數控技術與CAM軟件在實際生產中的應用

周　銳

(天津鐵路信號有限責任公司，天津 300300)

數控技術與CAM軟件在實際生產中的應用

周銳

(天津鐵路信號有限責任公司，天津 300300)

摘要：目前，數控技術已經廣泛應用于機械制造業，CAM軟件也廣泛應用于數控編程及加工。普通機床正逐漸被高效率、高精度和高自動化的數控機床所替代。各種數控機床按照數控程序完成各種加工。應用CAM軟件編程，能大大提高編程準確性和效率。為闡明數控技術與CAM軟件在生產實際中的應用過程、方法和重要作用，以數控火焰切割機、數控加工中心及數控線切割設備為例，通過介紹上述設備和相關CAM軟件的使用過程，說明數控技術與CAM軟件的出色結合和不斷完善，提高了生產企業零件加工質量及生產效率，提升了企業的制造水平，在工業生產中發揮了重要的作用。

關鍵詞：數控技術；CAM軟件；生產實際應用

數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術。近年來,隨著計算機技術的發展，數控技術已經廣泛應用于工業控制的各個領域,尤其是在機械制造業,普通機床正逐漸被高效率、高精度和自動化的數控機床所替代[1]。常見的數控機床有數控銑床、數控車床、數控加工中心、數控線切割機、數控火焰切割機、數控磨床、數控插齒機和數控鉆床等。

計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)是利用計算機來進行生產設備管理控制和操作的過程[2]。CAM軟件是用來實現上述過程的軟件，是CAM技術的核心，一般其輸入信息是零件的工藝路線和工序內容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數控程序。CAM軟件廣泛應用于機械產品生產、模具制造等企業的數控編程及加工，正逐步取代傳統的手工編程方式。目前，常用的國內外CAM軟件有CAXA系列、FastCAM、Pro/E、UG和Master CAM等。

數控技術與CAM軟件結合應用，將計算機與數控機床組成面向車間的系統，將大大提高加工效率和加工質量，可充分發揮數控機床的優越性，提高整體生產水平，在我國經濟發展較為活躍的大中城市的應用日益廣泛。

本文以天津鐵路信號有限責任公司生產加工的零件為例，介紹數控技術與CAM軟件在實際生產中的應用。零件為鎖鉤，其三維模型如圖1所示。

圖1　零件三維模型

該零件在機械加工過程中，使用數控火焰切割機氣割外形，使用數控加工中心粗加工及精加工孔、外形、整個尾部和凹槽等重要尺寸，使用數控線切割設備加工檢測樣板。數控設備的使用貫穿了零件從毛坯制備到精加工以及檢驗的過程。

1數控火焰切割機切割毛坯外形

數控火焰切割機是用數字程序驅動機床運動，搭載火焰切割系統，同時使用數控系統來控制火焰切割系統的開關，對鋼板等金屬材料進行切割。數控火焰切割機由數控系統、火焰切割系統和驅動系統三部分組成，不同廠家生產的產品大體相同。數控火焰切割機將傳統的火焰切割方式與數控技術相結合，可用于厚度≥6 mm的鋼板及鍛件切割加工。鎖鉤零件在本工序中要求將鍛件毛坯切割成與加工成品較相似的形狀。

本公司的數控火焰切割機使用其自帶的FastCAM軟件進行自動編程，FastCAM是一款全自動共邊連割套料CAM軟件，該軟件主要針對數控切割機，包括火焰、等離子、激光和水刀等數控切割機，用于任意形狀零件的繪圖、編程、套料、校驗和數控切割。通過應用FastCAM軟件，可以提高鋼材套料率，有效節省鋼材，提高編程、套料和切割工作效率，有效提高切割生產效率。

編程人員先根據圖樣及工藝要求的加工余量，應用AutoCAD軟件畫出要求切割后的零件圖，并保存為DXF格式；再將DXF格式的圖形文件導入到FastCAM軟件中，然后進行設置零件方向、穿孔點、切割方向、切割圖形排列和切割零件間距等操作，并根據使用的割炬設置生成程序的補償量；在設置好加工參數后使用CAM軟件自動生成G代碼程序，FastCAM軟件對生成的程序進行模擬運行，模擬運行正常后，再將程序傳輸至機床便可進行試切加工。對于此類有復雜曲線的圖形，一般的手工編程是無法實現的。

