第一篇：數(shù)控機床應(yīng)用中CADCAM軟件技術(shù)分析

【摘要】分析CAD/CAM技術(shù)在數(shù)控加工過程中的作用，數(shù)控機床在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的地位，介紹CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控機床加工結(jié)合對傳統(tǒng)生產(chǎn)過程的改變及對生產(chǎn)效率提升的意義，以及CAD/CAM軟件在數(shù)控NC程序生成中前處理和后處理的方法。

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【關(guān)鍵詞】數(shù)控機床；CAD；CAM；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

1.引言

隨著計算機技術(shù)的普及，計算機輔助設(shè)計及制造（CAD/CAM）技術(shù)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用在數(shù)控加工領(lǐng)域，手工編程以不能滿足復(fù)雜的曲面零件的程序編制，通過CAD軟件進(jìn)行實體建模、曲面建模，再通過CAM軟件進(jìn)行刀具軌跡處理，完成NC程序編制。

2.數(shù)控機床與CAD/CAM

數(shù)控技術(shù)是機械加工技術(shù)，微電子技術(shù)、監(jiān)控檢測技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)等多種學(xué)科的集成，是一門新興而又發(fā)展十分迅速的高新技術(shù)，對機電行業(yè)及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的作用。同時，數(shù)控技術(shù)也是發(fā)展自動化技術(shù)的基礎(chǔ)。以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù)控機床、加工中心是具有代表性的、高水平的機電一體化產(chǎn)品，代表了當(dāng)今世界自動化技術(shù)發(fā)展的前沿。

CAD（Computer Aided Design），即計算機輔助設(shè)計，在數(shù)控加工過程中是一種生產(chǎn)輔助工具。它將計算機高速而精確的運算功能、大容量存儲和處理數(shù)據(jù)的能力，豐富而靈活的圖形、文字處理功能與設(shè)計者的創(chuàng)造性思維能力、綜合分析及邏輯判斷能力結(jié)合起來，形成一個設(shè)計者思想與計算機處理能力緊密配合的系統(tǒng)，大大加快了設(shè)計進(jìn)程。CAD技術(shù)包括下列功能：幾何建模、參數(shù)建模，計算分析、模擬裝配，強度分析，仿真與實驗、繪圖及技術(shù)文檔生成、工程數(shù)據(jù)庫的管理和共享。

CAM（Computer Aided Manufac

-turing），即計算機輔助制造。CAM概念是指從產(chǎn)品的設(shè)計到加工制造的中的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動。應(yīng)用于數(shù)控機床加工中指的是數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及NC程序的生成等。

目前較為主流的CAD/CAM軟件主要分為以下幾類：

（1）設(shè)計軟件

近年來隨著一些制圖軟件在工業(yè)方面的應(yīng)用與普及，機械設(shè)計過程也發(fā)生了革命性的改變，如現(xiàn)在的徒手繪圖只出現(xiàn)在前期的輪廓勾勒中，而在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，尺規(guī)作圖全部被CAD軟件代替。CAD軟件也由傳統(tǒng)的點、線2D制圖發(fā)展成為線、面、體的3D制圖。傳統(tǒng)的設(shè)計過程是，設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品的性能和要求，在人腦中生成空間立體模型，再由設(shè)計師徒手繪制成平面圖形，準(zhǔn)確的表達(dá)出零件的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了以AutoCAD為代表的2D制圖軟件。而實際設(shè)計過程中根據(jù)產(chǎn)品的總體性能，修改某一個零件的局部結(jié)構(gòu)和尺寸是常有的事，2D軟件就需要重新繪制圖形。包括零件的圖樣，該零件在其他裝配圖中的圖樣全部人工修改，工作量很大。2D制圖軟件只能表達(dá)出點、線信息，對零件的面、體信息不能表達(dá)，進(jìn)而要分析零件的面、體信息就要靠其他的計算手段獲得，設(shè)計師對某一產(chǎn)品的體信息，如質(zhì)心、慣性矩等不得不需通過計算得到，3D設(shè)計軟件的出現(xiàn)使得這一計算過程變得非常容易，只需要通過軟件分析即可得到，大大提升了設(shè)計效率。3D軟件最大的優(yōu)點在于首先將人腦中的立體模型通過實體信息出現(xiàn)在顯示器中，直觀性非常高，再由用戶根據(jù)實體模型自動成產(chǎn)不同視角的2D圖形，3D軟件普遍具有全參數(shù)建模功能，在修改設(shè)計時3D實體圖形與2D工程圖形時時關(guān)聯(lián)，使得設(shè)計過程的效率發(fā)生了質(zhì)的改變。3D繪圖的代表軟件有UG、PRO/E、Cimatron、CAXA等。

（2）制造軟件

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通常指CAM軟件，是以已有的CAD圖形來生成執(zhí)行語言。執(zhí)行語言分為ATL語言和NC語言，ATL語言由CAM產(chǎn)生，用來說明刀具軌跡的一種描述性語言，并且可以在CAM軟件里逐行進(jìn)行加工仿真模擬。NC語言是由后處理器產(chǎn)生，是實際輸入機床的加工語言。大部分的制造軟件也具有建模繪圖功能。根據(jù)制造對象不同分為二維（點、線信息），二維半（線、面信息）和三維（實體信息）的CAM軟件。如：北航海爾的CAXA制造工程師以及MasterCAM，Cimatron，UG、PRO/E等。由制造軟件生成標(biāo)準(zhǔn)的NC執(zhí)行程序，這個過程主要包括設(shè)置加工環(huán)境，加工工序，生成軌跡文件，及后置處理等。然后將NC執(zhí)行程序送入機床，機床按照指令自動加工出來。

（3）執(zhí)行軟件

采用不同數(shù)控系統(tǒng)的機床在加工時要求的NC執(zhí)行程序的語言結(jié)構(gòu)不同。比如國產(chǎn)廣數(shù)系統(tǒng)、華中系統(tǒng)、進(jìn)口的FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)，其NC語言的指令含義、指令格式不盡相同，這就使得同一零件在不同系統(tǒng)的機床上加工時，其指令程序不同。CAD圖形相同、刀具路徑相同、ATL程序描述內(nèi)容相同、NC程序不同，那么要得到不同數(shù)控系統(tǒng)的指令程序，就要求有不同的后處理程序來得到適合不同數(shù)控系統(tǒng)加工的NC程序。通過R232數(shù)據(jù)接口或閃存等方式傳送到機床存儲器上來完成加工。

3.不同軟件數(shù)據(jù)間的文件轉(zhuǎn)換

CAD/CAM軟件較多，其應(yīng)用范圍各有不同，所以不同軟件間的圖形交互也是必須進(jìn)行的。以常用的設(shè)計軟件AutoCAD和常用的輔助制造軟Master-

CAM軟件為例，AutoCAD和MasterCAM兩款軟件隸屬不同的公司，其內(nèi)核數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)存儲類型都不相同，要想用MasterCAM軟件直接打開AutoCAD圖形來制作NC程序是不行的。那么怎樣完成AutoCAD和MasterCAM之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，圖形共享，優(yōu)勢互補，達(dá)到軟件間的互相兼容呢？

