数控加工技术课程 模块五 CAD/CAM技术基础

    

模块五 CAD/CAM技术基础

  CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)与PDM(产品数据管理)构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。对于制造行业,设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。

  CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现(Digital Representation and Presentation)的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述,象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型;而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。

  CAD的概念不仅仅是体现在辅助制图(图形实现)方面,它更主要地起到了设计助手的作用,帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性,从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本,增强行业竞争能力。

   CAM与CAD密不可分,甚至比CAD应用得更为广泛。几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。随着对产品质量要求的不断提高,要高效地制造高精度的产品,CAM技术不可或缺。设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。另一方面,数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。所以,在实际应用中,二者很自然地紧密结合起来,形成CAD/CAM系统,在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据,即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型,形成数控加工机床所需的信息。CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期,显著地提高产品质量,产生了巨大的经济效益。

   CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功,采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位,立刻投入批量生产。飞机出厂后直接交付客户使用,故障返修率几乎为零。媒介宣传中称之为"无纸设计",而波音公司本身认为,这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。

5.1 CAD/CAM技术特点

  针对企业从设计到制造整个过程的CAD/CAM 软件解决方案,一般都具备以下技术特点:

1、产品开发的集成

  一个完全集成的 CAD/CAM 软件,能辅助工程师从概念设计到功能工程分析到制造的整个产品开发过程,如图5.1所示。

图5.1 CAD/CAM 工作流程

2、相关性

  通过应用主模型方法,使从设计到制造所有应用相关联,如图5.2所示。

图5.2 主模型方法

3、并行协作

  通过使用主模型,产品数据管理 PDM ,产品可视化(PV)以及杠杆运用Internet技术,支持扩展企业范围的并行协作,如图5.3。

图5.3 并行协作

5.2 CAD/CAM软件分类

  CAD/CAM技术经过几十年的发展,先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代,每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在,工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位,并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。

1、高档CAD/CAM软件

  高档CAM软件的代表有Unigraphics、I-DEAS /Pro/Engineer、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起,加工方式完备,计算准确,实用性强,可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面,并可以对数控加工过程进行自动控制和优化,同时提供了二次开发工具允许用户扩展UG的功能。是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CAM软件。

2、中档CAD/CAM软件

  CIMATRON是中档CAD/CAM软件的代表。这类软件实用性强,提供了比较灵活的用户界面,优良的三维造型、工程绘图,全面的数控加工,各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。

3、相对独立的CAM软件

  相对独立的CAM系统有Mastercam、Surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用在中小企业的模具行业。

4、国内CAD/CAM软件

  国内CAD/CAM软件的代表有CAXA-ME、金银花系统等。这类软件是面向机械制造业自主开发的中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件,具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能。这些软件价格便宜,主要面向中小企业,符合我国国情和标准,所以受到了广泛的欢迎,赢得了越来越大的市场份额。

5.3 CAD/CAM技术的发展趋势

1、集成化

  集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来,用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理,保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。国内外大量的经验表明,CAD系统的效益往往不是从其本身,而是通过CAM和PPC系统体现出来;反过来,CAM系统如果没有CAD系统的支持,花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用;PPC系统如果没有CAD和CAM的支持,既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据,订出的计划也较难贯彻执行,所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此,人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起,从而消除"自动化孤岛",取得最佳的效益。

2、网络化

  21世纪网络将全球化,制造业也将全球化,从获取需求信息,到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造,直至营销,整个生产过程也将全球化。CAD/CAM系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统;能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统;能开发自动化系统,产生和优化工作计划和车间级控制,支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统;对生产过程中物流,能进行管理的物料管理应用系统等。

3、智能化

人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入,发展专家CAD系统。专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面,更可靠的指导。应用这些实例和启发准则,根据设计的目标不断缩小探索的范围,使问题得到解决。

5.4 MASTERCAM的应用

第一节 Mastercam系统特性概述

Mastercam是美国专业从事计算机数控程序设计专业化的公司CNC Software INC研制出来的一套计算机辅助制造系统软件。它将CAD和CAM这两大功能综合在一起,是我国目前十分流行的CAD/CAM系统软件。它有以下特点:

(1) Mastercam除了可产生NC程序外,本身也具有CAD功能(2D、3D、图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能)可直接在系统上制图并转换成NC加工程序,也可将用其他绘图软件绘好的图形,经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件(Drawing Exchange File)、CADL文件(CADkey Advanced Design Language)及IGES文件(Initial Graphic Exchange Specification)等转换到Mastercam中,再生成数控加工程序。

(2) Mastercam是一套以图形驱动的软件,应用广泛,操作方便,而且它能同时提供适合目前国际上通用的各种数控系统的后置处理程序文件。以便将刀具路径文件(NCI)转换成相应的CNC控制器上所使用数控加工程序(NC代码)。如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等数控系统。

(3) Mastercam能预先依据使用者定义的刀具、进给率、转速等,模拟刀具路径和计算加工时间,也可从NC加工程序(NC代码)转换成刀具路径图。

(4) Mastercam系统设有刀具库及材料库,能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给率、转速等加工参数。

(5) 提供RS-232C接口通讯功能及DNC功能。

第二节 系统界面

Mastercam系统在Windows下完成安装后,被自动设置Start\Programs\Mastercam菜单中,因此,在Mastercam菜单用鼠标选取Mill7图标(假定使用的是Mastercam Version 7.0),即自动进入Mastercam系统的主界面,如图5.4,主界面分为四个功能区:主功能表区、第二功能表区、绘图(图形显示)区、信息输入/输出区。

