CAD,CAM软件技术及其在数控机床中的应用.pdf

CAD,CAMCAD,CAM软件技术及其在数控机床中的应用软件技术及其在数控机床中的应用介绍了 CAD/CAM 及其软件产品,并结合数控机床,全面叙述了在加工过程中使用CAD/CAM 软件的流程步骤,适用范围与各模块在加工过程中的重要作用,提出了数据文件转换中的问题与解决方法与数控加工 CAD/CAM 集成系统的开发,概述了网络化的进展趋势。计算机辅助设计及制造(CAD/CAM)技术已经越来越多地应用在数控加工领域,CAD/CAM 软件技术也在飞速进展,出现了很多的软件产品,这些产品根据自身的开发档次及其适用度,被广泛应用在不一致加工场合,大大节约了设计制造的时间周期,并在一定程度上提高了精度与速度。1 1数控机床与数控机床与 CAD/CAMCAD/CAM数控技术是机械加工技术,微电子技术、监控检测技术、计算机技术、自动操纵技术等多种学科的集成,是一门新兴而又进展十分迅速的高新技术,对机电工业及国民经济的进展具有十分重要的作用。同时,数控技术也是进展自动化技术的基础。以数控技术为核心的数控机床、加工中心是具有代表性的、高水平的机电一体化产品,代表了当今世界自动化技术进展的前沿。现代数控系统,使用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度与电流都实现数字化,作为伺服操纵方式也使用了超出往常的操纵理论,实现了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服系统。从世界伺服系统的进展来看,已经经历了步进电机直流伺服电机电机交流伺服电机阶段。目前,国内大部分数控机床没有配备专门的计算机辅助制造软件,因此此课题有很广泛的进展空间。CAD(ComputerAided Design),即计算机辅助设计,在数控加工过程中是一种生产辅助工具,它将计算机高速而精确的运算功能,大容量存储与处理数据的能力,丰富而灵活的图形、文字处理功能与设计者的制造性思维能力、综合分析及逻辑推断能力结合起来,形成一个设计者思想与计算机处理能力紧密配合的系统,大大加快了设计进程。CAD 技术包含下列功能:几何建模、计算分析、仿真与实验、绘图及技术文档生存、工程数据库的管理与共享。CAM(Computer Aided Manufacturing),即计算机辅助制造。CAM 内容广泛,从狭义上讲指的是数控程度的编制,包含刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真与 NC 代码的生成等。计算机辅助设计及制造与数控机床加工结合,是现在数控机床技术应用的主流,能够达到非常理想的加工效果。南京工业大学运动操纵研究所生产的NUT 系列数控雕刻机床使用操纵板卡与 PC 连接,Windows 操作操纵界面操纵数控电机;电气部分使用松下交流伺服系统;数控加工功能:X,Y,Z 三轴联动,最高转速5000 r/min,编码器脉冲输出 16 384 p/r,主轴切割转速可达 15 000 r/min,无级调速;加工最大尺寸:2 400 mm 2 400 mm 120 mm,脉冲当量:01001 mm。使用各类 CAD/CAM 软件将加工思想通过软件的一系列操作生成 G 代码,使用执行操作软件执行代码继而加工成品。南京工业大学运动操纵研究所自行研究设计的 NUT 系列数控机床,结合了雕刻机与各类设计加工软件。从计算机设计、制造到机床的加工大体上为图1流程所示的几个步骤与模块。在这整个的流程中关于软件的要求很多,除了机床的电气运行以外,几乎都离不开计算机的软件制作。关于软件大致又能够分为下列几个部分。(1)设计软件进行零件的绘制,如很流行的绘图软件 AutoCAD与 UC,PRO/E,三维在艺术上的设计软件如 3DMax,Photoshop。这里不仅仅局限于 CAD 软件,也包含能用来实现加工的各类其它软件。(2)制造软件通常指 CAM 软件,最终生成加工代码。大部分的制造软件也具有建模绘图功能。根据制作应用的场合不一致分为二维,二维半与三维 CAM 软件。如:北航海尔的 CAXA,CAXA 制造工程师与 MasterCAM,ArtCAM,Cimatron 等。制造软件生成标准的 G 代码,然后将设计出的思想在机床上加工成型,也就是将 NC 代码送入机床,机床按照指令加工出来,要紧包含设置加工环境,设置加工工序,生成轨迹文件,及后置处理等。(3)执行软件机床执行 NC 代码加工,其要紧工作是计算机与数控机床的通讯,能够通过 COM 接口完成数据串行通讯,或者者通过 LPT 实现并行通讯。这就需要熟悉不一致厂家对其通讯接口应用不一致连线与接口协议。但在实际中,人们往往利用的是操纵板卡即所谓的机床操纵器。这些板卡通过数据线与数控机床进行联系,而与人之间的交互则是由这些板卡提供的软件程序完成,现在大部分的软件程序都是 Windows 界面的,简单易操作,本文把这些软件叫做执行软件,就是根据代码指令指挥机床完成零件加工的软件。