AutoCAD軟件以ACIS（數(shù)據(jù)格式：*.sat）為開發(fā)平臺，而Master

-CAM以Parasolid（數(shù)據(jù)格式：*.X-T）為開發(fā)平臺，要完成兩者之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，就必須將圖像格式輸出成各自能被識別的形式，各軟件公司制作設(shè)計制造軟件時已經(jīng)考慮到了這個問題，每個軟件幾乎都有與其他軟件的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，這些接口就體現(xiàn)在可以進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換。這些軟件都支持多種文件格式，這樣就可以在一種軟件中將文件保存或者導(dǎo)出成其他相關(guān)軟件也支持的文件格式，然后再在相關(guān)軟件中打開或者導(dǎo)入這個文件中，完成文件共享。然而，這種轉(zhuǎn)換過程也同樣按情況的不同要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。比如：很多CAM軟件都接受dxf文件，但是CAD實體文件若以dxf格式轉(zhuǎn)化到CAM中，CAD實體圖形會由實體信息分解成點線信息。在轉(zhuǎn)化過程中可能會有數(shù)據(jù)的丟失。

4.后置處理文件

后置處理文件是CAM軟件特有的一種在NC程序語言生成之前的ATL（刀位運動軌跡信息）文件。因為沒有針對某種數(shù)控機床的特定的CAM軟件，而每個數(shù)控機床對指令代碼即NC程序語言的格式要求不同，對生成NC程序起決定作用的是CAM軟件的后置文件，所以要對不同的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行不同的后置文件選擇，并且根據(jù)不同的數(shù)控機床的參數(shù)對后置處理程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使進(jìn)入機床的NC程序能夠被識別。后置處理實際上是一個文本編輯處理過程，其作用就是將計算出的刀軌（刀位運動軌跡）以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)化為NC程序并輸出，此代碼再通過接口傳輸?shù)綌?shù)控機床的控制器上，由控制器按程序語句驅(qū)動機床加工。

5.CAD/CAM的集成軟件

不同的CAD軟件和CAM軟件在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時存在數(shù)據(jù)丟失、參數(shù)失效等問題。隨著CAD/CAM技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們不再滿足于這兩者的獨立發(fā)展，從而出現(xiàn)了CAM和CAD的組合，即將兩者集成（一體化），這樣以適應(yīng)設(shè)計與制造自動化的要求。這種一體化的結(jié)合可使在CAD中設(shè)計生成的零件信息自動轉(zhuǎn)換成CAM所需要的輸入信息，防止了信息數(shù)據(jù)的丟失。在同一軟件中即可實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)程設(shè)計和產(chǎn)品加工制造的全過程，提高了生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期全過程控制工程。因此，在數(shù)控加工應(yīng)用中開發(fā)CAD/CAM集成軟件可省去中間繁瑣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程。CAD/CAM集成的關(guān)鍵是信息的交換和共享，如UG、Pro/E等，在集成軟件內(nèi)部是以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式直接從CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。目前許多三維CAD/CAM軟件提供實體設(shè)計模塊和軟件包。我們利用的是UG和Pro/E的實體建模功能，包括零件的幾何形狀，尺寸和技術(shù)要求；然后利用UG或Pro/E特有的CAM軟件包，建立起刀具庫，完成對產(chǎn)品的工藝參數(shù)設(shè)定；最后通過軟件包的翻譯文件將刀具軌跡文件翻譯成NC程序。

6.結(jié)束語

計算機的發(fā)展及軟件業(yè)的發(fā)展，推動著計算機輔助設(shè)計軟件的不斷改進(jìn)。CAD/CAM技術(shù)正向著開放、集成、智能和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，在數(shù)控機床上的運用越來越廣泛，以PC技術(shù)為基礎(chǔ)的DNC開放式系統(tǒng)成為軟件的發(fā)展方向，另外，CAD/CAM技術(shù)也在朝著網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，借助PC技術(shù)可以方便的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化通訊，可以高效地滿足生產(chǎn)的需求。比如在學(xué)校的實驗室，實驗設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)共享是極為迫切的，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與CAD/CAM技術(shù)的結(jié)合，建立CAD/CAM設(shè)計―代碼傳輸―機床執(zhí)行―網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控整條流程的共享，可實現(xiàn)全部師生共用幾臺甚至一臺數(shù)控機床，充分利用設(shè)備，大大節(jié)省了資金和時間。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：數(shù)控機床應(yīng)用論文數(shù)控機床實習(xí)論文

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虛擬數(shù)控機床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：分析和總結(jié)了現(xiàn)有數(shù)控維修教學(xué)和實訓(xùn)中存在的主要問題，針對存在的 問題，簡單介紹了虛擬數(shù)控機床的功能，著重闡述了虛擬數(shù)控機床在數(shù)控維修 教學(xué)不同模塊中的作用。關(guān)鍵詞：數(shù)控維修；虛擬數(shù)控機床；教學(xué) 根據(jù)機床行業(yè)調(diào)查，數(shù)控人才的市場需求已從初期的數(shù)控操作、數(shù)控編程 轉(zhuǎn)向了技術(shù)含量較高的數(shù)控機床調(diào)試、維護與維修，維修力量不足是影響數(shù)控 機床利用率和完好率的主要因素，汽車、模具、航空航天、裝備制造企業(yè)急需 大量數(shù)控機床維修人才。數(shù)控設(shè)備是典型的機電一體化設(shè)備，涉及機械、電氣、液壓、計算機、伺服控制、PLC(可編程控制器)等多個領(lǐng)域，數(shù)控維修人才的培 養(yǎng)不僅要求掌握上述相關(guān)的理論知識，更重要的是要求對其中的各項技能進(jìn)行 實踐和訓(xùn)練。如何培養(yǎng)出合格的數(shù)控設(shè)備維修人才是一個緊迫而又系統(tǒng)的工程，數(shù)控虛擬機床的發(fā)展為該類人才的培養(yǎng)提供了較好的教學(xué)和實訓(xùn)手段。1 現(xiàn)有數(shù)控維修教學(xué)手段的不足 從實際調(diào)查結(jié)果看，目前各高?；蚋呗氃盒?shù)控維修專業(yè)或課程配備的實 驗室大致有數(shù)控機床綜合實驗室、數(shù)控機床裝拆實驗室、數(shù)控機床電氣實驗室 三大類，大部分學(xué)校只配備上述三類實驗室的一種或兩種。根據(jù)多年數(shù)控維修 教學(xué)體會，目前數(shù)控維修實訓(xùn)主要存在以下問題： 1.1 數(shù)控系統(tǒng)檔次低，類型單一 數(shù)控機床綜合實驗平臺絕大多數(shù)配置的是 FAUNC，SIEMENS 及國產(chǎn)的經(jīng)濟型 和普及型數(shù)控系統(tǒng)，高端數(shù)控系統(tǒng)涉及少，數(shù)控系統(tǒng)類型少。數(shù)控裝備制造業(yè)

經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)數(shù)控機床的使用逐漸從經(jīng)濟型、普及型數(shù)控機床發(fā)展到 中、高檔數(shù)控機床，呈現(xiàn)出“數(shù)控系統(tǒng)多樣化，機床功能復(fù)合化”等特點，基 于經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)的簡單車、銑床數(shù)控實驗臺逐漸難以滿足數(shù)控機床行業(yè)蓬勃 發(fā)展的需要。1.2 數(shù)控機床功能部件裝拆實訓(xùn)不夠 數(shù)控機床拆裝實驗室提供的可供拆裝的機床功能部件（如主軸箱、進(jìn)給傳 動系統(tǒng)、刀架、刀庫、機械手、液壓站）和機床本體的主要來源是生產(chǎn)型數(shù)控 機床中淘汰下來的功能落后或有故障的部件，并且數(shù)量有限，種類不全。近年 來，隨著數(shù)控技術(shù)向著高速高精、五軸聯(lián)動、功能復(fù)合的方向快速發(fā)展，新型 的功能部件不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，價格不菲。裝拆實驗室本身損壞率高等 特點都限制了實驗室的建設(shè)和發(fā)展，現(xiàn)有的組建數(shù)控裝拆實驗室的模式不適合 數(shù)控機床行業(yè)快速發(fā)展的需要，探索新的裝拆實驗室模式勢在必行。

