楊建勛

（四川省服裝藝術(shù)學(xué)校，四川 南充637000）

目前，隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，使得像手工模型、零件的加工等較為傳統(tǒng)的模型生產(chǎn)方法已無(wú)法滿足實(shí)際的發(fā)展要求。在CNC加工中，加工軟件的準(zhǔn)備是基本工作，但是CNC加工軟件的制備通常很復(fù)雜，并且對(duì)復(fù)雜工件和單個(gè)零件的生產(chǎn)時(shí)編程工作量很大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。因此，將CAD/CAM軟件與CNC加工技術(shù)相結(jié)合，可以節(jié)省大量的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)間，而且提高了零件加工的精度和速度，極大地促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。

1 CAD/CAM技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)

1.1 數(shù)控加工技術(shù)

目前的數(shù)控加工技術(shù)就是將多種技術(shù)組合，包括：機(jī)械處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及檢測(cè)技術(shù)等。這是一種新型的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)，發(fā)展速度較快，在機(jī)械制造行業(yè)中發(fā)揮其重要作用。專注CNC技術(shù)的CNC機(jī)床和CNC生產(chǎn)機(jī)械技術(shù)代表了最先進(jìn)的自動(dòng)化一體化技術(shù)。

1.2 CAD/CAM技術(shù)

CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。該技術(shù)可以處理CAM零件的模型并滿足設(shè)計(jì)需求，如圖1所示。在判斷CAD系統(tǒng)的性能時(shí)，主要基于其設(shè)計(jì)功能以及是否可以有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)如今使用最為廣泛的就是自動(dòng)設(shè)計(jì)以及交互設(shè)計(jì)這兩種CAD技術(shù)。自動(dòng)設(shè)計(jì)雖然具有較高的工作效率，但不夠靈活，只能用于具有固定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。而交互設(shè)計(jì)具有更大的靈活性，可以更好地顯示員工的創(chuàng)造力，但是這種方法效率較低。

圖1 CAD/CAM軟件技術(shù)的應(yīng)用

2 CAD/CAM軟件應(yīng)用于數(shù)控加工的過(guò)程

2.1 CAD幾何建模

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和其他信息，執(zhí)行穩(wěn)定的幾何建模。它可以是三維模型或平面模型。將DXF形式的文件按照對(duì)應(yīng)的比例進(jìn)行存儲(chǔ)，并進(jìn)行數(shù)控加工。

2.2 數(shù)控工藝生產(chǎn)

根據(jù)CAD子系統(tǒng)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，該模塊完成CNC零件加工過(guò)程的各種任務(wù)，包括自動(dòng)加工方法選擇、機(jī)床選擇、夾具選擇、刀具選擇、測(cè)量工具選擇，為每個(gè)功能選擇切割參數(shù)并進(jìn)行固定，CAM軟件將自動(dòng)生成用于選擇程序、加工補(bǔ)償分配和自動(dòng)加工尺寸分辨率等的刀具路徑。

2.3 后置處理和數(shù)控程序生成

在CNC加工中，最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是后置處理。其主要任務(wù)是將由CAM軟件預(yù)處理生成的刀具軌跡和過(guò)程參數(shù)，轉(zhuǎn)換為特定機(jī)床控制器可接受的特定格式的CNC代碼文件，生成零件處理程序所需的指令和程序格式。

2.4 數(shù)控加工

生成程序后，必須將接收到的CNC代碼傳輸?shù)紺NC機(jī)床上，以運(yùn)行機(jī)床首先執(zhí)行仿真處理。如果不能滿足加工要求，則必須更正原始的NC程序，并再次執(zhí)行數(shù)控加工仿真，經(jīng)確定準(zhǔn)確無(wú)誤后，將毛坯進(jìn)行安裝，這時(shí)機(jī)床就可對(duì)合格的零件進(jìn)行加工。

3 CAD/CAM對(duì)機(jī)床數(shù)控加工系統(tǒng)的影響

3.1 對(duì)零件制造輪廓插補(bǔ)功能的影響

輪廓插補(bǔ)功能是零件生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)床零件輪廓加工的主要過(guò)程。機(jī)器制造過(guò)程中常用的輪廓插值功能包括：線性插值、弧形插值和拋物線插值。每個(gè)功能都有其自己的控制模型，因此數(shù)字機(jī)床軟件控制系統(tǒng)更加復(fù)雜。在零件加工過(guò)程中，每個(gè)對(duì)象的輪廓都可以用細(xì)的直線代替，因此CNC系統(tǒng)僅需安裝線性輪廓補(bǔ)償系統(tǒng)即可完成機(jī)械零件的加工。集成的CAD/CAM系統(tǒng)可以逼近零件的任何小輪廓并編譯包含數(shù)字代碼的加工程序。