图5.4系统界面

(1)系统界面主功能表简要说明:

1)A分析:显示屏幕上的点、线、面及尺寸标注等资料;

2) C绘图:绘制点、线、弧、Spline曲线、矩形、曲面等;

3)F文件:存取、浏览几何图形、屏幕显示、打印、传输、转换、删除文件等;

4) M修整:可用倒圆角、修整、打断和连接等功能去修改屏幕上的几何图形;

5) D删除:用于删除屏幕或系统图形文件中的图形元素;

6) S屏幕:用来设置Mastercam系统及其显示的状态;

7) T刀具路径:用轮廓、型腔和孔等指令产生NC刀具路径;

8) N公用管理:修改和处理刀具路径;

9)E离开系统:退出Mastercam系统,回到Windows;

10)上层功能表:回到前一页目录;

11)主功能):返回主功能表(最上层目录)。

(2)第二功能表简要说明

1)标示变数:用来设定标注尺寸的参数;

2) Z(工作深度):用来设定绘图平面的工作深度。当绘图平面设定为3D时,设定的工作深度被忽略不计;

3)颜色:设定系统目前所使用的绘图颜色;

4)图层:设定系统目前所使用的图层;

5)限定层:指定使用的图层,关掉非指定的图层的使用权。当设定为OFF时,全部的图层均可使用。

6)刀具平面:设定一个刀具面;

7)构图面:用来定义目前所要使用的绘图平面;

8)视角:定义目前显示于屏幕上的视图角度。

第三节 系统流程图

Mastercam系统流程图见图5.5。

图5.5 Mastercam系统流程图

第四节 Mastercam软件典型应用实例

平面类零件加工实例

图5.6 零件形状

1)绘制外轮廓(图5.6)

选择:绘图

选择:矩形

选择:中心点

输入:0,0

输入:120

输入:120

从鼠标右键快捷菜单中选择: 适度化

回主功能表。

2)绘制凸台(图5.6)

选择:绘图

选择:矩形

选择:中心点

输入:0,0

输入:30

输入:20

回主功能表。

3)绘制槽轮廓(5.6)

选择:绘图

选择:圆弧

选择:点半径圆

选择:中心点

输入:0,0

输入:50

回主功能表。

4)生成刀具路径

选择:刀具路径

选择:挖槽加工

输入: 文件名

选择:保存

选择:串连

从图上选择 R40圆

从图上选择 30X20矩形

选择:执行

图5.7工艺参数对话框

出现图5.7:挖槽工艺参数对话框

输入: 刀具直径10;程式号码0001;起始值10;增量2;冷却液M08;进给率200;Z轴进给率 100;回缩速率 1000;

选择标签:挖槽参数

输入:G00下刀位置 5;最后切深度 –20

选择:分层铣削

输入:MAX ROUGH(每层切深0,0) 4

选择:OK

选择标签:粗加工/精加工参数

选择:双向切削

输入:刀具直径百分比 45

选择:确定

生成刀具路径 见图5.8。

图5.8刀具路径图

5)生成数控加工程序。

选择:操作管理

选择:后处理(图5.9)

图5.9数控加工程序

2、曲面类零件加工实例

1)绘制半球面截面(图5.10)

图5.10半球面截面

选择:绘图

选择:圆弧

选择:极坐标

选择:中心点

输入:0,0

输入:25

输入:-90

输入:90

从鼠标右键快捷菜单中选择 适度化

回主功能表

2)绘制旋转轴(图5.10)

选择:绘图

选择:线

选择:任意线段

从图上选择圆弧的两端点

3)绘制圆弧面

选择:绘图

选择:曲面

选择:旋转曲面

从图上选择圆弧

选择:执行

从图上选择旋转轴 注意图上箭头沿Z向

输入:起始角度 0

输入:终止角度 180。

4)绘制牵引面截面(图5.11)

选择:构图面

选择:前视图

选择:视角

选择:前视图

选择:绘图

选择:线

选择:连续线段

输入:-15,0

输入:-15,15

输入:15,15

输入:15,0

回主功能表

选择:修整

选择:倒圆角

选择:半径值

输入:10

从图上选择圆角的两个直边。

图5.11牵引面截面

图5.12绘制完成曲面图

5)绘制牵引面(图5.12)

选择:绘图

选择:曲面

选择:牵引曲面

从图上选择截面线

选择:执行

输入:指定长度 40

选择:执行

图5.13修整曲面

6)修整曲面(图5.13)

选择:修整

选择:修剪延伸

选择:曲面

选择:修整至曲面

选择:从图上选择圆弧面

选择:执行

从图上选择牵引曲面

选择:执行

选择:执行

从图上选择要保留的部分。

7)生成刀具路径

选择:刀具路径

选择:曲面加工

选择:精加工

选择:外形加工

选择:保存

选择:所有的

选择:曲面

选择:执行

输入:刀具直径10;程式号码 0002;起始值10;增量2;冷却液M08;进给率200;Z轴进给率 100;回缩速率 1000(图5.14)

选择:确定,出现图5.15。

图5.14曲面加工工艺参数设置对话框

图5.15曲面加工刀具路径

8)生成数控加工程序。

选择:操作管理

选择:后处理。

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     收录时间:2016-04-04 12:48 来源:马棚网  作者:匿名
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