1.3 缺少數(shù)控機床傳感檢測器的相關(guān)實驗 數(shù)控機床傳感檢測元器件是機床精度的保證，也是故障的高發(fā)源，但目前 幾乎沒有高校為數(shù)控維修課程配備數(shù)控機床傳感檢測實驗室，即使有也是在論 證和建設(shè)階段?？晒W(xué)生接觸到的傳感檢測器件也只能在數(shù)控機床綜合實驗平臺上，但因為綜合實驗平臺主要功能集中在數(shù)控系統(tǒng)和機床 PLC 的調(diào)試，大都 采用簡化設(shè)計的機床結(jié)構(gòu)或不帶機床本體，因此在綜合實驗臺的數(shù)控機床傳感 和檢測環(huán)節(jié)與實際機床相比大為減弱和簡化。1.4 機床電氣連接實訓(xùn)不夠 雖然很多學(xué)校都有數(shù)控機床電氣連接實訓(xùn)環(huán)節(jié)，但是因為數(shù)控機床電氣接 線所需的機床低壓元器件種類繁多，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的連接電纜不易經(jīng)常

性的插拔，所用導(dǎo)線、端子等耗材消耗嚴(yán)重，所需工具多，教師對學(xué)生接線正 確與否的排查工作量大等原因，使得實際動手率大大下降。1.5 實驗室受設(shè)備多樣性、設(shè)備臺套數(shù)、場地和價格等因素的嚴(yán)重制約 無論是數(shù)控機床綜合實驗平臺、機床功能部件，還是傳感檢測器件都具有 種類多，價格高，發(fā)展變化快，所需場地大等特點，這些硬性條件極大地制約 了實驗室的建設(shè)。2 虛擬數(shù)控機床在數(shù)控維修教學(xué)中的應(yīng)用 虛擬數(shù)控機床采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機上建立逼真的三維互動機床模 型。通過對廈門創(chuàng)壹虛擬數(shù)控機床的使用，分析了虛擬數(shù)控機床在數(shù)控維修教 學(xué)和培訓(xùn)中的作用，并對基于該虛擬數(shù)控機床的實驗項目進(jìn)行了設(shè)計。2.1 虛擬機床輔助理論教學(xué) 數(shù)控機床的功能日漸復(fù)合，車削中心、鉆削中心、3 軸以

上聯(lián)動加工中心 的使用日益普及，這類中高檔數(shù)控機床功能部件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其裝配工 藝知識日益復(fù)雜，普通的課件和 Flash 動畫已經(jīng)無法清晰地展現(xiàn)部件的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)和裝配關(guān)系，這給學(xué)生在理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的理解和掌握帶來不少困難。虛擬數(shù) 控機床及其功能部件模型可以任意角度旋轉(zhuǎn)，對整機及各功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可以進(jìn)行逼真的三維動畫分解演示，清晰地展現(xiàn)了功能部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，并自動同步顯示相關(guān)原理文字，大大加快加深學(xué)生的理解和掌握。2.2 虛擬裝拆 虛擬機床及每一個功能部件可以進(jìn)行虛擬的 3D 交互式裝拆。1 所示為銑 圖 床整機虛擬安裝過程中的某一畫面，系統(tǒng)右側(cè)分別為數(shù)控機床的裝拆設(shè)置了零 部件庫和工具庫，按照實際機床裝拆過程，每步首先選擇正確的工具，選擇正

確的零部件，才能進(jìn)行正確的安裝，提供一個良好的虛擬裝拆實訓(xùn)環(huán)境。虛擬 裝拆是解決目前裝拆實驗室部件數(shù)量有限，種類不全、新型功能部件短缺等問 題最有效的途徑。新型數(shù)控機床裝拆實驗室應(yīng)該是虛擬裝拆和實際裝拆的有效 結(jié)合，虛擬裝拆可以使學(xué)生盡可能多地接觸和熟悉各種新型功能部件，并通過 重復(fù)的虛擬裝拆練習(xí)強化和定型學(xué)生對結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系的掌握，然后在實際的 裝拆練習(xí)訓(xùn)練裝拆技巧、實際設(shè)備的調(diào)整、手感等，這樣可以大大提高實際設(shè) 備的利用率、減少實際裝拆中損壞率，提升教學(xué)培訓(xùn)效果。圖 1 數(shù)控銑床整機安裝 2.3 虛擬電氣連接和電氣故障 創(chuàng)壹虛擬機床系統(tǒng)可以完成整個數(shù)控機床電氣柜的電氣連接，從電氣布局 規(guī)劃、布置線槽開始，到選擇元器件、導(dǎo)線完成電氣連線(如圖 2 所示)。虛擬 系統(tǒng)還設(shè)置了與真實萬用表、示波器一樣的“虛擬萬用表”“虛擬示波器”，在完成電氣連接后，還可以對線路進(jìn)行檢測、最終完成虛擬上電調(diào)試。同樣，利用虛擬儀器儀表能對虛擬線路進(jìn)行檢測，在教學(xué)和培訓(xùn)過程中，可以進(jìn)行機 床電氣故障排查的實驗實訓(xùn)和考核。根據(jù)實際應(yīng)用效果來看，虛擬的電氣連接 練習(xí)可以解決機床電氣連接中幾乎所有的問題，僅僅需要在實際的電氣接線中 的鍛煉實際接線操作的具體技能(如剝線、壓線等)。解決了以往電氣連接實訓(xùn) 中耗材消耗大、實驗準(zhǔn)備復(fù)雜、教師評判工作量大等問題。圖 2 數(shù)控機床的虛擬電氣連接 2.4 故障診斷 一臺計算機相當(dāng)于一臺數(shù)控機床，虛擬數(shù)控機床提供了與實際數(shù)控機床幾 乎完全一樣的操作和顯示界面，如相同的機床參數(shù)設(shè)置、I/O 信號查詢、PLC程序查詢和修改等功能(如圖 3 所示)。因此虛擬數(shù)控機床可以替代數(shù)控綜合實 驗臺或?qū)嶋H數(shù)控機床進(jìn)行機床參數(shù)設(shè)置、PLC 程序調(diào)試等實訓(xùn)，可以進(jìn)行多種 機床故障診斷和排除實訓(xùn)。虛擬數(shù)控機床大大節(jié)約學(xué)校購買數(shù)控機床和數(shù)控綜 合實驗臺的壓力，特別是價格高昂的高檔數(shù)控機床和實驗臺，實現(xiàn)了一人一機。圖 3 虛擬數(shù)控機床操作和顯示界面 3 結(jié)束語 數(shù)控虛擬機床是數(shù)控維修理論和實踐教學(xué)中的新利器，與現(xiàn)有實驗室結(jié)合 是解決目前教學(xué)問題的有效方式。通過實際的教學(xué)效果和體會來看，虛擬數(shù)控 機床在裝拆及電氣連接方面實訓(xùn)效果明顯，是新型數(shù)控機床裝拆和電氣實驗室 的主角； 許多以前在實際數(shù)控機床和實驗臺上進(jìn)行的故障診斷和排除實驗實訓(xùn)，現(xiàn)在可以在虛擬數(shù)控機床上進(jìn)行，隨著虛擬機床功能的完善，這個比例將大大 提高，大大減輕對實際數(shù)控機床和實驗臺的設(shè)備（特別是高檔設(shè)備）壓力；虛 擬數(shù)控機床一人一機有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，具有安全、經(jīng)濟等特點。虛擬數(shù)控機床存在的不足是在數(shù)控檢測傳感檢測元器件的虛擬上不夠完 善，有待進(jìn)一步加強。參考文獻(xiàn) [1]華玲芳.淺談數(shù)控維修專業(yè)人才的培養(yǎng)[J].教育研究，2009，16（10）： 68～69 [2]劉樹青.基于 FANUC 0iMate-C 系統(tǒng)的數(shù)控綜合實驗平臺開發(fā)[J].實驗科 學(xué)與技術(shù)，2009，7（5）：14～17 [3]余勤科，岳應(yīng)娟，劉宏.虛擬數(shù)控機床技術(shù)及其應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2001，23（9）：14～15

