CAD／CAM 技術在數控加工中的應用

摘要：計算機輔助設計技術（CAD技術）以及計算機輔助制造技術（CAM技術）均屬于數控專業(yè)中的主要技術，它們在數控加工領域被廣泛應用;對這兩項技術進行合理使用，可以促使機床加工難度大幅降低，且顯著提升零件精度，能夠為機械行業(yè)整體發(fā)展提供重要基礎。為了進一步優(yōu)化CAD/CAM技術在數控加工過程中的應用效果，文章對其應用策略進行了分析，以供參考。

關鍵詞：CAD技術;CAM技術;數控加工

中圖法分類號：TG695文獻標識碼：A

Application of CAD/CAM technology in NC machining

LIANG Chaolin

（Guangxi Technician College Mechinery &.Electricity，Liuzhou，Guangxi，545005，China）

Abstract：Computer-aided design technology（CAD）and computer-aided manufacturing technology （CAM） are the main technologies in the CNC profession.They are widely used in the field of CNC machining. The rational use of the two technologies can greatly reduce the difficulty of machine tool processing， and the accuracy of parts is significantly improved， which can provide an important foundation for the overall development of the machinery industry. In order to further optimize the application effect of CAD/CAM technology in the CNC machining process， the article analyzes its application strategy for reference.

Key words： CAD technology，CAM technology，NC machining

當代制造行業(yè)高速發(fā)展，數控機床工業(yè)不斷進步，但是數控機床的操作難度較大，相應的編程工作強度也較大，所以數控機床的實際應用效率難以得到顯著提升。將 CAD/CAM 技術進行結合，能夠在縮減設計時間的前提下，促使設計精度得到提升，并逐漸實現(xiàn)制造業(yè)發(fā)展速度的提升。

1? CAD/CAM 技術

（1）CAD 技術

CAD 技術即計算機輔助設計技術，其可以借助計算機開展圖形處理工作，并為相關工作人員的常規(guī)工作提供便利。從工程設計工作的角度出發(fā)，應用信息技術有利于降低相關工作的強度，還可開展數據對比分析工作，不論是圖片還是數據，均可由計算機統(tǒng)一存儲和管理，并提升檢索速度。而且在設計工作的初期階段，各項復雜的工作均可由計算機開展，并自動生成結果，更有利于工作人員對設計可行性進行判斷。應用計算機進行圖形編輯，可以幫助工作人員節(jié)約精力，以提升設計工作的質量和效率。從整體上來看，CAD 技術可以對既符合設計要求又適合進行CAM 生產制造的零件模型進行設計，其屬于一種應用效果良好的設計工具，可以根據參數開展設計工作，還可實現(xiàn)二維工程圖形與三維實體模型之間的轉換及關聯(lián)。同時，其中含有圖形文件接口，可針對多種類型的圖形文件進行轉換，既可以讀取其他系統(tǒng)之中的圖形文件，也可將自身圖形文件傳輸至其他系統(tǒng)之中[1 ]。

（2）CAM 技術

CAM 技術即計算機輔助制造技術，其核心在于計算機數字控制，可將 CMM 技術應用于工程領域以及制造生產領域，借助軟件分析的形式對系統(tǒng)功能進行確認，以提升系統(tǒng)整體處理能力。在對 CAM 技術進行應用的過程中，需要全面應用計算機，該技術主要為機械加工工藝服務，以數控加工為主，零件工藝路線以及相應的工具內容為輸入信息，輸出信息則為加工過程中刀具運動軌跡以及相關數控程序[2]。

如果 CAM 系統(tǒng)的規(guī)模較大，則能夠以分級結構的形式出現(xiàn)，其包含兩級計算機和三級計算機，另有一臺中央計算機對整體進行控制，中央計算機之下為主計算機，各主計算機分管不同方面的工作，主計算機的下屬計算機和微型計算機對指令進行發(fā)布或是開展監(jiān)控工作。另外，計算機工作站和微型計算機負責落實控制工作和管理工作。并且，CAM 系統(tǒng)包含硬件及軟件兩個部分，硬件部分主要為數控機床、裝卸裝置、檢測裝置、輸送裝置以及計算機等;軟件部分主要為數據庫、計算機輔助數控程序編制、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助工裝設計、計算機輔助質量控制以及計算機輔助作業(yè)計劃編制與調度等。如廣西機電技師學院在開展數控加工教學中，通過對 CAM 技術的應用，實現(xiàn)了交互式編程教學。其中，主要包括刀具設定、加工規(guī)劃以及工藝參數設置等內容，有效優(yōu)化了教學效果。