2數控加工中心粗、精加工

數控加工中心是一種綜合加工能力較強的數控加工機床，它把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在1臺設備上，使其具有多種工藝手段。數控加工中心主要由CNC數控系統、伺服系統和機械主體等部分組成。數控加工中心設置有刀庫，刀庫中存放著不同數量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換。數控加工中心與同類數控機床相比結構較復雜，控制系統功能較多。加工中最少有3個運動坐標系，多的達十幾個。其控制功能最少可實現兩軸聯動控制，實現刀具運動直線插補和圓弧插補。有的數控加工中心可實現五軸聯動、六軸聯動，從而保證刀具進行復雜加工。

數控加工中心工藝應考慮加工零件的工藝性、定位基準和裝夾方式，也要選擇刀具，制定工藝路線、切削方法及工藝參數等，而這些在常規工藝中均可以簡化處理；因此，數控加工工藝比普通加工工藝要復雜得多，影響因素也多，應對數控編程的全過程進行綜合分析、合理安排，然后整體完善。相同的數控加工任務，可以有多個數控工藝方案，既可以選擇以加工部位作為主線安排工藝，也可以選擇以加工刀具作為主線來安排工藝。數控加工工藝的多樣化是數控加工工藝的一個特色，是與傳統加工工藝的顯著區別。

CAXA系列軟件是北京北航海爾軟件有限公司推出的全國產化的CAM產品，系列中有針對數控加工中心、數控銑床、數控車床和數控線切割機等各種數控設備的多種CAM軟件，其中CAXA制造工程師是一款面向二至五軸數控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的銑削/鉆削數控加工編程CAM軟件[3]。應用CAM軟件自動編程，可以提高程序準確度，對于本例中不便直接計算的平面曲線類零件或三維曲面類零件，尤其適用。

本文使用數控加工中心粗加工及精加工鎖鉤的孔、外形、整個尾部和凹槽等重要尺寸。數控加工中心綜合了銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能，編程相對復雜，編程人員首先應分析設計圖樣及工藝文件，然后應用CAXA制造工程師軟件進行編程，主要步驟如下。

1)將DXF格式的圖形文件導入到CAXA制造工程師軟件中，對鎖鉤零件進行三維建模或直接將Pro/E等軟件建立好的三維圖形導入。

2)根據零件工藝要求及加工工序將加工范圍、加工工步順序、Z向高度、切入切出點、偏移方向和刀具參數等在CAM軟件中進行參數設置(見圖2)。

圖2　CAM軟件參數設置

3)設置刀具路徑，生成不同工步的加工軌跡并進行模擬仿真加工。

4)將多個工步的軌跡生成G代碼程序，并根據實際情況進行微調。

5)將加工程序傳輸至機床進行試切加工。

3數控線切割機加工檢測樣板

數控電火花線切割加工簡稱數控線切割或線切割。它是采用電極絲(鉬絲、鎢鉬絲等)作為工具電極，在脈沖電源的作用下，工具電極和加工工件之間形成火花放電，火花通道瞬間產生大量的熱，使工件表面熔化甚至氣化。線切割機床通過XY托板和UV托板的運動，使電極絲沿著與預定的軌跡運動，從而達到加工工件的目的。數控線切割機床由工作臺、走絲機構、供液系統、脈沖電源和控制系統等組成。

數控線切割的加工精度可達±0.01 mm，采用多次切割技術時表面粗糙度Ra可達0.4～1.6 μm。線切割可以加工用一般切削加工方法難以加工或無法加工的硬質合金和淬火鋼等高硬度、復雜輪廓形狀的板狀金屬工件。數控線切割是機械制造中不可缺少的一種先進加工方法。

本文鎖鉤零件加工中的檢測樣板采用數控線切割機床進行加工，檢測樣板按照零件工序完成尺寸及高于產品零件的精度，使用較薄鋼板加工而成，用來對零件不方便直接測量的外形及尺寸進行檢驗。

本公司使用了中走絲數控線切割機床配CAXA線切割CAM軟件。CAXA線切割CAM軟件是面向線切割加工行業的計算機輔助自動編程工具軟件。它可以為各種線切割機床提供快速、高效率和高品質的數控編程代碼，極大地簡化了數控編程人員的工作。該軟件對于在傳統編程方式下很難完成的工作，都可以快速、準確地完成，可以交互方式繪制需切割的圖形，生成帶有復雜形狀輪廓的線切割加工軌跡，可輸出3B碼、G代碼等多種格式的加工程序。