第三篇：數(shù)控機床的分類與應(yīng)用

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隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床出現(xiàn)了許多分類方法，但通常按以下最基本的三個方而進(jìn)行分類:

一、按工藝用途分類

按工藝用途分類，最常用的數(shù)控機床為數(shù)控鉆床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和數(shù)控齒輪加工機床等金屬切削類機床。盡管這些機床在加工工藝方面存在著很大差異，具體的控制方式也各不相同，但它們都適用于單件、小批量和多品種的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生產(chǎn)率和自動化程度。除了金屬切削加工的數(shù)控機床外，數(shù)控技術(shù)也大量用于沖床、壓力機、彎管機、折彎機、線切割機床、焊接機、火焰切割機、等離子切割機、激光切割機和高壓水切割機等非金屬切削機床。近年來在非加工設(shè)備中也大量采用數(shù)控技術(shù)，其中最常見的有自動裝配機、多坐標(biāo)測量機、自動繪圖機和工業(yè)機器人等。

由于企業(yè)對加工精度和生產(chǎn)率提出了更高的要求，工藝集中的原則正在被采納，出現(xiàn)了各種類型的加工中心機床。加工中心不但具有一般數(shù)控機床的所有功能，而且還帶有刀庫和自動換刀裝置，打破了在一臺數(shù)控機床上只能完成一兩種工藝的傳統(tǒng)概念。以銑削加工中心為例，在數(shù)控銑床上增加了一個較大容量的刀庫(一般可容納20-120把各類刀具)和自動換刀裝置，工件在一次裝夾后，可以對零件的大部分加工表面進(jìn)行銑削、it削、鉆孔、擴孔、鉸孔和攻螺紋等多工藝加工。近年來還出現(xiàn)了五面體加工中心機床，在一次裝夾中可以完成除安裝面以外的箱體類所有表而的加工。車削加工中心也得到了廣泛應(yīng)用，它可以在一次裝夾中完成回轉(zhuǎn)體零件的所有加工工序(包括車削內(nèi)外表面、銑平面，銑槽，鉆孔和攻螺紋等工序)。

加工中心機床可以有效地避免由于多次裝夾造成的定位誤差，而且減少了機床的臺數(shù)

和占地面積，極大地提高了生產(chǎn)率和加工自動化程度。

按工藝用途的分類方法可以為不斷開發(fā)數(shù)控機床的新產(chǎn)品發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。

二、按運動方式分類

1.點位控制

點位控制數(shù)控機床的特點是機床的運動部件只能夠?qū)崿F(xiàn)從一個位置到另林個位置的精確運動，在運動和定位過程中不進(jìn)行任何加工工序。數(shù)控系統(tǒng)只孺要控制行程的起點和終

點的坐標(biāo)值，而不控制運動部件的運動軌跡，因為運動軌跡不影響最終的定位精度。因面.圖1一4點位技制數(shù)控鉆床加工示愈圖點位控制的幾個坐標(biāo)軸之間的運動不需要保持任何的聯(lián)系。為了盡可能減少運動部件的運動和定位時伺，并保證穩(wěn)定的定位精度，通常先以快速運動至接近終點坐標(biāo)，然后再以低速準(zhǔn)確運動到終點位置。最典型的點位控制數(shù)控機床有數(shù)控鉆床，數(shù)控坐標(biāo)鑊床、數(shù)控點焊機和數(shù)控彎管機等。使用數(shù)控鉆惶床加工零件可以節(jié)

省大量鉆模板的費用，并能達(dá)到較高的孔距精度。圖I一4為典型的點位控制數(shù)控鉆床加工示意圖。

2.點位直線控制

點位直線控制的特點是機床的運動部件不僅要實現(xiàn)一個坐標(biāo)位置到另一個坐標(biāo)位置的精確移動和定位，而且能實現(xiàn)平行于坐標(biāo)軸的直線進(jìn)給運動或控制兩個坐標(biāo)軸實現(xiàn)斜線的進(jìn)給運動。在數(shù)控it床上使用點位直線控制可以擴大惶床的工藝范圍，能夠在一次安裝中對棱柱形工件的平面與臺階進(jìn)行撞艦加工，然后再進(jìn)行點位控制的鉆孔、錘孔等加工，有效地提高了加工精度和生產(chǎn)率。點位直線控制還可以應(yīng)用于加工階梯軸或盤類零件的數(shù)控車床。圖1-5是點位直線控制數(shù)控機床加工示意圖，由于只能作簡單的直線運動。因此不能實現(xiàn)任意的輪廓軌跡加工。

3.輪廓拉制

輪廓控制(又稱連續(xù)控制)數(shù)控機床的特點是機床的運動部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個或兩個以上 的坐標(biāo)軸同時進(jìn)行聯(lián)動控制。它不僅要求控制機床運動部件的起點與終點坐標(biāo)位置，而且要求控制整個加工過程每一點的速度和位移量，即要求控制運動軌跡，將零件加工成在平面內(nèi)的直線、曲線表面或在空間的曲面。輪廓控制要比點位控制更為復(fù)雜，需要在加工過程中不斷進(jìn)行多坐標(biāo)軸之間的插補運算，實現(xiàn)相應(yīng)的速度和位移控制。很顯然輪廓控制包含了實現(xiàn)點位控制和點位直線控制。

數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床和各類數(shù)控切割機床是典型的輪廓控制數(shù)控機床，它們?nèi)〈怂蓄愋偷姆滦渭庸?，提高了加工精度和生產(chǎn)率，并極大地縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。

近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，軟件功能的不斷完善，可以通過計算機插補軟件實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動的輪廓控制。圖1一6是輪廓控制數(shù)控機床加工示意圖。必須指出，隨著計算機數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，實圖1一‘輪廓控制數(shù)控機床加工示愈圖

現(xiàn)插補功能已變得比較容易。按運動方式的分類除了系統(tǒng)是否提供插補功能外，還取決于數(shù)控機床的工藝需要以及機械功能部件的結(jié)構(gòu)差異。

三、按控制方式分類

I.開環(huán)拉制

開環(huán)控制是指不帶位置反饋裝置的控制方式。由功率步進(jìn)電動機作為驅(qū)動器件的運動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制。數(shù)控裝置根據(jù)所要求的運動速度和位移量，向環(huán)形分配器和功率放大電路翰出一定頻率和數(shù)量的脈沖，不斷改變步進(jìn)電動機各相繞組的供電狀態(tài)，使相應(yīng)坐標(biāo)軸的步進(jìn)電動機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角位移，再經(jīng)過機械傳動鏈，實現(xiàn)運動部件的直線移動或轉(zhuǎn)動。運動部件的速度與位移量是由輸人脈沖的頻率和脈沖數(shù)所決定。

開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單和價格低廉等優(yōu)點。但通常輸出的扭矩值的大小受到了限制，而且當(dāng)翰人較高的脈沖頻率時，容易產(chǎn)生失步，難以實現(xiàn)運動部件的快速控制。開環(huán)控制對運動部件的實際位移量是不進(jìn)行檢測的，因而不能進(jìn)行運動誤差的校正，步進(jìn)電動機的步距角誤差、齒輪和絲杠組成的傳動鏈誤差都將直接影響加工零件的精度。目前，開環(huán)控制已