2? 數控技術與 CAD/CAM 技術一體化

（1）數控技術和數控機床

數控機床是自動化機床的一部分，一般需要以邏輯原理為基礎，對控制編碼進行編寫，以實現(xiàn)數控機床的控制，同時需借助代碼為信息載體輸入質量提供保障，再采用合理的運算方式實現(xiàn)各個信號的控制。對于機床動作控制工作來說，可以根據圖紙內容或實際圖形尺寸，由數控機床自動進行零件加工，且可對零件的復雜性以及精度進行優(yōu)化，使零件加工工作的質量和效率均得到提升，從而更有利于推動機床控制技術的良好發(fā)展。

數控技術是一種特殊的機械加工技術，由監(jiān)控檢測技術以及微電子技術構成，能夠呈現(xiàn)出技術集成特點，當前已經在工業(yè)領域被廣泛應用。為推動數控技術的應用和發(fā)展，需以自動化技術為基礎。在高性能一體化產品的研發(fā)中，需要提升工業(yè)產能，并保障加工精度，從而為產品質量提供保障[3]。在現(xiàn)代化的數控系統(tǒng)之中，需要充分應用伺服系統(tǒng)，且需要明確系統(tǒng)之中電機的位置以及電流的速度，并采用相應控制手段來保障機床數控系統(tǒng)的生產效果。另外，若要為軟件編程人員提供優(yōu)質的工作環(huán)境，需要彌補數控系統(tǒng)的缺陷，以提升故障診斷速度，最終提升數控機床的加工能力，并縮短加工時間。

（2）CAD/CAM 技術一體化

在實現(xiàn) CAD/CAM 技術一體化的過程中，需要通過精準鍛件構建起相應的3D 模型，其中包含“模具設計”以及“有限元模型分析”兩個部分，并可借助精準軟件測量實現(xiàn)3D 模型的實時傳遞，從而避免由二維圖紙傳遞所導致的信息準確度不高的情況出現(xiàn)，進而更加有利于產品生產效果與設計方案相匹配[4]。

在對 CAD/CAM 技術進行應用時，需要同時獲得數控加工設備以及相應工作站的支持，開展測量工作以 CAD 軟件為主。當前，多數 CAD 軟件具有輸出通用文件格式的功能，有利于保障 CAD/CAM 技術的一致性。其中，具體冠用材料參數如表1 所列。

從整體上來看，CAD/CAM 技術包含以下優(yōu)勢：開展模型設計工作時，可提升軟件檢測的精準度以及提升模型的封閉性;開展3D 模型設計工作時，能夠為精準鍛煉提供適宜的空間，并有效解決模型錯誤問題;對健全的3D 模型進行構建時，可以對信息傳遞過程中存在的缺陷進行有效彌補，消除信息傳遞錯誤，同時可明確模型往返次數，并保障交貨周期與限制標準相匹配。

3? CAD/CAM 技術的數控加工程序設計

在應用 CAD/CAM 技術進行數控加工時，需要應用計算機軟件落實數控編程工作，如3D Max 和 UG 等，這些軟件均具有強大的功能，可以實現(xiàn)三維立體建模的設計、機械制造加工的仿真處理，還可直接生成數控程序，之后，即可進入數控加工操作階段[5]。

從整體上來看，利用計算機軟件進行數控編程，主要包含以下步驟：（1）為零件建模，在建模過程中，需要采用實體建模的模式，為零件設計工作打下堅實的基礎;（2）完成建模后，應進行零件設計，設計人員可以使用計算機軟件對零件設計效果進行優(yōu)化，且為了保障設計的合理性以及準確性，還需要對相關軟件進行充分應用，遵循“先整體后部分”的設計原則。首先完成零件輪廓的設計，再逐漸填充各個細節(jié)，且在此過程中，需要應用計算機軟件中的曲線、直線、切除、拉伸等功能。完成零件設計后，還應通過軟件模擬拼接各個零件，以展現(xiàn)整體設計效果;（3）對零件的參數進行標記，應明確各項參數對于整體設計有無不良影響，若有不良影響，應及時根據實際情況修正參數，從而保障后續(xù)的加工效果;（4）借助計算機軟件進行仿真加工，即針對完成設計的模型進行仿真加工，以明確工藝應用效果，因為在仿真加工過程中不需應用實體材料，所以可以避免出現(xiàn)原料浪費的情況;（5） 借助計算機軟件生成數控加工程序，在完成仿真加工之后，應用計算機軟件將程序文件直接導出即可，無須編寫新程序。

