數(shù)控加工設(shè)備采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng),伺服電機的位置、速度和電流都實現(xiàn)數(shù)字化,使其具有高效率、高精度、加工周期短、易于實現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)點,但數(shù)控加工設(shè)備需要通過專用的計算機語言對其進行指揮操作。此時,CAD/CAM技術(shù)就擔(dān)當(dāng)起了人機對話翻譯官的重任。
數(shù)控技術(shù)是機械加工技術(shù),微電子技術(shù)、監(jiān)控檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)等多種學(xué)科的集成,是一門新興而又發(fā)展十分迅速的高新技術(shù),對機電工業(yè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的作用。同時,數(shù)控技術(shù)也是發(fā)展自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù)控機床、加工中心是具有代表性的、高水平的機電一體化產(chǎn)品,代表了當(dāng)今世界自動化技術(shù)發(fā)展的前沿。數(shù)控加工是最早也是最廣泛應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的領(lǐng)域,
CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,設(shè)計制造的時間周期減短,并在一定程度上提高了精度和速度。隨著CAD/CAM技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,人們不再滿足于這兩者的獨立發(fā)展,從而出現(xiàn)了CAM和CAD的組合,即將兩者集成(一體化) 。通常一個完善的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具備:快速數(shù)字計算及圖形處理功能、幾何建模功能、處理數(shù)控加工信息的功能、大量數(shù)據(jù)和知識的存儲及快速檢索與操作功能、人機交互通信的功能、輸入和輸出信息及圖形功能、工程分析功能等。CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)由人、硬件、軟件三大部分組成,其中硬件包括計算機及其外部設(shè)備,廣義上講硬件還包括用于數(shù)控加工的機械設(shè)備和機床等。
首先,我談一下CAD/CAM的分工情況:CAD一般是指工程技術(shù)人員在計算機組成的系統(tǒng)中以計算機為輔助工具,完成產(chǎn)品的設(shè)計、工程分析、繪圖等工作,并達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的目的。廣義的CAM是指工程技術(shù)人員在計算機組成的系統(tǒng)中以計算機為輔助工具,完成從準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造整個過程的活動,包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、NC自動編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。狹義的CAM一般僅指NC程序編制,包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等。
目前,CAD/CAM/主要用于產(chǎn)品設(shè)計過程,它的應(yīng)用能夠大大提高設(shè)計效率,優(yōu)化設(shè)計方案、減輕設(shè)計人員工作強度,縮短設(shè)計周期,加強設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。因此在機械設(shè)計部門被廣泛應(yīng)用。
在普通的機械加工過程中,一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀特別的零件由于工藝性較差,加工難度大,經(jīng)常容易出現(xiàn)如變形、干涉等問題。因此如何有效地預(yù)見、預(yù)測加工過程中可能出現(xiàn)的問題,并提前采取有效的工藝措施進行預(yù)防和避免顯得很重要。而利用CAD進行必要的繪圖分析和計算,可以使前期的技術(shù)準(zhǔn)備工作變得非常簡單方便。尤其是CAD技術(shù)從二維繪圖向三維仿真模型的發(fā)展,以及在此基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成熟的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析、有限元分析、裝配設(shè)計及仿真、數(shù)控加工與仿真等許多計算機輔助功能,使CAD/CAE/CAM/PDM等逐步集成為綜合的計算機輔助設(shè)計、制造和管理系統(tǒng)。因此,在機械設(shè)計與加工行業(yè)當(dāng)中,研究CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用也是必不可少的。
在零件的建模設(shè)計過程中,考慮如何采用合適的特征,通過正確的組合方法形成零件模型的過程。零件與特征之間的關(guān)系主要呈現(xiàn)層次關(guān)系,這需要設(shè)計者除了具有清晰的空間思維能力外,還要掌握和積累一些必要的零件建模技巧,使建模的靈活性得到增強,從而提高零件建模的效率。另一方面,在零件建模過程中還應(yīng)充分考慮零件模型的可調(diào)整性。當(dāng)代產(chǎn)品市場競爭十分激烈,用戶的品位和要求千變?nèi)f化,因此廠商必須不斷改進或者調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計以適應(yīng)市場需求。為此,在零件設(shè)計過程當(dāng)中必須兼顧今后調(diào)整的需求,在零件設(shè)計中添加適當(dāng)?shù)目刂埔蛩兀岣吡慵O(shè)計的可調(diào)整性。
在裝配建模設(shè)計過程中,需要將零件裝配成部件,再將部件裝配成機器。一個復(fù)雜機器可以看成是由多個部件所組成,復(fù)雜部件可以看成是由多個組件所組成,組件則由多個零件組成。這是對機器的一種層次描述,采用這種描述可以為機器的設(shè)計、制造和裝配帶來很大方便。同樣,機器的計算機裝配模型也可以表示成這種層次關(guān)。在計算機上將裝配體的層次各種零、部件組合在一起形成一個完整裝配體的過程即裝配建模或稱裝配設(shè)計,回轉(zhuǎn)、直線運動機構(gòu)(裝配體)是由兩個子裝配(驅(qū)動部分和傳動部分)以及一個零件(活塞缸)組成。一個裝配體系記錄了零部件之間的全部結(jié)構(gòu)關(guān)系,以及零部件之間的裝配約束關(guān)系。
我國CAD/CAM技術(shù)的研究水平和應(yīng)用范圍與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比都還有較大的差距,特別是CAD/CAM應(yīng)用的集成化程度較低,缺乏具有自主版權(quán)的、完善的高檔CAD/CAM軟件系統(tǒng)。此外CAD/CAM專業(yè)技術(shù)人才的匱乏也限制了企業(yè)對CAD/CAM技術(shù)的推廣應(yīng)用。但是在微機平臺上開發(fā)CAD/CAM軟件是一個全新的領(lǐng)域,我國與國外起點差不多,都是使用VisualC++,OpenGL等工具進行軟件開發(fā),在這基礎(chǔ)上開發(fā)出先進的,符合本國用戶習(xí)慣的CAD/CAM軟件還是有可能的。
計算機的發(fā)展及數(shù)字化的發(fā)展,推動著計算機輔助設(shè)計軟件的不斷改進。CAD/CAM技術(shù)正向著開放、集成、智能和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展,在數(shù)控機床上的運用越來越廣泛,以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的DNC開放式系統(tǒng)成為軟件的發(fā)展方向,而且在這個網(wǎng)絡(luò)無所不滲透的時代,CAD/CAM的技術(shù)也在網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展,借助PC技術(shù)可以方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通訊,可以高效地滿足生產(chǎn)的需求。比如在高校的實驗室,實驗設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)共享是極為迫切的,利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與CAD/CAM 技術(shù)的結(jié)合, 建立CAD/CAM 設(shè)計—代碼傳輸—機床執(zhí)行—網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控整條流程的共享,可實現(xiàn)全部師生共用幾臺甚至一臺數(shù)控機床,充分利用設(shè)備,大大節(jié)省了資金和時間。
總之,我們還有很長的路要走,但是要時刻記住,開發(fā)CAD/CAM軟件的最終目的是應(yīng)用CAD/CAM技術(shù),提高企業(yè)的設(shè)計和制造水平,所以,CAD/CAM軟件不僅要水平高,有自己的特色,更要能夠市場化,從市場中收回投入,從而能夠根據(jù)用戶的需求不斷地更新發(fā)展數(shù)字化軟件。