3.2 CAD/CAM一體化系統(tǒng)對(duì)刀具補(bǔ)償功能的影響

刀具補(bǔ)償功能是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中最重要的功能之一。手動(dòng)編程車輛補(bǔ)償功能時(shí)，左右設(shè)置刀具半徑補(bǔ)償，使用G40取消車輛半徑補(bǔ)償，使用G43、G44設(shè)置正負(fù)零件長(zhǎng)度補(bǔ)償，使用G49取消長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。在零件加工過(guò)程中，補(bǔ)償功能被轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。輸入相關(guān)代碼后，機(jī)床CNC系統(tǒng)將自動(dòng)終止刀具補(bǔ)償操作。集成的CAD/CAM系統(tǒng)可以執(zhí)行刀具補(bǔ)償功能，而無(wú)需編譯相關(guān)代碼。

3.3 CAD/CAM一體化系統(tǒng)對(duì)其他數(shù)控加工技術(shù)的影響

機(jī)床的數(shù)控加工系統(tǒng)中有很多固定循環(huán)功能，包括簡(jiǎn)單循環(huán)功能、多個(gè)固定循環(huán)功能、孔循環(huán)功能和鉆削循環(huán)功能。為了進(jìn)行零件加工，可利用CAD/CAM系統(tǒng)的集成功能對(duì)零件的模型系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

CAD/CAM一體化系統(tǒng)對(duì)于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)還有以下兩個(gè)方面的影響：

（1）集成的CAD/CAM系統(tǒng)可以將許多系統(tǒng)功能有機(jī)地組合到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，從而可以使用的更加方便，并與時(shí)代的發(fā)展相符合。

（2）集成的CAD/CAM系統(tǒng)減少了機(jī)床的CNC程序代碼，具有更高的生產(chǎn)效率和更高的精度，因此可以有效提高CNC機(jī)床信息技術(shù)的發(fā)展速度。

4 CAD/CAM軟件加工實(shí)例的研究

4.1 CAXA軟件加工應(yīng)用實(shí)例

本零件用于對(duì)勞動(dòng)部數(shù)控工藝員（數(shù)銑）的培訓(xùn)考試，從實(shí)體建模的角度來(lái)看，由于存在由6個(gè)圓弧組成的5個(gè)槽，因此初步的二維建模更加復(fù)雜。因此，我們選擇CAXA軟件進(jìn)行樣式設(shè)計(jì)。由于CAXA 2D建模功能可與專業(yè)的AutoCAD 2D軟件相媲美，因此其建模過(guò)程將比其他軟件更簡(jiǎn)單。使用CAXA軟件對(duì)模型進(jìn)行建模，并自動(dòng)生成NC代碼，然后將其輸入到NC處理中心，以獲取勞動(dòng)部數(shù)控技術(shù)員（數(shù)控機(jī)床）的培訓(xùn)和考試用件。具體如圖2所示。

圖2

在加工該零件時(shí)，應(yīng)注意以下問題：（1）毛坯必須在加工中心處擰緊并固定，以免在加工過(guò)程中引起工作臺(tái)與工作臺(tái)之間的移位和移動(dòng)；（2）毛坯件的設(shè)定方向應(yīng)與加工時(shí)的工作坐標(biāo)方向一致；（3）在固定過(guò)程中，將加工零件的參考方向與數(shù)控機(jī)床的參考方向相連接的過(guò)程，即對(duì)準(zhǔn)過(guò)程；（4）進(jìn)行對(duì)刀操作，對(duì)刀操作的目的是通過(guò)刀具與工具來(lái)確定工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系之間的空間位置的關(guān)系，并在以下位置輸入刀具的操作數(shù)據(jù)并于相關(guān)的位置對(duì)應(yīng)。對(duì)刀分為X、Y向?qū)Φ逗蚙向?qū)Φ叮唬?）輸入和修改刀具補(bǔ)償值，根據(jù)偏移量數(shù)據(jù)的正確性，根據(jù)刀具的大小和當(dāng)前位置，在對(duì)應(yīng)程序的存儲(chǔ)位置輸入正確的刀具半徑補(bǔ)償值和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償值，符號(hào)的不正確性和數(shù)據(jù)地址的不正確性將對(duì)處理過(guò)程中的正確性帶來(lái)威脅，從而導(dǎo)致沖突或刪除處理的風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)和分析自動(dòng)化編程和處理零件的質(zhì)量，得出以下結(jié)論：CAXA作為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAD/CAM軟件，在中國(guó)具有強(qiáng)大的二維繪圖能力和強(qiáng)大的三維建模能力。但是，數(shù)控加工能力相對(duì)較弱。對(duì)于具有復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的非模具零件，可以首先使用CAXA軟件。CAXA軟件具有中文界面，對(duì)于英語(yǔ)基礎(chǔ)較差的人來(lái)說(shuō)更易于學(xué)習(xí)和使用。

