數控加工中CAD/CAM軟件應用分析

楊建勛

（四川省服裝藝術學校，四川 南充637000）

目前，隨著現代科技的不斷發展，使得像手工模型、零件的加工等較為傳統的模型生產方法已無法滿足實際的發展要求。在CNC加工中，加工軟件的準備是基本工作，但是CNC加工軟件的制備通常很復雜，并且對復雜工件和單個零件的生產時編程工作量很大，導致生產效率低下。因此，將CAD/CAM軟件與CNC加工技術相結合，可以節省大量的設計和生產時間，而且提高了零件加工的精度和速度，極大地促進了制造業的發展。

1 CAD/CAM技術和數控加工技術

1.1 數控加工技術

目前的數控加工技術就是將多種技術組合，包括：機械處理技術、計算機技術、電子技術、自動控制技術以及檢測技術等。這是一種新型的機械生產技術，發展速度較快，在機械制造行業中發揮其重要作用。專注CNC技術的CNC機床和CNC生產機械技術代表了最先進的自動化一體化技術。

1.2 CAD/CAM技術

CAD是計算機輔助設計。該技術可以處理CAM零件的模型并滿足設計需求，如圖1所示。在判斷CAD系統的性能時，主要基于其設計功能以及是否可以有效地進行設計。現如今使用最為廣泛的就是自動設計以及交互設計這兩種CAD技術。自動設計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品結構的標準化生產。而交互設計具有更大的靈活性，可以更好地顯示員工的創造力，但是這種方法效率較低。

圖1 CAD/CAM軟件技術的應用

2 CAD/CAM軟件應用于數控加工的過程

2.1 CAD幾何建模

根據零件的結構、尺寸和其他信息，執行穩定的幾何建模。它可以是三維模型或平面模型。將DXF形式的文件按照對應的比例進行存儲，并進行數控加工。

2.2 數控工藝生產

根據CAD子系統提供的相關數據，該模塊完成CNC零件加工過程的各種任務，包括自動加工方法選擇、機床選擇、夾具選擇、刀具選擇、測量工具選擇，為每個功能選擇切割參數并進行固定，CAM軟件將自動生成用于選擇程序、加工補償分配和自動加工尺寸分辨率等的刀具路徑。

2.3 后置處理和數控程序生成

在CNC加工中，最為重要的一個環節就是后置處理。其主要任務是將由CAM軟件預處理生成的刀具軌跡和過程參數，轉換為特定機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 數控加工

生成程序后，必須將接收到的CNC代碼傳輸到CNC機床上，以運行機床首先執行仿真處理。如果不能滿足加工要求，則必須更正原始的NC程序，并再次執行數控加工仿真，經確定準確無誤后，將毛坯進行安裝，這時機床就可對合格的零件進行加工。

3 CAD/CAM對機床數控加工系統的影響

3.1 對零件制造輪廓插補功能的影響

輪廓插補功能是零件生產過程中機床零件輪廓加工的主要過程。機器制造過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。每個功能都有其自己的控制模型，因此數字機床軟件控制系統更加復雜。在零件加工過程中，每個對象的輪廓都可以用細的直線代替，因此CNC系統僅需安裝線性輪廓補償系統即可完成機械零件的加工。集成的CAD/CAM系統可以逼近零件的任何小輪廓并編譯包含數字代碼的加工程序。

3.2 CAD/CAM一體化系統對刀具補償功能的影響

刀具補償功能是機床數控系統中最重要的功能之一。手動編程車輛補償功能時，左右設置刀具半徑補償，使用G40取消車輛半徑補償，使用G43、G44設置正負零件長度補償，使用G49取消長度補償功能。在零件加工過程中，補償功能被轉換為數字代碼。輸入相關代碼后，機床CNC系統將自動終止刀具補償操作。集成的CAD/CAM系統可以執行刀具補償功能，而無需編譯相關代碼。

3.3 CAD/CAM一體化系統對其他數控加工技術的影響

機床的數控加工系統中有很多固定循環功能，包括簡單循環功能、多個固定循環功能、孔循環功能和鉆削循環功能。為了進行零件加工，可利用CAD/CAM系統的集成功能對零件的模型系統進行調整。

