加工方案与加工参数的合理选 择，其
5、中刀具、刀轴控制方式、走 刀路线的进给速度的优化是满足 加工要求、机床正常运行和刀具寿 命的前提。步骤3刀具轨迹生成。刀具轨迹生成是复杂形状零 件数控加工中最重要的内容， 能否 生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹生成的首要目标是使所生成 有刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀 具轨迹生成还应满足能用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。步骤4数控加工仿真。由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题十 分困难，其中最主要的是加工过程中过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。对于
6、高速加工,这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要 的。数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有 柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。步骤5后置处理后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合 于具体机床数据的数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转折换等。因此后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠性运行具有重要作用。采用CAD
7、/CAM（计算机辅助设计及制造）的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。CAD/CAM大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生巨大的经济效益。技 工术 女处 乙理算一核理 济 经尚生一个完全集成的 CAD /CAE/CAM 软件，能辅助工程师从概念设计到功能工程分析到制造的整 个产品开发过程，如图所示。自动设计”计设计计算详细讲定义 为描形状绘生成广组计工划艺CAD数据库产 图步形分力析/功峪模山接拄於查 、丁数护保证控力口工中心量怵柔性加工系统质CAD/CAM软件分类CAD/CA微术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都 有当时流行的CAD/
8、CAMM牛。现在，工作站和微机平台CAD/CAMk件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。1 .高档 CAD/CAM高档CAM件的代表有 Unigraphics 、I-DEAS、Pro/Engineer、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展UG的功能。是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CA岷件。2 .中档 CAD/CAMCIM
9、ATROI中档CAD/CAMM牛的代表。这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。3 .相对独立的CAMt件相对独立的 CAM1R统有Mastercam、Surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用在中小企业的模具行业。4 .国内 CAD/CAMk件国内CAD/CA毗件的彳t表有CAXA-ME金银花系统等。这类软件是面向机械制造业自主开发的 中文界面、三维复杂形面
10、 CAD/CAMM牛，具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生 成等功能。这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合我国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎， 赢得了越来越大的市场份额。三、国内外流行的 CAD/CAMM牛介绍1. AutoCAD 简介美国Autodesk公司为微机开发的一个交互式绘图软件，具有较强的绘图、编辑、绘制剖面线和图案、标注尺寸以及方便用户二次开发的功能，也具有部 分的三维作图功能。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，拥有广泛的用户。2. UGUG (Unigraphics )软件起源于美国麦道飞机公司，于 1991年11月并入世界上最大的软件公司一一 ED