為了提升程序文件的利用效率，需要以互聯(lián)網技術為基礎，構建一套具有三個層級的信息通信機制，即應用層、服務層和數據庫層。應用層主要負責提供與生產加工相關的控制信息，以落實信息交互工作，在此過程中，需要將遠程服務作為基礎;服務層能夠借助網絡對相關信息進行接收，并對應用層下達的操作指令及時做出響應，同時可以查詢和合理調用已經接收的信息，對其進行應用時，需要以公共對象請求代理體系結構為基礎;利用數據庫層能夠開展數據控制文件、工藝信息、機械制造資源存儲等各項工作，且可借助Java 數據庫的支持，直接對數據庫內容進行訪問。

4? CAD/CAM 技術的數控加工過程

在開展數控加工工作的過程中，若要對 CAD/ CAM 技術進行充分應用，則須充分了解總體框圖。同時，為了提升數控加工效率，需要利用 CAD 構建數據模型，并將其與 CAM 技術充分結合。

（1）CAD 結合建模

通過應用 CAD/CAM 技術，可以對現(xiàn)實物體進行屬性轉化，并將相關數據輸入計算機，以落實計算機的全方位分析工作。在進行產品定義時，需要利用計算機構建完善的數字信息及模型，并以此為基礎，對產品信息源頭進行確認，方能落實產品設計工作。同時，生成相應的圖紙，以提升數控加工的仿真效果，從而減少外界因素的干擾。在開展生產管理工作的過程中，需要獲取產品的各項參數，應用信息參數方能推動制造業(yè)發(fā)展，并可以充分發(fā)揮 CAD/CAM 技術的各項優(yōu)勢。另外，在掌握零件結構和尺寸的基礎上，還需選用適宜的比例構建起實體幾何模型，并使用磁盤保存相關數據，從而為數控加工工作提供參考。

（2）數控工藝生產

以 CAD 系統(tǒng)的相關數據為基礎，完成零件加工后，還需對各項任務的基本情況進行充分了解，并保障選擇方案余量的預留完全合理，之后根據設備尺寸進行自動求解。對 CAM 軟件進行應用時，應該及時掌握刀具軌跡，并下達正確的連接命令，有效實現(xiàn)刀具軌跡的首尾連接，從而提升機床作業(yè)效果。對刀位數據進行獲取時，需要掌握刀位的中心軌跡和刀具的具體姿態(tài)，并根據系統(tǒng)特征開展計算工作，從而保障數據獲取過程的穩(wěn)定。

（3）數控程序生成及加工方式

為了合理處理刀位數據，需要將數控機床的具體控制條件作為依據，對刀位數據以及相應的輔助信息進行合理調用。在利用數控機床加工零部件的過程中，需要以系統(tǒng)中的各項指令及程序特點為依據，提升加工質量，并將數據直接輸送至數控系統(tǒng)，在系統(tǒng)生成 NC 代碼后，還需及時進行三維圖像仿真，并借助數控機床驗證數據來降低加工誤差率。另外，還應該通過 NC 程序對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行查看，如果加工過程中存在異常情況，應及時對 NC 程序進行調整，以提升數控加工質量和效率。

5? 未來發(fā)展趨勢

CAD/CAM 技術在發(fā)展過程中呈現(xiàn)出了集成化的特點。由此，系統(tǒng)數據可以實現(xiàn)穩(wěn)定傳輸，各程序的運行穩(wěn)定性也得到顯著提升。若將 CAD 技術與 CAM 技術進行充分融合，則有利于打破“信息孤島”，從而提升整體工作效率。

6? 結語

隨著現(xiàn)代經濟快速發(fā)展，相關行業(yè)對數控加工提出了更高的要求。與此同時，CAD/CAM 技術的應用越來越廣泛，所以需要明確其發(fā)展趨勢，以提升 CAD/CAM 技術的應用效果。

參考文獻：

[1 ] 黃韶煒.CAD/CAM 技術在數控加工中的運用研究[ J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2021，57（12）：37?39.

[2] 蔣建衛(wèi).CAD/CAM 技術在數控加工中的應用探討[ J].科學中國人，2015（ 26）：26.

[3 ] 王承剛.機械制造及自動化的認識和體會[J].中國設備工程，2019（2）：198?199.

[4] 譚洪.CAD/CAM 技術在數控加工中的應用[ J].科技創(chuàng)新導報，2011 （30）：20+22.

[5 ] 張旻.自動化技術在機械設計制造中的應用探析[J].中國設備工程，2021（ 24）：226?227.

作者簡介：

梁超林（1978—） ，本科，一級實習指導教師，研究方向：數控加工技術。