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1、CAD、CAM在机械行业的应用与发展趋势的研究3、 CAM 在加工中心的应用3.1CAM 软件基本功能分析CAM 软件最基本的功能是前置处理和后置处理功能。前置处理，系统的数据输入接口。在对一个零件进行数控编程前，必须首先获得零件的模型信息。 许多 CAM 软件自身具备 CAM 造型系统，可直接进行零件造型设计，设计完成后再进行工艺设计，直至数控编程。但在大部分情况下，造型设计工程师和加工设计工程师采用的可能是不同的CAM 软件，需要CAM 软件可以读取其他 CAM 软件完成的设计结果，这就要求CAM 软件的数据输入接口应该能够正确读取多种常用CAM 软件的输出数据。 大多数 CAM 软件能提
2、供多种格式的数据输入接口，比如IGES,DXF,STL,SAT等通用接口，有的还具有针对一些著名的CAM 软件如 Pro/E,UG,CAYIA的专门接口。但不同的 CAM 软件所 “专长 “的数据格式不同， 支持的程度也有所差异， 因此最好选用几个有代表性的零件， 对 CAM 软件支持的数据格式做实验， 检查其是否能正确读取数据信息。3.2 加工支持的走刀方式及其他工艺适应性加工质量与 CAM 软件对加工工艺的支持密切相关， 比如走刀方式跟加工表面质量就有很大的关系。铣削加工中，单纯的直线往复走刀行切，在加工平面轮廓时表面质量还可以，但是加工曲面齿廓，则需要沿轮廓线进行环形走刀行切才可以达到较
3、高的表面质量。因此对于不同零件或同一个零件的不同部位，不同轮廓形状处，需要不同的走刀方式。除了走刀方式之外，还要注意到软件是否提供过切保护，刀杆的干涉检查，甚至是加工过程的模拟仿真表现形式等辅助功能。后置处理，后置处理是数控加工中的一个重要环节， 主要任务是把 CAM 软件前置处理生成的刀轨和工参信息文件，转换成特定机床控制器可接受的特定格式的数控代码文件 NC 程序。刀轨文件不能直接驱动机床，因为不同机床控制对程序格式和指令都有不同要求。不同机床，即使加工相同，代码及格式也不尽相同。只有结合特定机床要求的格式，生成该机床能够识别的 NC 程序，才能驱动机床， 这就要求 CAM 软件能够提供多
4、种不同机床的后置处理， 要有用户化后置处理功能，以便用户能直接编辑、修改已有的后处理文件。后置处理后，需要将得到的数控代码传输到数控机床引导机床进行加工，过去常采用RS232 接口进行数据传输， 需要专门的软件支持， 现在许多 CAM 软件本身就具有该数据传输功能。3.3 应用 CAM 软件的原则和方法只有最适用的才是最好的。 满足前置处理和后置处理等基本功能的 CAM 软件有多种，每一种都有自己的不同特点，我们应广泛了解和对比，以满足需要为前提进行选择，见图 1。图 1应用 CAM 软件的原则和方法选择时，除价格因素外，还应考虑以下几方面:1.操作使用的方便性： 一致友好的操作界面及简洁实用
5、的操作方法， 对于使用者来说是无形的帮助。 Windows 系统操作风格的软件，不用培训就可以摸索着进行操作，要比 Unix 系统上的软件容易学习和使用。为此首先应注意软件的安装对操作系统及硬件的要求，其次，软件功能及操作的简洁一致非常重要。2.集成化程度：不少 CAM 软件是 CAD/CAM的集成，通常由多个功能模块组成，如三维绘画、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行时间。3.CAD 功能：性能完善的 CAM 软件的 CAD 模块是一个高效的
6、造型设计工具，应具有参数化设计功能、三维实体模型与二维工程图形相互转化并关联的功能。当然，还要考虑与其他 CAD/CAM 软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，能支持哪几种图形文件转换，能否从其他系统顺利读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其他系统。4.CAM 功能及检测：CAM 软件的 CAM 功能应能提供一种交互编程并产生加工轨迹的方法，它包括刀具路径、刀具参数、切削参数设置等内容。 CAM 功能检测应注意以下几方面 :(1) 建立二维和三维刀具路径的难易程度 ;(2) 加工方法的多样性 ;(3) 刀具路径是否易于编辑和修改 ;(4) 是否具有刀具和材料数据库，能否自动生成进给速度
7、和主轴转速等切削参数;(5) 有无内置的防碰撞和防过切功能 ;(6) 能否手动调节机加工参数及缺省值 ;(7) 能否对加工过程进行模拟和估算加工时间。5.后处理程序及数控加工代码的输出 :一般的 CAM 软件利用后处理程序提供用户化的数控加工代码的输出， 使用户能够灵活地将 NC 程序用于不同的数控系统。选择软件时，应了解以下几方面 :(1) 提供哪些后处理和数据加工程序，是否包括线切割、电火花、车削或多轴数控加工编程的后处理程序;(2) 后处理输出的加工程序能否细调，以使数控加工代码的输出符合用户的要求;(3) 能否将NC程序反向处理，显示刀具路径。3.4 使用 CAM 设计零件三维图形以泵
8、盖为例，泵盖零件图如下。图 2泵盖零件图3.5 CAM加工CAM加工步骤包括：(1)零件加工刀具路径确定。根据加工工艺的安排，选用相应工序所使用的刀具，根据零件的要求选择加工毛坯，同时正确选择工件坐标原点，建立工件坐标系统，确定工件坐标系与机床坐标系的相对尺寸，并进行各种工艺参数设定。(2)零件的模拟数控加工。设置好刀具加工路径后，利用Master CAM系统提供的零件加工模拟功能图，能够观察切削加工的过程，可用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求。同时在数控模拟加工中，系统会给出有关加工过程的报告。这样可以在实际生产