11、S公司。它是CAD/CAE/CAMH体化软件，广泛应用于航天航空、汽车、通用机械及模具等领域。其功能强大，可以轻松实现各种复杂 3D实体的造型构建。国内外已有许多科研院所和厂家选择了 UG作为企业的CAD/CA隙统。无论装配图还是零件 图设计，都从三维实体造型开始，使图形直观、逼真。三维实体生成 后，可自动转换成工程图(如三视图、轴侧图、剖试图等)。其三维CAD参数化的，修改一个草图尺寸，就使零件相关的尺寸随之变化。该软件还具有人机交互方式下的有限元分析，并可对任何实际的二维及三维机构进行复杂的运 动学分析和设计仿真，以及完成大量的装配分析工作。一般认为UG是业界中比较有代表性的数控软件。UG
12、/CAM供了一整套从钻孔、线切割到5轴铳削的单一加工解决方案。在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理上，都可以与主模型 设计相联接，始终保持最高的生产效率。把UG扩展的客户化定制的能力和过程捕捉的能力相结合，您就可以一次性地得到正确的加工方案。UG-CAMfe五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、 三维加工动态仿真模块和后置处理模块。(1)交互工艺参数输入模块通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹具、编程原点、毛坯、零件等工艺参数。（ 2）刀具轨迹生成模块UG-CAMft具特点的是其功能强大的刀具轨迹生成方法。包括车削、铳削、线切割等
13、完善的加工方法。其中铣削主要有以下功能：完成各种孔加工；平面铣削。包括单向行切，双向行切，环切以及轮廓加工等；固定多轴投影加工。用投影方法控制刀具在单张曲面上或多张曲面上的移动，控制刀具移动的可以是已生成的刀具轨迹，一系列点或一组曲线；可变轴投影加工；等参数线加工。可对单张曲面或多张曲面连续加工；裁剪面加工；粗加工。将毛坯粗加工到指定深度；多级深度型腔加工。特别适用于凸模和凹模的粗加工；曲面交加工。按照零件面、导动面和检查面的思路对刀具的移动提供最大程度的控制。（ 3）刀具轨迹编辑模块刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短或修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形的和文本的
14、信息去编辑刀轨。因此，当要求对生成的刀具轨迹进行修改，或当要求显示刀具轨迹和使用动画功能显示时，都需要刀具轨迹编辑器。动画功能可选择显示刀具轨迹的特定段或整个刀具轨迹。附加的特征能够用图形方式修剪局部刀具轨迹，以避免刀具与定位件、压板等的干涉，并检查过切情况。刀具轨迹编辑器主要特点：显示对生成刀具轨迹的修改或修正；可进行对整个刀具轨迹或部分刀具轨迹的刀轨动画；可控制刀具轨迹动画速度和方向；允许选择的刀具轨迹在线性或圆形方向延伸；能够通过已定义的边界来修剪刀具轨迹；提供运动范围，并执行在曲面轮廓铣削加工中的过切检查。（ 4）三维加工动态仿真模块UG/Verify交互地仿真检验和显示NC刀具轨迹，
15、它是一个无需利用机床，成本低，高效率的测试NCm工应用白方法。 UG/Verify使用UG/CAM1义的BLANK乍为初始的毛坯形状，显示NC刀轨的材料移去过程，检验包括错误如刀具和零件碰撞曲面切削或过切和过多材料。最后在显示屏幕上的建立一个完成零件的着色模型，用户可以把仿真切削后的零件与CAD的零件模型比较，因而他们可以方便地看到，什么地方出现了不正确的加工情况。（5）后置处理模块UG/Postprocessing 包括一个通用的后置处理器 （GPM）,使用户能够方便地建立用户定制的后置 处理。通过使用加工数据文件生成器（MDFG）,一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，
16、包括：控制器和机床特征、线性和园弧插补、标准循环、卧式或立式车床、加工中心等 等。这些易于使用的对话框允许为各种钻床、多轴铳床、车床、电火花线切割机床生成后置处理器。后置处理器的执行可以直接通过Unigraphics或通过操作系统来完成。3. Master CAMMaster CAM 是由美国 CNC Software 公司推出的基于PC平台上的CAD/CAMM牛，它 具有很强的加工功能， 尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。由于CAD/CAM（统软件。它有以下特Master CAM主要针对数控加工，零件的设计造型功能不强，但对硬件的要求不高，且操作灵活、易学易用且价格较低，