CAD/CAM一體化系統對于機床數控系統還有以下兩個方面的影響：

（1）集成的CAD/CAM系統可以將許多系統功能有機地組合到機床的數控系統中，從而可以使用的更加方便，并與時代的發展相符合。

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

4 CAD/CAM軟件加工實例的研究

4.1 CAXA軟件加工應用實例

本零件用于對勞動部數控工藝員（數銑）的培訓考試，從實體建模的角度來看，由于存在由6個圓弧組成的5個槽，因此初步的二維建模更加復雜。因此，我們選擇CAXA軟件進行樣式設計。由于CAXA 2D建模功能可與專業的AutoCAD 2D軟件相媲美，因此其建模過程將比其他軟件更簡單。使用CAXA軟件對模型進行建模，并自動生成NC代碼，然后將其輸入到NC處理中心，以獲取勞動部數控技術員（數控機床）的培訓和考試用件。具體如圖2所示。

圖2

在加工該零件時，應注意以下問題：（1）毛坯必須在加工中心處擰緊并固定，以免在加工過程中引起工作臺與工作臺之間的移位和移動；（2）毛坯件的設定方向應與加工時的工作坐標方向一致；（3）在固定過程中，將加工零件的參考方向與數控機床的參考方向相連接的過程，即對準過程；（4）進行對刀操作，對刀操作的目的是通過刀具與工具來確定工件坐標系和機床坐標系之間的空間位置的關系，并在以下位置輸入刀具的操作數據并于相關的位置對應。對刀分為X、Y向對刀和Z向對刀；（5）輸入和修改刀具補償值，根據偏移量數據的正確性，根據刀具的大小和當前位置，在對應程序的存儲位置輸入正確的刀具半徑補償值和刀具長度補償值，符號的不正確性和數據地址的不正確性將對處理過程中的正確性帶來威脅，從而導致沖突或刪除處理的風險。

總結和分析自動化編程和處理零件的質量，得出以下結論：CAXA作為具有自主知識產權的CAD/CAM軟件，在中國具有強大的二維繪圖能力和強大的三維建模能力。但是，數控加工能力相對較弱。對于具有復雜形狀和結構的非模具零件，可以首先使用CAXA軟件。CAXA軟件具有中文界面，對于英語基礎較差的人來說更易于學習和使用。

4.2 Cimatron軟件加工應用實例

本部分來自工程實踐。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。對尺寸公差，形狀公差和表面質量的要求相對較高。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。

總結和分析自動化編程和處理工作流程的質量，得出以下結論：與CAXA相比，Cimatron軟件具有較差的二維繪圖功能和相對簡單的建模功能，但在CNC加工和軌跡控制工具中具有強大的功能。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，尤其是在加工復雜曲面形狀時，可以將其視為功能強大的CNC加工軟件。在設計和加工模具時，應可能首先考慮使用Cimatron軟件。

4.3 Type3軟件加工應用實例

根據零件的繪圖特性，我們使用具有浮雕功能的Type3軟件來標記字母的外圓和一部分，即借助Type3軟件，使用CNC代碼來標記雕刻和銑削的一部分流程自動生成，然后轉移到四軸CNC加工中心進行雕刻和銑削。本文僅分析和研究標記部分的雕刻和銑削過程。

通過對自動編程和加工零件質量的總結和分析，得出以下結論：作為專用于雕刻和銑削的軟件，Type3軟件的最大優勢在于數學加工方法簡單，可將復雜圓周的三維圖擴展為二維平面，簡化了樣式設計過程，可以直接導入AutoCAD工程圖以完成建模。數控生成的程序相對簡單實用，適用于圖案、標志等的平面雕刻、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 結束語

在科技不斷進步的今天，CNC加工中廣泛地采用了CAD/CAM軟件。該程序將微機和CNC機床結合在一個面向車間的系統中，這在很大程度上提升了設計的效率和質量，將CNC機床的優勢盡可能地發揮出來，同時使得總體的生產效率和質量也得到提升，實現了系統集成與設計生產的一體化。在制造行業的數字化發展中，CAD/CAM和CNC技術是其中最為關鍵的兩種技術，將二者有機地結合起來以實現互補功能，可有效地促進現代制造業的發展。在此基礎上，了解CAD/CAM軟件的具體內容以及該技術在CNC加工中的重要作用，并廣泛應用該技術，可以更好地提高工業生產效率，確保工業生產質量，這在我國的工業發展中非常重要，因此我們需要加強對這項技術的深入研究。