不能充分滿足數(shù)控機床日益提高的對控制功率、快速運動速度和加工精度的要求。但近年來由于發(fā)展了步進(jìn)電動機的細(xì)分技術(shù)，出現(xiàn)了專用的細(xì)分功率驅(qū)動模塊，步進(jìn)電動機在低扭矩、高精度、速度中等的小型設(shè)備的驅(qū)動控制中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在微電子生產(chǎn)設(shè)備中充分發(fā)揮了它的獨特的優(yōu)勢。圖I-7

是開環(huán)控制的系統(tǒng)

圈1-7開環(huán)控制的系統(tǒng)框圖框圖。

2．半閉環(huán)控制

半閉環(huán)控制是在開環(huán)控制伺服電機軸上裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服電動機的轉(zhuǎn)角間接地檢測出運動部件的位移(或角位移)反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸人指令進(jìn)行比較，用差值控制運動部件。隨著脈沖編碼器的迅速發(fā)展和性能的不斷完善，作為角位移檢測裝置可以方便地直接與直流或交流伺服電動機同軸安裝，特別是高分辨率的脈沖編碼器的誕生，為半閉環(huán)控制提供了一種高性能價格比的配置方案。由于慣性較大的機床運動部件不包括在該環(huán)之內(nèi)，控制系統(tǒng)的調(diào)試十分方便，并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。甚至可以將脈沖編碼器與伺服電動機設(shè)計成一個整體，使系統(tǒng)變得更加緊湊。但由于半閉環(huán)控制將運動部件的機械傳動鏈不包括在閉環(huán)之內(nèi)，機械傳動鏈的誤差無法得到校正或消除?？尚业氖悄壳皬V泛采用的滾珠絲杠螺母機構(gòu)具有很好的精度和精度保持性，而且采取了可靠的消除反向運動間隙的結(jié)構(gòu)，完全可以滿足絕大多數(shù)數(shù)控機床用戶的需要。因此，在一般情況下，半閉環(huán)控制正在成為首選的控制方式被廣泛采用。

圖1-8是半閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖。

3.閉環(huán)控制

閉環(huán)控制是在機床最終的運動部件的相應(yīng)位置直接安裝直線或回轉(zhuǎn)式檢測裝置，將直 接測量到的位移或角位移值反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令位移童進(jìn)行比較，用差值控制運動部件，使運動部件嚴(yán)格按實際需要的位移量運動。閉環(huán)控制的主要優(yōu)點是將機械傳動鏈的全部環(huán)節(jié)都包括在閉環(huán)之內(nèi)，因而從理論上說，閉環(huán)控制的運動精度主要取決于檢測裝置的精度，而與機械傳動鏈的誤差無關(guān)。很明顯其控制精度將超過半閉環(huán)系統(tǒng)，這就為高精度數(shù)控機床提供了技術(shù)保障。但閉環(huán)控制除了價格較昂貴之外，對機床結(jié)構(gòu)及傳動鏈仍然提出了嚴(yán)格的要求，傳動鏈的剛度、間隙，導(dǎo)軌的低速運動特性，以及機床結(jié)構(gòu)的抗振性等因素都會增加系統(tǒng)調(diào)試的困難，甚至使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，降低了穩(wěn)定性。

圖I一9是閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖。

除了以上三種基本分類以外，目前出現(xiàn)了按所使用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式分類，分為硬件 數(shù)控和計算機數(shù)控(又稱軟件數(shù)控);也有按控制坐標(biāo)軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)的分類方法，如三軸一，二聯(lián)動、四軸四聯(lián)動等;還有按功能水平的高低分類，如高檔數(shù)控、中檔數(shù)控和低檔數(shù)控(又稱經(jīng)濟型數(shù)控)等。

第四篇：數(shù)控機床在鐵路貨車車軸加工中的應(yīng)用

CNC機床在鐵路貨車車軸加工中的應(yīng)用

劉勝勇

（濟南機車車輛廠轉(zhuǎn)向架）

摘要：文章指出了CNC機床在鐵路貨車車軸加工中的廣泛應(yīng)用，通過細(xì)致地工藝過程分析，介紹了RD2型車軸的程序編制、校核，并就在實際加工中遇到的問題提出了一些行之有效的解決辦法?？晒┯嘘P(guān)技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：CNC機床；車軸；加工工藝；

LIU Shengyong

Abstract：This article is indicated that CNC machine tool is applied to the axle machining of the railway truck andintroducedtheprogrammeand proof ofRD2axle by the technologic process’s analyzing detailedly and is put forward the practicable solution to the question oftheaxle machining.It may be refered by the technicians in this field

Key words：CNC machine tool；axle； machining technics

CNC machine tool’s application to the axle machining of the railway truck

一引言

車軸是鐵路貨車上的重要部件，其加工質(zhì)量尤其是圓弧成型質(zhì)量，直接影響了車輛的運行安全，嚴(yán)重者導(dǎo)致切軸事故發(fā)生。傳統(tǒng)加工工藝是在仿型機床上利用成型靠模加工RD2、RE2車軸，此方法加工精度差，常出現(xiàn)圓弧半徑擴大、軸向尺寸及引入部長度不穩(wěn)定、形狀和位置公差超差，生產(chǎn)效率較低，且靠模制作費用較高，不適應(yīng)中小批量、頻繁改型、精度要求高、形狀又較復(fù)雜工件加工的需要。圍繞“裝備保工藝、工藝保質(zhì)量”這一主題，結(jié)合CNC機床的加工性能和廣泛適應(yīng)性，我廠自1999年以來，耗資2000萬余元購置了4臺FANUC—0TD系統(tǒng)CNC機床投入到車軸的成型加工中。經(jīng)過消化吸收，我們已成功得完成了RD2車軸轉(zhuǎn)型、RE2A車軸的試制及長度為2320~2875mm的重載冶金車軸的加工。

二加工過程分析

CNC機床加工是用系統(tǒng)允許的數(shù)字化指令信號，來控制設(shè)備運行和刀具運動軌跡，從而完成圖1工件的外頸、兩處圓弧的加工。為了獲得高精度的工件，加工前，要做好準(zhǔn)備工作。圖1RD2型車軸成品圖（GB12814-2002-07)

圖2A型軸

圖3B型軸

1分析零件圖樣，確定加工工藝

1.1根據(jù)工件特點，合理安排工藝路線

圖1在加工前的直徑尺寸和兩處圓弧的預(yù)留量均為4~5mm?？紤]到機床的利用率，達(dá)到縮短生產(chǎn)周期的目的，在實際中分為半精車、精車兩道工序，半精車預(yù)留1~1.5mm，精車預(yù)留0.3~0.4mm，最終磨削成型。

1.2工件裝夾方式確定

半精車為單端加工，采用兩頂一夾的裝夾方式，主軸端為三爪卡盤夾緊。精車為雙端加工，采用兩頂一摩擦裝夾方式，主軸端為樹脂合成摩擦片。

1.3最佳切削參數(shù)選擇

結(jié)合50

1.4切削液選擇

為降低切削溫度，提高加工精度和刀具的耐用度，并考慮環(huán)境保護，采用高壓風(fēng)進(jìn)行冷卻。

1.5坐標(biāo)系原點確定

以車軸的設(shè)計基準(zhǔn)為試切對刀點，軸線為X軸，端面為Z軸，點Qp即工件坐標(biāo)系原點（編程原點）。通過工件試切，測得△X=X—D、△Z=Z，分別輸入到offest界面的幾何形狀X、Z值里，即完成了工件零點偏置。