17、受到中小企业的欢迎，是我国目前十分流行的（1） Mastercam除了可产生 NC程序外，本身也具有 CAM能（2D 3D图形设计、尺寸标注、 动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件、CADL文件及IGES文件等转换到Mastercam中，再生成数控加工程序。（2） Mastercam是一套以图形驱动的软件，具有各种连续曲面加工功能、自动过切保护以及 刀具路径优化功能，可自动计算加工时间，并对刀具路径进行实体切削仿真，而且它能同时提供适 合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件。以
18、便将刀具路径文件（ NCI）转换成相应的 CNCliJ器上所使用数控加工程序（NC代码）。如FANUC MELADS AGIE、HITACHI等数控系统。（3） Mastercam能预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等，模拟刀具路径和计算加工 时间，也可从 NC加工程序（NC代码）转换成刀具路径图。（4） Mastercam系统设有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定 进给率、转速等加工参数。（5） 提供RS- 232C接口通讯功能及 DN能。4. Pro/EPro/E （ Pro/Engineer ）是美国 PTC （Parametric Technology Co
19、rporation ,参数技术公司）公司研制和开发的软件，它开创了三维CAyca灌数化的先河。该软件具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库的特点，为三维实体造型提供了一个 优良的平台，其工业设计方案可以直接读取内部的零件 和装配文件，当原始造型被修改后，具有自动更新的功 能，可用于设计和加工复杂的零件。另外，它还具有零 件装配、机构仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程 等功能，该软件也具有较好的二次开发环境和数据交换 能力，Pro/Engineer系统的核心技术具有以下特点：(1)基于特征。将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，进而形成实体，以此为基础进行更为
20、复杂的几何形体的构建。(2)全尺寸约束。将形状和尺寸结合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。(3)尺寸驱动设计修改。通过编辑尺寸数值可以改变几何形状。(4)全数据相关。尺寸参数的修改导致其他模块中的相关尺寸得以更新。如果要修改零件的形 状，只需修改一下零件上的相关尺寸。Pro/Engineer的CAD莫块的功能很强大，已广泛应用于模具、工业设计、航天、玩具等行业，并在国际CAD/CAM/CA曲场上占有较大的份额。它可以创建最佳加工路径，并允许NC编程人员控制整体的加工路径直到细节的部分。该软件还支持高速加工和多轴加工，带有多种图形文件接口。5. CimatronCimatron是以色列
21、为了设计开发喷气式战斗机所开发出来的软件。它集成了设计、制图、分析和制造，是一套结合机械设计与NC加工的CAD/CAE/CA瞰件。在一个统一的系统环境下，使用统一的数据库，用户可以完成产品的结构设计、零件设计、输出设计图纸，可以根据零件的三维模型进行手工或自动的模具分模，再对凸、凹模进行自动的NC加工，输出加工的 NC代码。Cimatron CAD/CAM工作环境是专门针对工模具行业设计开发的。在整个工具制造过程中的每一阶段，用户都会得益于全新的、更高层次的针对注模和冲模设计与制造的迅速性和灵活性。CAM模块为加工制造业提供了从 2轴到5轴可靠的NC功能，其走刀路径能沿着残余量小的方向寻找最佳
22、路线，使加工路径最优化，从而确保制造过程无过切现象。CAM勺优化功能使加工零件达到最好的加工质量，此功能明显优于其他同类产品。6. CAXACAXA(Computer Aided X Advanced , X意味着扩充)制造工程师是由我国北京北航海尔软件有限公司面向我国工业界推出的包括数控加工、工程制图、注塑模具设计、注塑工艺分析及数控机床通讯等一系列 CAD/CAE/CA瞅件的总称。它基于微机平台，全中文界面， 便于轻松地学习和操作。CAXA电子图板全面采用国标设计，拥有工程标注以及国标机械零件图 库，是一个高效、方便、智能化的通用二维绘图软件，可帮助设计人员进 行零件图、装配图、工艺图表及