4.2 Cimatron軟件加工應(yīng)用實(shí)例

本部分來(lái)自工程實(shí)踐。該零件是橢圓形螺旋模具的核心，它是一組注塑模具的一部分。對(duì)尺寸公差，形狀公差和表面質(zhì)量的要求相對(duì)較高。工件的材料為Cr12，加工性能較差。為了能夠順利地拆卸，工作部件在軸部分上具有吸引角，并且上下部分之間的尺寸差為0.1mm。

總結(jié)和分析自動(dòng)化編程和處理工作流程的質(zhì)量，得出以下結(jié)論：與CAXA相比，Cimatron軟件具有較差的二維繪圖功能和相對(duì)簡(jiǎn)單的建模功能，但在CNC加工和軌跡控制工具中具有強(qiáng)大的功能。方便、多樣的加工、粗加工、半精加工和精加工可以輕松、清晰地分離和處理，尤其是在加工復(fù)雜曲面形狀時(shí)，可以將其視為功能強(qiáng)大的CNC加工軟件。在設(shè)計(jì)和加工模具時(shí)，應(yīng)可能首先考慮使用Cimatron軟件。

4.3 Type3軟件加工應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)零件的繪圖特性，我們使用具有浮雕功能的Type3軟件來(lái)標(biāo)記字母的外圓和一部分，即借助Type3軟件，使用CNC代碼來(lái)標(biāo)記雕刻和銑削的一部分流程自動(dòng)生成，然后轉(zhuǎn)移到四軸CNC加工中心進(jìn)行雕刻和銑削。本文僅分析和研究標(biāo)記部分的雕刻和銑削過(guò)程。

通過(guò)對(duì)自動(dòng)編程和加工零件質(zhì)量的總結(jié)和分析，得出以下結(jié)論：作為專用于雕刻和銑削的軟件，Type3軟件的最大優(yōu)勢(shì)在于數(shù)學(xué)加工方法簡(jiǎn)單，可將復(fù)雜圓周的三維圖擴(kuò)展為二維平面，簡(jiǎn)化了樣式設(shè)計(jì)過(guò)程，可以直接導(dǎo)入AutoCAD工程圖以完成建模。數(shù)控生成的程序相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用，適用于圖案、標(biāo)志等的平面雕刻、凸雕或浮雕（針式加工），特別適用于在周邊雕刻和銑削圖形和字符，也適用于在圓周上加工特殊形狀的曲線。

5 結(jié)束語(yǔ)

在科技不斷進(jìn)步的今天，CNC加工中廣泛地采用了CAD/CAM軟件。該程序?qū)⑽C(jī)和CNC機(jī)床結(jié)合在一個(gè)面向車間的系統(tǒng)中，這在很大程度上提升了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，將CNC機(jī)床的優(yōu)勢(shì)盡可能地發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)使得總體的生產(chǎn)效率和質(zhì)量也得到提升，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一體化。在制造行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展中，CAD/CAM和CNC技術(shù)是其中最為關(guān)鍵的兩種技術(shù)，將二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)功能，可有效地促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，了解CAD/CAM軟件的具體內(nèi)容以及該技術(shù)在CNC加工中的重要作用，并廣泛應(yīng)用該技術(shù)，可以更好地提高工業(yè)生產(chǎn)效率，確保工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，這在我國(guó)的工業(yè)發(fā)展中非常重要，因此我們需要加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的深入研究。