1.6刀尖的切入切出

落刀時，選擇G00快速接近車軸加工表面，G01直線進(jìn)給切入工件，避免扎刀或折斷刀具。抬刀時，使刀具沿工件的直線延長線切出，防止零件表面產(chǎn)生切痕，影響加工質(zhì)量。

1.7循環(huán)指令的使用

半精車分兩刀切削完成。為提高加工效率，減少程序編輯和存儲量，采用G73固定成型車削循環(huán)指令。

1.8刀具補償?shù)脑O(shè)定

根據(jù)走刀路線，選擇G41半徑補償，并將補償值在CRT/MDI面板上用offset功能鍵置入刀具補償寄存器內(nèi)，然后在程序中用T0101指令進(jìn)行調(diào)用。

2運動軌跡點的坐標(biāo)計算

考慮到車軸圓弧相切性，為保證加工的精確度，采取CAD繪圖取點的方式，來確定各基點的坐標(biāo)值。3加工程序的編制

做完了上述工作，接下來是程序編制階段。根據(jù)點的坐標(biāo)值，依據(jù)CNC機床許可指令方式，完成程序的編輯，并通過CRT/LCD面板上功能鍵或RS-232C通信口輸入加工程序。鑒于篇幅所限，在此緊列出了RD2車軸A型的半精車加工程序O0001，供參考。

O0001；

N010T0101；

N020M03S350；

N030G90G41G00X310.Z5.；

N040M08；

N050G73U1.W1.R2；

N060G73P070Q200U2.W1.；

N070G00X130.425；

N080G01X132.425Z-9.5F140；

N090Z-193.25；

N100G02X133.361Z-205.161R35.F80；

N110X155.419Z-219.059R20.；

N120X157.125Z-219.250R2.；

N130G01X165.025F140；

N140X167.425Z-220.45；

N150Z-241.55；

N160G02X178.603Z-265.554R35.F80；

N170X193.560Z-272.226R20.；

N180G03X194.858Z-273.242R1.2；

N190G01X196.200Z-289.050F140；

N200Z-465.00 ；

N210M09；

N220G40G00X310.Z5.；

N230T0100；

N240M05；

N250M30；仿真繪圖和首件試切

在AUTO方式下，選擇GRPHA功能鍵，進(jìn)行仿真繪圖，驗證程序的正確性。為了掌握工件的加工精度和準(zhǔn)確度，還需進(jìn)行首件試切。

三常見問題及解決辦法

1機床不能正常返回基準(zhǔn)，且產(chǎn)生+X、+Z過行程報警

從工作原理可得出脈沖編碼器的每轉(zhuǎn)信號未輸入，有可能是下面幾種原因造成：a.脈沖編碼器、連接電纜、抽頭是否斷線；b.脈沖編碼器；c.返回基準(zhǔn)點的起動點離基準(zhǔn)點太近。根據(jù)上述原因，我們對脈沖編碼器及電纜進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。隨用手搖脈沖發(fā)生器移動工作臺遠(yuǎn)離基準(zhǔn)點，按Reset鍵復(fù)位結(jié)果過行程報警消除了，然后選擇正確模式進(jìn)行回零操作，沒有再出現(xiàn)類似情況。由此斷定返回基準(zhǔn)點的起動點與基準(zhǔn)點距離不能太近。回零前，先把工作臺X、Z向遠(yuǎn)離基準(zhǔn)點50mm，再進(jìn)行返回基準(zhǔn)操作。2機床報警，并在CRT/LCD面板上顯示報警號

在日常加工中出現(xiàn)一些報警，我們結(jié)合《FANUC Series維修說明書》等資料，進(jìn)行參數(shù)正確調(diào)整，運行機器故障消失。明確機床工作原理，使用好機床手冊，對CNC機床診斷性維修是很方便的。3精切削立面時，出現(xiàn)顫紋

分析認(rèn)為：a..切削振動大；b.工件預(yù)留量大；c.切削參數(shù)不當(dāng)；d..刀具角度不合適。我們在工藝允許范圍內(nèi)降低主軸轉(zhuǎn)速，調(diào)整上工序工件圓弧出預(yù)留量，修整切削參數(shù)，調(diào)整刀具角度，試切削問題得以解決。4機床尾座發(fā)熱

分析認(rèn)為有以下幾種原因：a.尾座軸承預(yù)緊力過大；b.軸承研傷；c.潤滑不及時或油脂臟。我們拆卸尾座后發(fā)現(xiàn)軸承滾子有坑點，研傷，更換同型號軸承，進(jìn)行適當(dāng)預(yù)緊保證正常游隙，并用干凈潤滑油及時進(jìn)行潤滑，經(jīng)過一段時間使用，未出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

在數(shù)控機床的維修中，我們應(yīng)注意不斷總結(jié)積累經(jīng)驗。遇到故障，應(yīng)從其工作原理入手，根據(jù)實際情況，認(rèn)真分析查找故障現(xiàn)象，才能準(zhǔn)確判定故障原因，并加以解決。

四結(jié)束語

通過近幾年的使用，CNC機床的高質(zhì)量、高性能優(yōu)勢已經(jīng)在鐵路貨車車軸加工中發(fā)揮地淋漓盡致。即提高了加工效率，降低了勞動強度；又提升了產(chǎn)品質(zhì)量，大大增加了行車的安全性。

[參考文獻(xiàn)]

1． 孟少農(nóng)主編．《機械加工工藝手冊》．北京：機械工業(yè)出版社，1998

2． 鄭曉峰主編．《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》．北京：機械工業(yè)出版社，2004

3． RD2型車軸．GB/T12814-2002-07

4． RD2型車軸（半精加工）．GB/T12814-2002-23

5． 《FANUC Series 操作說明書》

6． 《FANUC Series維修說明書》

第五篇：CADCAM技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢展望

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢展望

工業(yè)工程2011級姓名：崔成平學(xué)號：20111030311

5摘要：

在技術(shù)發(fā)達(dá)的今天工業(yè)社會，計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造（CAD/CAM)在工程設(shè)計、制造等領(lǐng)域具有重要革新、高效率的高新技術(shù)。隨著計算機技術(shù)日益成熟和強大，CAD/CAM自動加工對社會的機械等行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，對社會產(chǎn)生翻天覆地的影響和巨大的經(jīng)濟效益。自從1952年研究出來了數(shù)控銑床，即出現(xiàn)CAM技術(shù)，利用計算機來進(jìn)行生產(chǎn)管理和操作；60年代出現(xiàn)CAD,隨后在全球范圍迅速普及和應(yīng)用，至今CAD/CAM已經(jīng)發(fā)展了大半個世紀(jì)。對制造業(yè)來說，CAD/CAM是提高產(chǎn)品設(shè)計品質(zhì)和制造品質(zhì)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本的強有力手段，已成為企業(yè)贏得市場的制勝法寶。CAD/CAM技術(shù)的出現(xiàn)推動了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計革命,到如今CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一 本文介紹了CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展過程及應(yīng)用領(lǐng)域, 闡述該技術(shù)的發(fā)展對現(xiàn)代化機械技術(shù)起到至關(guān)重要的作用和影響。并對該技術(shù)在集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化、綜合化等方面的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

現(xiàn)代各種新科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，產(chǎn)品的設(shè)計和制造都可以有計算機來完成。特別是數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)，在各種機械產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計過程中有舉足輕重的作用和重要地位。就目前而言，CAD/CAM技術(shù)和水平已經(jīng)發(fā)展到相對成熟的時候，在工業(yè)發(fā)達(dá)的的國家，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)快速的從軍事工業(yè)向民事工業(yè)轉(zhuǎn)移和發(fā)展，有大型企業(yè)向中小型企業(yè)推廣，由高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)域逐步向汽車、日用家電、輕工業(yè)普及。由于CAD/CAM技術(shù)是逐步綜合計算機輔助設(shè)計、制造和管理系統(tǒng)，他可以實現(xiàn)零件的設(shè)計和分析、有限元分析、虛擬裝配和仿真、數(shù)控加工和仿真等許多計算機輔助功能，從而在工程設(shè)計制造人員的主要設(shè)計制造工具，在現(xiàn)代的設(shè)計制造業(yè)中發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。