23、平面包装等设计。CAXA制造工程师是面向机械制造业的三维CAD/CA毗件，具有生成二至五轴的加工代码的数控加工功能，可用于加工复杂曲面的零件。其特点 是易学易用、价格较低，已在国内众多企业和研究院所得到应用。7. Solid Edge美国Solidworks公司的一套智能型高级 3D实体造型设计软件。其拥有直观式的设计空间，是 三维实体造型 CADa件中用得最普遍的一个软件。Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DW解式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD的图形转换成 Solidwor
24、ks三维实体模型。Solidworks 软件对于熟悉 Windows的用户特别易懂易用， 它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到 Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。它使用最新的物体导向软件技术， 采用特征管理员的参数式 3D设计方式及高效率的实体模型核 心，并具有高度的文件兼容性，可载入编辑及输出IGES、Parasolid 、STL、ACIS、STEP TIFF、VDAFS VRML文件格式，可迅速而又简捷地将一个模型分解为型芯和型腔。Solid Edge将装配设计、零件造型、钺金设计和图纸生成结合在一起，为用户提供了从二维到 三维的设计及加工
25、等功能，CAMtB分自动工艺性能好。8. CATIACATIA是法国达索(Dassault)飞机公司开发的产品。CATIA是最早实现曲面造型的软件，它开创了三维设计的新时代，它的出现，首次实现了计算机完整描述产品零件的主要信息，使CAM技术的开发有了现实的基础。CATIA系统如今已经发展为集成化的CAD/CAE/CAM系统，它具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口，能方便地实现二维元素和三维元素之 间的转换，具有平面或空间机构运动学方面的模拟及分析功能。它的主要特点是三维建模能力强， 具有建立线框、表面和实体模型的能力，它的曲面造型功能更为突出。在CATIA中与制造相关的模
26、块有：(1)制造基础框架(2) 2轴半加工编程器3）曲面加工编程器（ 4）多轴加工编程器（ 5）注模和压模加工辅助器（ 6）刀具库存取9. Mechanical DesktopMechanical Desktop 是 Autodesk 公司为机械设计专门设计的新系统。 Mechanical Desktop 通 过融合二维与三维的设计扩展了AutoCAD设计环境的能力。这套CAD/CAE/CA瞅件可以由MDT/Inventor完成三维模型及其装配设计，利用MSC/FEAa行需要的分析，利用 HyperMILL系统进行相关零部件的数控编程，自动生成NC代码。10. SolidCAMSolidCAM
27、 是专业多轴数控加工软件， SolidCAM 提供的加工方式有二轴半加工，三轴加工， 3+2 多面加工，旋转加工，驱动旋转加工和电线放电加工。 SolidCAM 提供基于 Windows 的数据加工系统 并与 SolidWorks 完全集成。11. PowerMILLPowerMILL AutoCAM 是英国 Delecam Plc 公司研制开发的数控加工编程软件。是当今功能最强 大、加工策略最丰富的CAM!（统，可以直接输入几乎所有的CADa件的数据文件，而无需进行数据转换，避免了数据的丢失和变形。是一种基于知识库的智能加工模块，它为简单快速刀具路径产生 提供了最终解决方案。该程序的使用十分
28、简单，仅需简单输入需进行加工的CAD莫型，指定毛坯尺寸以及将使用的加工机床（ 包括是使用传统加工还是进行高速加工） 。适用于航空航天、汽车、船舶、内燃机、家用电器等行业，特别对塑料模、压铸模、橡胶模、锻模、大型覆盖件冲压模等的制造具 有明显的优势。 12. MoldFlow 美国MOLDFLOW司开发的塑料注塑成型流动分析软件，一直主导塑料成型CA瞰件市场。MoldFlow 软件包括三部分：MoldFlow Plastics Advisers （产品优化顾问，简称MPA） ：塑料产品设计师在设计完产品后，运用MPAt件模拟分析，在很短的时间内，就可以得到优化的产品设计方案，并确认产品表面质量。MoldFlow Plastics Insight （注塑成型模拟分析，简称MPI） ：对塑料产品和模具进行深入分析的软件包，它可以在计算机上对整个注塑过程进行模拟分析，包括填充、保压、冷却、翘曲、纤维取向、结构应力和收缩，以及气体辅助成型分析等，使模具设计师在设计阶段就找出未来产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率。MoldFlow Plastics Xpert （注塑成型过程控制专家，简称MPX） ：集软硬件为一体的注塑成型品质控制专家，可以直接与注塑机控制器相连，可进行工艺优化和质量监控，自动 优化注塑周期、降低废品率及监控整个生产过程。