中走絲數控線切割機床與CAXA線切割CAM軟件結合使用，可以實現多次切割。多次切割是近年來發展起來的一種新技術，一般第1次切割任務主要是切割成形，可選用高峰值電流、較長脈沖寬度進行大電流切割，以獲得較高的切割速度；第2次切割的任務是提高精度，保證加工尺寸精度；第3次、第4次或更多次切割的任務是提高表面質量。多次切割技術是提高線切割加工精度及表面質量的重要手段。

編程人員首先根據圖樣及工藝要求使用AutoCAD軟件畫出檢測樣板零件圖，并保存為DXF格式；再將DXF格式的圖形文件導入到CAM軟件中；然后在導入的圖形上設置進絲點、退絲點，選擇半徑補償方向和加工軌跡方向，根據加工的表面粗糙度要求選擇切割次數，并根據工藝要求及加工零件尺寸設置每次切割的運絲速度、峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔比、跟蹤速度和半徑補償量等電參數及加工參數。上述相關參數設置完成后可生成G代碼程序，CAM軟件對生成的代碼進行模擬運行，模擬運行正常后，最后將程序傳輸至機床便可進行試切加工。

本文的零件生產過程中，使用上述數控機床及CAM軟件進行加工，既解決了復雜曲線輪廓在普通機床加工困難的問題，又提高了零件的加工質量及生產效率。

4結語

數控技術及裝備是發展新興高新技術產業和尖端工業的使能技術和最基本的裝備。世界各國機械制造行業廣泛采用數控技術，本文中零件的重要加工工序以及檢測量具的加工均涉及到數控技術及裝備。另外，各種CAM技術和軟件也在不斷提升，早期的數控火焰切割機CAM軟件無法生產G代碼，并且不能直接查看程序；早期的一些線切割CAM軟件只能生成3B代碼，不能生成G代碼；而本文中應用的FastCAM、CAXA制造工程師和CAXA線切割等3種不同數控設備的CAM軟件都有較好的數據接口，可直接導入DXF等多種格式的二維圖形，并且均能生成G代碼的數控程序。編程人員只要掌握一種G代碼編程語言即可，更方便了編程人員查看及手工修改程序，提高了工作效率。

隨著科學技術的不斷進步，數控技術與CAM軟件結合也將越來越緊密，并且朝著智能化、通用化、網絡化、一體化和綜合化方向發展，也將在現代化工業生產中發揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 魏杰. 數控技術及其應用 [M].北京：機械工業出版社，2013.

[2] 任軍學，田衛軍. CAD/CAM應用技術[M].北京：電子工業出版社，2011.

[3] 馬聰玲. CAXA制造工程師環境下奔馳車標的CAD/CAM[J].新技術新工藝，2013(8):41-42.

責任編輯彭光宇

Numerical Control Technology and CAM Software Application in Actual Production

ZHOU Rui

(Tianjin Railway Signal Co., Ltd.， Tianjin 300300， China)

Abstract：The numerical control technology has been widely used in machinery manufacturing industry, CAM software is also widely used in CNC programming and machining. General machine tools are gradually being replaced by high-efficiency, high-precision, and highly automated CNC machine tools. All kinds of CNC machine tools accept NC program firstly, then make all kinds of processing according to the program. The use of CAM software programming can greatly improve the accuracy and efficiency of programming. To clarify the application of CAM software and numerical control technology in the actual production process, methods and important role in the NC flame cutting machine, CNC machining centers and CNC wire electrical discharge machining are taken for examples. Through the introduction of the use of the equipment and related CAM software process, the numerical control technology and the excellent combination of CAM software are constantly improved. It improves the quality of the parts processing production enterprises and the production efficiency, promots the manufacture level of the enterprise, and will play a more and more important role in the industrial production.

Key words:numerical control technology， CAM software， actual production application

收稿日期：2015-04-07

作者簡介：周銳(1981-)，男，工程師，大學本科，主要從事鐵路用機電類產品設計和工藝等方面的研究。

中圖分類號：TH 164

文獻標志碼:B