ＣＡＤ／ＣＡＭ在工程訓練中的應用

摘要：結(jié)合工程訓練教學特點，介紹了CAD/CAM軟件在現(xiàn)代加工技術(shù)實踐教學中的綜合應用。CAD/CAM軟件對建立系統(tǒng)、全面的數(shù)控技術(shù)知識體系，提高學生復雜建模及編程水平、培養(yǎng)學生的工程實踐能力有重要的作用。

關(guān)鍵詞：工程訓練；CAD/CAM；數(shù)控仿真；數(shù)控加工

CAD/CAM軟件一般流程

CAD/CAM（計算機輔助設計及制造技術(shù)）借助計算機高速而精確的運算功能，大容量存儲和處理數(shù)據(jù)的功能，豐富而靈活的圖形、文字處理功能，將設計者的創(chuàng)造性思維能力、綜合分析及邏輯判斷能力結(jié)合起來，從而大大加快產(chǎn)品設計、開發(fā)進程。

CAD/CAM與數(shù)控機床加工相結(jié)合，是現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的主流。利用CAD/CAM軟件可以解決復雜編程問題，實現(xiàn)自動編程，特別是對復雜曲線、曲面和實體的編程，可以提高編程效率及數(shù)控機床的利用率。此外，在企業(yè)中，借助計算機輔助設計與輔助制造功能，可以大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本。其一般工作流程如圖１所示。

圖1 CAD/CAM流程圖

數(shù)控加工機床及網(wǎng)絡傳輸服務

在具備相當規(guī)模的數(shù)控加工設備時，為提高效率常采用DNC網(wǎng)絡傳輸與管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)與數(shù)控加工機床間的信息通訊與集成，完成如下任務：CAD/CAM生成的程序傳輸?shù)綌?shù)控機床；數(shù)控機床NC程序、NC參數(shù)的上載；NC程序傳輸狀態(tài)監(jiān)控等。使用DNC網(wǎng)絡傳輸與管理系統(tǒng)，避免了人工通過機床控制面板輸入冗長程序指令，提高了數(shù)據(jù)準確率與設備利用率，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性，提高了加工復雜零件的能力。

CAD/CAM在工程訓練中的應用

現(xiàn)代制造單元由三部分組成，即用于數(shù)控編程訓練的CAD/CAM訓練室、數(shù)控加工設備訓練室以及DNC網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)。下面以運用CAXA制造工程師軟件加工彎頭為例，講述CAD/CAM在工程訓練中的實際應用。

（一）建模

利用軟件中的CAD模塊建模。利用CAXA制造工程師軟件命令繪制出零件造型，可以是線架造型、曲面造型或?qū)嶓w造型，還可以是混合造型。

利用軟件標準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口建模。一般采用DXF格式與Auto CAD交換二維圖形數(shù)據(jù)。采用IGES格式可以進行曲面的轉(zhuǎn)換，但其僅傳遞一些幾何數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)，常會發(fā)生丟面現(xiàn)象。這時可以借助第三方CAD/CAM軟件進行轉(zhuǎn)換，或可利用原有曲面邊界，重新生成丟失的曲面。實體模型則可借助Parasolid格式進行轉(zhuǎn)換。

圖2為彎頭二維零件圖及三維造型。圖形相對簡單，既可直接建模，也可通過數(shù)據(jù)接口導入建模。數(shù)據(jù)接口導入建模時，要注意轉(zhuǎn)換前后坐標系要一致。如果只考慮加工工藝，造型時可只建立二維線框模型并忽略其邊緣圓角，生成加工造型如下圖所示。為了生成實體模型，在進行CAM前常需用“造型”→“曲線生成”→“相關(guān)線”命令提取實體的邊界或曲面的特征線，如交線、投影線、邊界線等，以便為后續(xù)選擇加工輪廓或島嶼做準備。

（二）生成刀路軌跡

首先，應定義毛坯。點擊主菜單下的“加工”→“定義毛坯”，或直接點擊特征欄加工管理下的毛坯項，設定毛坯大小為200×150×10，基準點為（-50，-25，0）。選擇直徑為10的端銑刀為加工刀具。

其次，采用區(qū)域式加工進行粗加工。第一步，設定關(guān)鍵參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)為“加工邊界”中的“Z設定”和“相對于邊界的刀具位置”。在“Z設定”可以設定有效的Z軸加工范圍，即設置加工的島嶼深度；“相對于邊界的刀具位置”設為邊界內(nèi)側(cè)。第二步，選擇毛坯輪廓和島嶼。加工輪廓為毛坯輪廓線，鏈搜索方向為順時針，然后按右鍵結(jié)束輪廓選取。選擇彎頭輪廓定義為島嶼，鏈搜索方向同樣為順時針，右鍵結(jié)束島嶼選取，系統(tǒng)將自動生成平面區(qū)域的加工軌跡。

最后，采用輪廓線加工進行精加工。注意設置“加工參數(shù)”中的“偏移類型”和“偏移方向”。“加工邊界”中的“Z設定”參數(shù)與粗加工相同。

（三）軌跡仿真

選中所生成的區(qū)域式粗加工和輪廓線精加工軌跡，用軌跡仿真模塊對所生成的刀位軌跡進行仿真，檢查加工方法、相應參數(shù)、刀具以及加工過程中是否發(fā)生過切和干涉等。若仿真結(jié)果比較理想，則可直接進行后置處理，自動生成代碼。否則需要修改相應參數(shù)，或以軌跡進行編輯，以滿足最終結(jié)果。軌跡仿真如圖３所示。

（四）后置處理

所謂后置處理，即將CAD/CAM軟件所生成的刀位文件轉(zhuǎn)換成相應數(shù)控系統(tǒng)所要求的指令代碼格式和程序格式，盡量滿足實際機床的要求，減少不必要的修改，提高編程效率。

文中數(shù)控銑床采用的是Fanuc系統(tǒng)，應根據(jù)Fanuc系統(tǒng)編程指令設置各代碼，并設程序起始和結(jié)束符為%，其中，“說明”“程序頭”“換刀”和“程序尾”部分，可參照相應的后置配置宏程序說明進行調(diào)整。

選擇“加工”→“后置處理”→“生成G代碼”，選取要生成的刀路軌跡，生成加工代碼，并將生成的程序通過CAXA網(wǎng)絡傳輸將該代碼傳輸至數(shù)控機床進行加工。

參考文獻：

[1]劉穎.CAXA制造工程師在數(shù)控加工制造中的應用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2005，（5）.

[2]郭滿榮.CAXA制造工程師進行平面輪廓加工的技巧[J].機械工人：冷加工，2003，（2）.

作者簡介：

趙亞楠（1979—），女，滿族，黑龍江雙城人，哈爾濱工程大學工程訓練中心助教，研究方向為數(shù)控技術(shù)及CAD/CAM、機電一體化。（本欄責任編輯：周秀峰）