9、中省去试切的过程，降低材料消耗，提高生产效率。3.5.1编制加工工艺1. 毛坯的选择：毛坯为铸造件。2. 铣外形； 12铣刀铣 28圆台至尺寸。3. 铣 28.6-34 圆锥台至尺寸。4. 铣底台至尺寸。5. 用 14钻头钻 15 孔。6. 用 12铣刀铣 19孔至 18.5。7. 用 12铣刀铣 15孔至 14.5。8. 精镗 19和 15孔至尺寸。9.用 6钻头钻 7通孔10.用 5铣刀铣 7孔至 6.511. 用 5铣刀铣 12孔至 11.512. 精镗 7和 12孔至尺寸13去毛刺、清洗、检验。3.5.2切削用量的选择一般铣削的精加工余量为0.2-0.5mm。1背吃刀量的选择铣削时固定
10、循环每次 1mm. 钻孔时每 5mm 一抬刀。 2主轴转速的选择钻孔时S=500mm/min 。 3进给速度的选择铣削时铣削时 S=800mm/min,F=500mm/min, 钻孔时F=80mm/min。3.5.3拟定加工工序卡片表 1泵盖零件数控加工工序卡片单产品名称或代号零件名称零件图号位名加工中心工艺分析泵盖称工序程序编号夹具名称使用设备号加工中心加工中心工刀刀 具 规 格主轴转速进给速度背吃刀序工步内容具（ mm/min量备注（mm ）（ r/min ）号号）（ mm ）1铣刀T01 1280050012钻头T02 145008053精镗刀T03 14.5600600.24精镗刀T0
11、4 18.5600600.25钻头T0565008056铣刀T06580050017精镗刀07 6.5600600.28精镗刀08 11.5600600.23.5.4泵盖加工图形及程序加工刀路图 3加工刀路加工实体仿真图图 4加工实体仿真图最终零件图图 5最终零件图第六章CAD/CAM的作用和用途6.1 CAD/CAM的用途工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等等。工业制图：精密零件、模具、设备等。服装加工：服装制版。电子工业：印刷电路板设计。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。6.2 CAD/
12、CAM作用和用途的实例分析下图为一电风扇图形，零件厚度 0.5mm,材料 ABS，年产 15 万件。需对其进行注射模具设计制造。图 7-1 为一电风扇图形塑件工艺分析：(1) 该塑件尺寸较小但叶片形状较不规则，加工难度大，叶片部位成型较为困难。(2) 塑件为批量生产且塑件的表面质量要求较高。为了加工和热处理，降低成本该塑件采用镶块式结构。下图为该注射模具普通流程与CAD/CAM/CAE一体化技术流程对比示意图。注射模生产流程注射模 CAD/CAM/CAE一体化技术流程由该流程图可以看出，由于风扇零件具有较为复杂的曲面结构，普通的工艺流程从设计到制造面临了相当大的困难，为了达到零件图纸的要求无疑
13、在各个生产流程上增大了技术工人的工作量，导致了模具整个生产周期较长。然而采用 CAD/CAM/CAE一体化技术流程始终以塑料件的 3D 模型为中心，模具设计、 CAE模拟分析、模具 CNC加工、以及模具 CMM（三坐标）检测、塑料件CMM检测都完全基于这些塑料件 3D模型的传递，从而消除了二维图纸传递几何信息的不准确性，使最终生产的塑料件和设计者的意图保持高度一致。还使得整个生产流程易于实现自动化生产，从而大幅度降低了技术工人的工作量，并能有效提高模具整个生产周期。如下所示为该套注射模采用 CAD/CAM一体化技术流程详解零件造型 、模具设计利用 pro/Engineer软件对该零件进行造型，
14、可以快速并准确得到零件3D图纸以及零件的各种参数，如塑料件的质量、质心、面积等。在pro/Engineer软件中，对于模具设计也是相当方便快捷的，可直接通过 3D 图纸及所得到的参数进行注射模具初始设计。无论是工作零件还是结构零件均可以利用 pro/Engineer 软件中（模具专家系统）模块来迅速完成所需设计。由于 pro/Engineer 软件采用的是参数化设计的思路，所以无论是零件造型还是模具设计均可实现参数化结构变更。模具结构分析及优化当初始设计方案完成后，可直接使用 CAD软件所设计出的 3D 图纸进行 CAE 模拟分析，从而可以优化设计方案，减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，
15、降低开发成本。设计变更通过 Moldflow 软件的分析后得出了分析结果，如：最佳的浇口位置及塑料充填状态等。工程设计人员可以参照该结果重新优化模具结构。使模具结构更合理化，也大幅度降低了技术工人在后期试模、调模的工作量。数控加工当模具设计完毕后， 即可进行数控加工， 将软件所设计的 3图纸直接导入软件中进行数控程序的编制，实现了零图纸加工，避免了二维图纸在转递几何信息过程中的不准确性，也易于实现自动化生产。三坐标检测工作零件经过数控加工完毕后，为保证零件精度达到设计要求，还需进行三坐标检测， 以 3图纸为依据检查各个零件是否合格， 使制造出的零件始终与工程设计人员的思路保持一致。装配、试模、修整进行最后的总装调试工作，对于普通注射模工艺流程来说，这是非常重要的一个环节，也是技术工人劳动强度最大的一个环节，需要反复试模、修整模具，直至注射出合格的产品。而本文中的 CAD/CAM/CAE一体化技术流程则在模具设计时就已经通过软件进行过模拟分析，针对分析结果模具结构已进行过优化改进，正因为如此，试模时注射零件合格率将大幅提高。