一、CAD/CAMCAD/CAM軟件技術(shù)現(xiàn)狀

1.CAD/CAM技術(shù)向一體化技術(shù)過渡指的是指的是CAD與CAM各模塊之間信息的提取、交換、共享和處理的集成。與之有關(guān)的技術(shù)有CAD、CAPP（計算機輔助工藝過程設(shè)計）、GT、Databases等。其中，產(chǎn)品建模技術(shù)、CAPP、及NC技術(shù)、工程數(shù)據(jù)的管理、各模塊間的數(shù)據(jù)交換接口是CAD/CAM一體化的關(guān)鍵技術(shù)?；趫D形學(xué)發(fā)展起來的CAD軟件，它的基本功能有：產(chǎn)品信息的輸入、檢查修改和零件圖的繪制。優(yōu)秀的CAD軟件，除了線框建模、曲面建模、實體造型的造型和建模方式外，還有特征造型、參數(shù)化設(shè)計、可變建模等功能。它不僅能提供產(chǎn)品的幾何信息，還能提供公差、表面粗糙度、材料性能、加工要求等產(chǎn)品的制造信息。CAD軟件系統(tǒng)還包含各種編輯工具、自定義功能、與其它高級語言的接口）并定義有符合國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式，以便用戶在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。

為了將CAD與CAM集成一個完整的系統(tǒng)集成一個完整的系統(tǒng)，即希望在CAD做出設(shè)計后，由計算機輔助工藝師制定出工藝計劃，包括刀具選擇、刀具軌跡、切削用量、切

削速度、主軸轉(zhuǎn)速等，然后自動生成NC代碼，這就是計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）。計算機輔助工藝規(guī)劃是連接CAD和CAM的中間環(huán)節(jié)。CAD數(shù)據(jù)庫的信息只有經(jīng)過CAPP系統(tǒng)才能變?yōu)镃AM的加工信息。CAPP的設(shè)計方法有兩種。一種是以成組技術(shù)（GT）為基礎(chǔ)的經(jīng)驗型CAPP，它有派生法或檢索法；另一種是依靠事先規(guī)定的邏輯決策，利用規(guī)定的加工要求和邏輯原則自動生成零件的工藝過程的創(chuàng)成型CAPP（Generative Approach），它屬于人工智能型的設(shè)計方法。派生法和創(chuàng)成法相結(jié)合的設(shè)計方法——綜合設(shè)計法是當(dāng)前主要的設(shè)計方法，它利用派生法設(shè)計工藝路線用創(chuàng)成法設(shè)計工序內(nèi)容。一個比較完善的CAPP系統(tǒng)，應(yīng)具有：加工方法的選擇（車、銑、刨、磨、鏜、鉆等）；工藝路線安排；加工設(shè)備與工藝設(shè)備（刀具、夾具）的選擇；工藝尺寸的換算（加工余量，工序尺寸及公差）；切削參數(shù)選擇（切削速度，進(jìn)給量、切削深度）；零件NC編程能力。由上所述，制造單元的計算機輔助制造單元（CAM）不是孤立的，它是以產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計（CAD）為基礎(chǔ)，以計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）為橋梁，完成產(chǎn)品的計算機輔助制造，因此被稱為CAD/CAM一體化。目前國內(nèi)外研制、開發(fā)、銷售的CAD/CAM軟件，實際上是制造單元的CAD/CAM，主要是針對數(shù)控機床的CAD/CAM軟件

二、數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用

既然提到數(shù)字化，那么數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)有別于傳統(tǒng)的CAD/CAM技術(shù)。它是綜合了傳統(tǒng)的CAD/CAM技術(shù)、人機工程技術(shù)、工業(yè)設(shè)計技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、逆向技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)于一身的多學(xué)科技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)是不僅是為了縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，更是對傳統(tǒng)設(shè)計制造的一次徹底的更新。它不僅是一般意義上的無紙設(shè)計和計算機輔助設(shè)計制造，而是帶來了一次全新的設(shè)計制造概念。例如數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，對飛機制造技術(shù)的發(fā)生根本性的改變。波音飛機777的問世，標(biāo)志著過去使用模線—樣板—量規(guī)—標(biāo)準(zhǔn)樣件——零件成型模具和裝配型架的模擬量傳遞體系，轉(zhuǎn)變?yōu)槿珯C數(shù)字化定義一飛機的結(jié)構(gòu)三維建?！獢?shù)字化與裝配—數(shù)控加工—數(shù)控檢測的數(shù)字量傳遞體系。使工程設(shè)計水平和飛機研制效率得到了巨大的提高，設(shè)計更改和返工率減少了50%，裝配時間出現(xiàn)的裝配問題減少了50%到80%，制造成本降低了30%到40%，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短了40%到60%，產(chǎn)品交貨期有18個月減少到12個月。

數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展是決定機械制造產(chǎn)品制造周期和成本的兩大核心技術(shù)，成為提高機械產(chǎn)品技術(shù)水平的關(guān)鍵因素。在機械產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計中，利用CAD/CAM等先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化。相對與傳統(tǒng)的手工和計算機平面繪圖，采用CAD/CAM技術(shù)可將機械產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短、提高效率、節(jié)約人力、物力和財力。另外采用CAD/CAM技術(shù)可實現(xiàn)機械產(chǎn)品的三維可視化建模，有利于設(shè)計、制造和終端互相應(yīng)用之間的溝通和交流，使機械產(chǎn)品延伸到機械產(chǎn)品的設(shè)計中。

數(shù)字化CAD/CAM技術(shù)也在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，如液壓成塊的設(shè)計與制造系統(tǒng)是集設(shè)計、工藝、制造、裝配等為一體的計算機輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)各模塊內(nèi)部以及相互之間存在著大量數(shù)據(jù)的運輸和信息的交換。而工程數(shù)據(jù)庫則是實行數(shù)據(jù)存取、管理和交換的工具。通過建立液壓集成塊CAD/CAM系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)庫，可以將系統(tǒng)的各項工作聯(lián)系在一起。實現(xiàn)整個系統(tǒng)高度的集成，提高工作的效率，從而為最終的設(shè)計和生產(chǎn)保存數(shù)據(jù)。

三、CAD/CAM技術(shù)發(fā)展趨勢

21世紀(jì)以CAD/CAM技術(shù)為代表的制造業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化，追求的目標(biāo)是在最快的時間內(nèi)、以最低的成本生產(chǎn)出滿足用戶需求的產(chǎn)品。具體表現(xiàn)出以下幾個特征：

3.1 集成化

集成化是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個最為顯著的趨勢。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC（生產(chǎn)計劃與控制）等各種功能不同的軟件有機地結(jié)合起來，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)有效地運行。國內(nèi)外大量的經(jīng)驗表明：CAD系統(tǒng)的效益往往不是其本身，而是通過CAM和PPC系統(tǒng)體現(xiàn)出來；反過來，CAM系統(tǒng)如果沒有CAD系統(tǒng)的支持，花巨資引進(jìn)的設(shè)備往往很難得到有效利用；PPC系統(tǒng)如果沒有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及時和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)作為計劃的依據(jù)，訂出的計劃也較難貫徹執(zhí)行，所謂的生產(chǎn)計劃和控制將得不到實際效益。因此，人們著手將CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系統(tǒng)有機地、統(tǒng)一地集成在一起，從而消除“自動化孤島”，取得最佳的效益。

