CAD/CAM一體化設計研究

[摘 要]隨著社會和經濟的快速發展，在生產加工等制造業領域對實用型人才需求逐步增大，要求也在逐步嚴格化，這對高等職業技術教育機械加工類專業的人才教育提出了更好要求。在數控操作方面，技術的領先及人才的培訓，可以滿足企業及崗位的需要，基于此，筆者在本文重點研究CAD/CAM一體化的設計與探索。

[關鍵詞]CAD/CAM；數控技術；設計與探索

一、研究背景

現階段，幾乎所有品種的機床都實現了數控化，數控技術已成為制造業實現自動化的基礎技術，現代的CAD/CAM， FMS， CIMS、敏捷制造和智能制造等，都是建立在數控技術之上的。它不僅是提高產品質量和勞動生產率必不可少的物質手段，而且以它為基礎的相關產業是關系到國家戰略地位和體現國家綜合國力水平的重要基礎性產業，其技術水平高低已為衡量一個國家工業現代化水平的重要標志。

數控技術的研究開發，數控產品的推廣應用，需要大批高素質的數控專門人才，數控教學和培訓因此處于十分重要的地位。如何培養既懂一定理論知識又具實際操作技能的高素質應用型數控人才一直以來都是人們普遍關注和重視的問題。

二、CAD/ CAM一休化技術及其培訓的重要性

CAD/ CAM（CAX）是針對不同的應用要求開發的工程軟件，彼此之間缺乏相互聯系，不利于開發人員之間的信息交流和設計數據的充分共享。將CAX系統集成為一個有機的整體，即把設計、仿真、制造、裝配等活動集成，由此，CAD系統生成的數據能直接為CAE/ CAM所利用。設計者可以在產品設計階段就充分考慮產品的可加工性以及與制造相關的因素等，盡早發現設計中存在的與制造相關的問題，利用CAM的結果對CAD進行反饋修正，使所設計的零件具有最佳的可制造性。避免傳統設計方法中從設計到制造的單向聯系，在滿足零件功能要求的基礎上有效地改善零件的可制造性。使產品有更佳的結構，零件有更好的可加工性。CAD/CAM一體化使CAM可以直接利用CAD中的數據進行數控自動編程完成產品的加工過程。從而避免了在加工過程中二次輸入零件形狀和加工信息保證了產品數據的唯一性。如果能將數控機床與CAD/ CAM系統連接起來構成聯機系統，實現計算機自動編程，并快速下傳數控程序，實現數控機床的遠程管理或監控，從而完成了從設計到加工的自動化過程，將更能充分發揮數控機床的優越性。

從機械制造自動化發展的方向看，眾多的數控機床必將進入CAD/CAM，即設計一制造生產過程全自動化的高科技生產模式。但在我國CAD和CAM脫節現象嚴重，而且對學生進行CAD/CAM一體化實踐訓練更是無從談起。因此我們在設計了CAD/CAM一體化教學模塊，從CAD圖形繪制、NC代碼自動生成到聯機加工整個過程對學生進行實踐訓練，為學生適應未來機械業的發展打下基礎。

三、CAD/CAM一體化的設計與實現

1.實現CAD/CAM的原理流程

使用AutoCAD繪畫軟件描述工件的形狀并生成圖形文件，在數控加工模擬實驗臺系統中運行一個接口程序和后處理程序，對圖形文件中兒何信息經分析、整理、轉換、計算以提取其圖形特征點數據，存入圖形特征點數據鏈表。對于該數據鏈表，一方面可以對其進行處理，在數控模擬實驗臺用戶界面上重現CAD圖形，以檢查在數據轉換過程中是否造成了圖形失真，另一方面可結合由用戶交互式輸入的零件加工工藝信息，自動生成NC代碼，對NC代碼編譯，進行模擬加工或聯機加工和同步仿真。

2.DXF圖形交換文件結構剖析

雖然AutoCAD有豐富的繪圖編輯功能，并維持著一個十分緊湊、有儲有圖形幾何信息和拓撲信息的數據庫，但用戶難于直接利用其中的數據為了滿足用戶與AutoCAD進行信息交流的需要，AutoCAD提供了兒種典高級語言的接口途徑。其一是DXF圖形交換文件；其二是二進制格式圖形交換文件；其三是IGES格式的圖形交換文件。其中DXF文件（Drawing Interchange File）用ASCII碼順序記錄，讀寫直觀、功能齊全、易于編輯、應用較方便，主要缺點是格式復雜冗長，占用外存較多。利用DXF文件，可以實現AutoCAD與其他高級語言程序之間的數據交換，同樣以DXF文件為媒介，就能在NC機床編程系統中直接利用AutoCAD圖形所記錄的加工零件形狀數據。

（1）DXF文件總體結構。DXF文件結構由順序出現的四大節（section）組成。

標題節（Header section）一一記錄與圖形有關的各種變量設置。

表節（Tables section）一一記錄四種類型的表（線型表、層表、字體表、視圖表）。

塊節（Blocks section）一一記錄圖形中塊的定義信息。

實體節（Entities section）一一記錄組成圖形的實體。

（2）DXF文件實體節構成。實體節中可包含有多個實體，每個實體以組碼0、實體名開始。下一個實體開始標志本實體結束。

（3）生成DXF文件。在AutoCAD中繪制零件圖形，繪圖完后，執行DXFOUT命令，格式為：Command：DXFOUT File name（name or RETURN），即產生一個繪圖交換文件，存盤作為程序的輸入數據文件。

3.CAD圖形接口處理程序設計

因為DXF文件的數據格式與生成NC代碼所需的數據格式有差別。如：在DXF文件中對直線是記錄起點和終點的坐標信息，對圓弧是記錄圓心、半徑、圓弧起始角度和圓弧終止角度，而進行數控代碼編輯時，對于直線加工GO1，因為起點是已知的現時定位點，只需給出直線的終點坐標，同樣，對于圓弧加工G021G03需給出圓弧的終點坐標和圓弧起點相對于圓心的矢量或圓弧的半徑。因此，需對DXF文件的數據進行處理，以適合于數控編程的數據結構存入圖形特征點數據鏈表。

4.自動編程程序設計及其實例

自動編程時，由于在CAD圖形各點的坐標值在DXF文件都以絕對坐標方式表示，因此生成的NC代碼坐標默認為絕對坐標（G90）。本數控模擬實驗臺主要用于教學，其機床為輕便式的三坐標銑床，直接擺放在實驗桌上，一般對蠟質材料加工。為了衛生、經濟和方便，不使用切削液。

四、結語

筆者主要討論了CAD/CAM模塊的程序設計。闡述了數控操作系統的背景，重點敘述了CAD/CAM培訓的重要性，并說明了實現CAD/CAM一體化的原理。進而剖析CAD圖形的DXF圖形交換文件的結構，針對DXF文件數據格式與生成NC代碼所需數據格式的差別，設計CAD圖形接口處理程序。然后對圖形再現和自動編程的程序設計進行了討論并給出程序流程圖，最后提供了自動編程的實例。

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