如德国的 Editasc,美国的 PMAC 操纵卡及其软件产品,安装这些软件的同时就在系统中加载了运动卡的驱动程序,还可利用这些驱动程序进行二次开发。2 2不一致软件数据间的文件转换不一致软件数据间的文件转换设计制造软件较多,而应用范围各有不一致,因此不一致软件间的交互也是设计者务必考虑到的问题。如,如何将 CAD 软件中设计的模具零件图形输入到CAM 软件中,再根据要求设置刀具参数与刀具路径,利用 CAM 软件自动生成 NC 代码;其它非 CAD 的设计软件的三维模型如何让 CAM 软件识别等。各公司制作设计制造软件时已经考虑到了这个问题,每个软件几乎都有与其它软件的数据转换接口,这些接口就表达在能够进行文件格式转换。这些软件都支持多种文件格式,这样就能够在一种软件中将文件储存或者者导出成其它有关软件支持的文件格式,然后再在有关软件中打开或者者导入这个文件中。然而,这种转换过程也同样分情况的不一致要作适当的调整。比如:很多CAM 软件都同意 dxf 文件,但是 CAD 实体文件以 dxf 格式转化到 CAM 则都务必用CAD 实体图形进行分解;3DMax 文件以 stl 格式转化到 MasterCAM 中同样也需要做一些修正,由于在转化过程中可能会有数据的丢失。这样就需要在两个不一致的软件中寻找一种最好的转换格式。3 3后置处理文件后置处理文件后置处理文件是 CAM 软件特有的一种在 NC 代码生成之前的设置文件。由于没有针对某种数控机床的特定的CAM软件,而每个数控机床对G代码即NC代码的格式要求不一致,对生成 NC 代码起决定作用的是 CAM 软件的后置文件,因此要对其进行适当的调整,以使进入机床 NC 代码能够被识别。后置处理实际上是一个文本编辑处理过程,其作用就是将计算出的刀轨(刀位运动轨迹)以规定的标准格式转化为 NC 代码并输出,此代码再通过软件传输到数控机床的操纵器上,由操纵器按程序语句驱动机床加工。比如,NUT 系列数控机床用于电气试验时,执行软件识别的 G 代码为 G00,G01,因此 CAXA 设计中在生成 G 代码之前要进行如下的设置:(1)“应用”“后置处理”“后置设置”里的“后置处理设置”中有个“后置文件扩展名:改为 1nc;(2)“后置处理设置”中将 G00,G01,之外的语句去掉;(3)将生成文件的头语句与结尾语句去掉;而在用 ArtCAM 生成 G 代码时要在ArtCAM 的后置文件Axyz1con 中将所有不需要的机床执行软件不是不识别语句前全部用“;”屏蔽即可。使用MasterCAM则要在其“后处理程序”窗体中改变后缀名为1PST的文件,并对该文件也要做相应修改,删除不识别的语句说明,这样在生成的 NC 代码文件中就不可能出现此类语句。4 4CAD/CAMCAD/CAM 的集成系统的集成系统随着 CAD/CAM 技术与计算机技术的进展,人们不再满足于这两者的独立进展,从而出现了 CAM 与 CAD 的组合,马上两者集成(一体化),这样以习惯设计与制造自动化的要求,特别是近年来出现的计算机集成制造系统(CIMS)的要求。这种一体化结合可使在CAD中设计生成的零件信息自动转换成CAM所需要的输入信息,防止了信息数据的丢失。产品设计、工艺规程设计与产品加工制造集成于一个系统中,提高了生产效率。因此,我们在数控加工应用中开发出数控加工CAD/CAM 集成系统,集成系统就省去了中间繁琐的数据转换过程。CAD/CAM 集成的关键是信息的交换与共享,如 UGII、Euclid、Pro/E 等,在集成软件内部是以内部统一的数据格式直接从 CAD 系统获取产品几何模型。目前许多三维 CAD/CAM软件提供实体设计模块与软件包。我们利用的是 UG 与 Pro/E 的实体建模功能,包含零件的几何形状,尺寸与技术要求;然后利用 Pro/E 特有的 CAM 软件包,建立起刀具库,完成对产品的工艺参数;最后通过软件包的翻译文件将刀具轨迹文件翻译成 G 代码,进入执行软件进行机床加工过程。利用高级语言 VC 完成将软件包及有关驱动集成的过程。集成 CAD/CAM 系统的模块仍然为图 1 所示。5 5结束语结束语计算机的进展及软件业的进展,推动着计算机辅助设计软件的不断改进。CAD/CAM 技术正向着开放、集成、智能与标准化的方向进展,在数控机床上的运用越来越广泛,以 PC 技术为基础的 DNC 开放式系统成为软件的进展方向,而且在这个网络无所不渗透的时代,CAD/CAM 的技术也在网络化进展,借助 PC 技术能够方便的实现网络化通讯,能够高效地满足生产的需求。比如在高校的实验室,实验设备的网络共享是极为迫切的,利用网络技术与 CAD/CAM 技术的结合,建立CAD/CAM 设计代码传输机床执行网络监控整条流程的共享,可实现全部师生共享几台甚至一台数控机床,充分利用设备,大大节约了资金与时间。