3.2 智能化

智能型CAD/CAM系統(tǒng)是人工智能技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品的設(shè)計、分析、制造中，尤其是機器人技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)。專家系統(tǒng)是一種問題求解智能軟件系統(tǒng)，在某些專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，它把人類專家的知識和經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成計算機能夠處理和接收的符號形式，按照專家的控制策略和推理方式，解決該領(lǐng)域內(nèi)原來只有專家才能解決的問題。CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入，逐漸提出智能化需求，設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫，及時準(zhǔn)確地向設(shè)計師提供產(chǎn)品開發(fā)所需的知識和幫助，智能地支持設(shè)計人員，同時捕獲和理解設(shè)計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等；并具有推理功能，使設(shè)計新手也能做出好的設(shè)計來，現(xiàn)代設(shè)計的核心是創(chuàng)新設(shè)計，人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中，用智能設(shè)計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計制造，這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化世紀(jì)，制造業(yè)從獲取需求信息，到產(chǎn)品分析設(shè)計、選購原輔材料和零部件、進(jìn)行加工制造，直至營銷，整個生產(chǎn)過程都將實現(xiàn)全球化。CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是能使設(shè)計人員對產(chǎn)品方案在費用、流動時間和功能上并行處理的并行化產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)；是能提供產(chǎn)品、進(jìn)程和整個企業(yè)性能仿真、建模和分析技術(shù)的擬實制造系統(tǒng)；是能開發(fā)自動化系統(tǒng)，產(chǎn)生并優(yōu)化工作計劃和車間級控制，支持敏捷制造的制造計劃和控制應(yīng)用系統(tǒng)；是能對生產(chǎn)過程中物料進(jìn)行管理的物料管理應(yīng)用系統(tǒng)等。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已成為不可阻擋的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)化可以充分發(fā)揮系統(tǒng)的總體優(yōu)勢，使一個項目在多臺計算機上協(xié)作完成。借助現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，不同設(shè)計人員可以通過網(wǎng)絡(luò)交流設(shè)計數(shù)據(jù)，同時對產(chǎn)品的設(shè)計與制造進(jìn)行操作和評價。

3.4 綠色化

綠色化現(xiàn)已成為CAD/CAM技術(shù)的新趨勢。當(dāng)前，全球環(huán)境的惡化程度與日俱增，制造業(yè)一方面是創(chuàng)造人類財富的支柱產(chǎn)業(yè)，但同時又是環(huán)境污染的主要源頭。因此，無論從技術(shù)發(fā)展，還是從需求推動的角度，綠色制造已經(jīng)在影響和引導(dǎo)當(dāng)今的技術(shù)發(fā)展方向。從產(chǎn)品設(shè)計到制造技術(shù)，從企業(yè)組織管理到營銷策略的制定，一批綠色制造技術(shù)的概念已經(jīng)在發(fā)展之中。

3.5 綜合化

未來產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計是機械科學(xué)的理論知識與電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等多學(xué)科知識的有機結(jié)合。未來的CAD/CAM技術(shù)最主要應(yīng)該是與材料粒子或熔融狀態(tài)下的模具成型技術(shù)有機地結(jié)合在一起，運用CAD/CAM 技術(shù)設(shè)計完成產(chǎn)品的制造流程后，連接CAD/CAM主機的制造系統(tǒng)(粒子填充機或熔融儲存器)就會立即在自生系統(tǒng)內(nèi)運用被無限細(xì)分后的小方塊特殊板材（耐高溫，高壓）生成CAD/CAM所設(shè)計的零件形狀，然后根據(jù)在CAD/CAM系統(tǒng)中設(shè)計好的材料的粒子或熔融態(tài)物質(zhì)進(jìn)行填充，填充滿后進(jìn)行冷卻即得到所需的零件。當(dāng)然，這其中還會涉及到粒子或熔融物質(zhì)填充時的氣泡消除技術(shù)，粒子或液態(tài)物資的冷卻技術(shù)等相關(guān)模具化技術(shù)。4）分布式并行處理技術(shù)

該技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。

3.6多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)

機電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅用到機械科學(xué)的理論與知識（力學(xué)、材料、工藝等），而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機電產(chǎn)品動靜熱特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。

3.7虛擬現(xiàn)實技術(shù)

是利用虛擬實現(xiàn)技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機仿真技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真及使用過程仿真，采用多種介質(zhì)來存儲、表達(dá)、處理多種信息，融文字、語音、圖象、動畫于一體，給人一種真實感及身臨其境感。

3.8人－機－環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)

將人、機器和環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益。研究的重點：人機環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)，人在系統(tǒng)的作用及發(fā)揮，人機柔性交互技術(shù)，人機智能接口技術(shù)，清潔制造等。

總的來說，這些技術(shù)主要體現(xiàn)了21世紀(jì)制造技術(shù)對CAD/CAM技術(shù)的要求，也表達(dá)了CAD/CAM發(fā)展的方向。為今后CAD/CAM技術(shù)更加適應(yīng)社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展指明了道路。

四、CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用前景CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用前景

4.1 CAD/CAM技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用前景

CAD/CAM系統(tǒng)只有在企業(yè)實現(xiàn)以下幾個方面的改革后才會得到飛速發(fā)展。1)提高重視，加大投入企業(yè)特別是中小企業(yè)必須提高對CAD/CAM 技術(shù)的 重視，不要認(rèn)為CAD/CAM技術(shù)投資大、回報慢。要明白，CAD/CAM 技術(shù)雖然投資大、風(fēng)險高、回報慢，然而這種技術(shù)卻是目前制造業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，是未來制造業(yè)的一種發(fā)展趨勢。因此，我們必須在戰(zhàn)略上重視對這種先進(jìn)技術(shù)的投入，企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展靠的就是這種對未來發(fā)展起關(guān)鍵性作用的具有長遠(yuǎn)性、戰(zhàn)略性的風(fēng)險投資。因此，企業(yè)（特別是中小企業(yè)）在規(guī)劃自己的未來的時候必須把對CAD/CAM 技術(shù)的投資和人才的培養(yǎng)考慮進(jìn)去。

2)加大創(chuàng)新，不斷開發(fā)具有自主品牌特色的CAD/CAM軟件創(chuàng)新是一個民 族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。我們只有堅持走自主開發(fā)、擁有自主品牌的道

路，才能在這個競爭激烈的行業(yè)中立于不敗之地。只有緊跟市場，不斷創(chuàng)新，不斷滿足用戶的需求，不斷開發(fā)出具有自主品牌特色的產(chǎn)品，才能使自己擁有核心競爭力，才不會在市場經(jīng)濟的游戲中被踢出局。國家應(yīng)加大對開發(fā) CAD/CAM軟件的扶持和投資力度，采用免稅等方式鼓勵中小企業(yè)自主研發(fā)CAD/CAM 系統(tǒng)。各大高校和企業(yè)，應(yīng)抓住國家高度重視的這一機遇，強強聯(lián)合，共同開發(fā)出具有廣闊的市場應(yīng)用前景的產(chǎn)品。

4.2 CAD/CAM技術(shù)在家庭中的應(yīng)用前景

在未來的 50~100 年內(nèi)，隨著生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)將會像計算機技術(shù)一樣逐漸走進(jìn)千家萬戶。人們將會在自己的家中與同伴一起運用已有的模塊化技術(shù)生產(chǎn)自己需要的個性化的產(chǎn)品。他們所要做的只是把計算機與生產(chǎn)設(shè)備通過特定的I/O端口連接起來，然后按下按鈕，即可實現(xiàn)CAD/CAM的家庭化模塊化生產(chǎn)

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