摘要：CAD/CAM 技術的發展與應用以及其強大的功能，CAD/CAM軟件技術廣泛應用于機械產品、模具制 造等企業的數控編程及加工，目前基本取代了傳統的手工編程方式，更重要的是將CAD/CAM軟件當作工具， 進行合理的數控工藝規劃與數控編程，以實現高質量和高效率的數控加工。從多方面介紹在現代化工業生產中 CAD/CAM 的重要性。
關鍵詞：CAD/CAM, 數控加工, 系統集成, 仿真加工
1 引言
在現代激烈的市場競爭下，高質量、高效益、多 品種小批量的柔性生產方式已成為企業的主要生產模 式，傳統的加工設備和制造方法已難于適應市場競爭 的要求。因此，從20世紀70年代開始，以電子信息技 術為基礎的數控技術得以迅速發展和廣泛應用，數控 機床有效地解決了復雜、多品種、小批量的產品加工問題，適應了各種機械產品更新換代快的需要，取得了明顯的效益。
2 數控加工特點和原理
2.1 數控加工的特點
隨著數控技術的發展，數控加工以經應用到各個領域之中，在數控加工過程中，加工程序的編制也越 來越得到重視。因此CAD/CAM技術對數控加工領域來 說顯得越來越重要了。一個完整的CAD/CAM軟件系統 是由多個功能模塊組成的，如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、數控加工、有限元分析、仿真模擬、動態顯示等。這些模塊應該以工程數據庫為基礎，進行統 一管理。這樣既保持了底層數據的完整性和一致性， 實現了數據共享，又節約了系統資源和運動時間。
數控加工主要有以下特點：增強了加工能力；提 高了生產效率；提高了產品加工精度；降低了加工成本（如圖1）。
機床控制技術就是以數字化的信息實現機床控制 的一門技術，采用數字信息控制的機床稱為數字控制機床，簡稱數控機床。具體地說，凡是用代碼化的數 字信息將刀具移動軌跡的信息記錄在程序介質上，然 后輸入數控系統經過譯碼、運算，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的機床即為數控機床。
最初的數字控制系統是由數字邏輯電路構成的， 因而稱之為硬件數控系統。隨著計算機技術的發展，硬件數控系統已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數控系統CNC（Computer Numerial Contro1）。CNC的控制精度在很大程度上取決于硬件，而CNC的功能則主要取決于軟件。CNC的邏輯控制、幾何數據處理以及執行零件切削等均由CPU統一控制。CNC的控制軟件主要完成如下基本任務：系統管理； 操作指令的 處理；零件程序的輸入與編輯；零件程序的解釋與執行；系統狀態顯示；手動數據輸入MDI； 故障報警和診斷。
隨著科學技術的進步，數控技術不僅應用于機床 的控制，還用于控制其它的設備，產生了諸如數控線切割機、數控繪圖機、數控測量機、數控沖剪機等數控設備。
3 CAD/CAM概述
計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)能設計制作出既滿足設計使用要求又適合CAM加工的零 件模型。CAD系統是一個高效的設計工具，具有參數化設計功能，三維實體模型與二維工程圖形應能相互轉化并關聯，CAD可分為自動設計和交互設計兩類。 實際上，幾乎沒有純粹的自動設計或純粹的交互設計軟件，好的軟件能根據產品對象恰當地處理自動設計和交互設計的配合。另外，開放型的結構不僅便于用戶進行二次開發，同時也使軟件系統本身能夠不斷地擴充與完善。一個好的CAD/CAM軟件與其它CAD/CAM 軟件的兼容性是非常重要的，軟件所帶的圖形文件接口，要能支持多種圖形文件轉換，能從其它系統讀取圖形文件，或將本系統的圖形文件傳送到其它系統。
計算機輔助制造CAM (Computer Aided Manufacturing)是指應用計算機來進行產品制 造的統稱，即利用計算機輔助完成從原料到產品的全部制造過程，在制造過程中的某些環節應用計算機， 包括直接制造過程和間接制造過程，主要包括計算機輔助工藝過程設計和計算機輔助加工兩部分。
當前，計算機輔助加工大多是指機械加工，而且是數控加工(Numerical ControlMachining)，它的輸 入信息是零件的工藝路線和工序內容，輸出的是加工刀具的運動軌跡(刀位文件)和數控程序。軟件方面有 數據庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計 劃編制與調度、計算機輔助質量控制等。
CAM能提供一種交互式編程并產生加工軌跡的方法，它包括加工規劃、刀具設定、工藝參數設置等內 容。CAM軟件應有以下幾 方面功能:
① 能建立二維和三維 刀具路徑的；
② 加工方法的多樣 性；
③刀具路徑易于編輯 和修改；
④ 有刀具和材料數據庫，使系統能自動生成進給速度和主軸轉速；
⑤ 有內置的防碰撞和防過切功能；
⑥ 能手動超調任何機加工缺省值(如進給速度，主 軸轉速等)；
⑦ 能對加工過程進行模擬和估算加工時間。
4 常用模塊
4.1 仿真加工模塊
先進的CAD/CAM系統都提供了一定的NC仿真功能， 用于檢查刀具切削過程的正確性，檢查過切和干涉現象等，但直接通過NC代碼來驅動仿真加工過程的方法 和軟件還很少。采用NC代碼驅動仿真加工過程以檢驗NC代碼的正確性是迫切需要的。
數控程序是否正確，直接關系到加工的成本，因 此，數控加工程序在投入實際的加工之前，必須進行有效地檢驗和驗證。仿真分為物理仿真和計算機仿 真。目前數控程序的檢驗方法主要有：刀具軌跡仿真和三維動態切削仿真等。刀具軌跡仿真是通過讀取刀 位數據文件檢查刀具位置計算是否正確，加工過程中 是否發生過切，所選刀具參數、加工參數、機床參數是否合理，刀具與限制面是否發生干涉或碰撞等。 刀具軌跡仿真法是一種比較成熟的仿真方法，圖2是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的刀具軌跡仿 真圖。這種仿真可采用動畫顯示方法，效果逼真。三 維動態切削仿真是采用實體造型技術建立加工零件毛 坯、機床、夾具、刀具等在加工過程中的實體幾何模 型，采用真實感技術把加工過程動態地顯示出來。圖 3是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的三維動態 切削仿真圖。
一般的CAD/CAM系統使用后處理程序提供用戶化 的數控碼輸出，使用戶能夠靈活地使用不同的數控裝置。
(1)提供的后處理和程序。一般包括車床、線切 割、電火花機床或三維五軸數控編程的后處理程序；(2)后處理程序能細調，以使數控輸出符合用戶的 要求；
(3)能將NC程序反向處理，顯示刀具路徑。
5 常見的CAD/CAM與PPC系統之間的轉換
CAD系統的效益往往不是從其本身，而是通過CAM 和PPC系統體現出來；反過來，CAM系統如果沒有CAD 系統的支持；PPC系統如果沒有CAD和CAM的支持，既 得不到完整、及時和準確的數據作為計劃的依據， 訂出的計劃也較難貫徹執行，所謂的生產計劃和控制 將得不到實際效益。因此，人們著手將CAD、CAE、 CAPP、CAM和PPC等系統有機地、統一地集成在一起， 從而消除"自動化孤島"，取得最佳的效益。目前 國內最常用的CAD/CAM軟件有：CAXA、PowerMILL、 Master CAM、Pro/ENGINEER、UG等。
6 CAD/CAM軟件的優缺點
CAD/CAM任務的實現過程十分復雜，很難確定地 描述其發生的先后順序，有時是并行甚至逆向的，這 樣必須有人的參與才能給予實現。實踐中工人根據圖 紙要求適當修改生成的代碼。CAD/CAM軟件自動編程 中，大多數加工方式默認只能采用直接垂直向下進刀 方式，如"外形銑削"、"平面銑削"、"曲面精加 工"等。立銑刀的端部中心部分沒有切削刃，垂直進 刀的切削能力很小，而鍵槽銑刀是兩刃刀具，其端部 刀刃通過銑刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于鍵槽 銑刀只有兩條切削刃，加工時不平穩，在大面積切削 中的加工效率較低，加工零件的表面粗糙度也不太理 想。在加工工藝孔時，該工藝孔的深度控制要準確。 深度太淺，在直接垂直進刀過程中很有可能使立銑刀 損壞;深度太深，超出了工件要求加工的位置，會導 致工件過切而報廢。
CAD/CAM軟件將微機與CNC機床組成面向車間的系 統，將大大提高設計效率和設計質量，充分發揮數控 機床的優越性，提高整體生產水平，實現系統集成和 設計制造一體化。現在，CAD/CAM技術在我國經濟發 展較為活躍的大中城市應用日益廣泛。
7 結語
CAD/CAM軟件，將微機與CNC機床組成面向車間的系統，將大大提高設計效率和設計質量，充分發揮數控機 床的優越性，提高整體生產水平，實現系統集成和設計制造一體化集成化是CAD/CAM技術發展的一個最為顯著 的趨勢。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生產計劃與控制)等各種功能不同的軟件有機地結合起來，用 統一的執行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統內部信息流的暢通并協調各個系統 有效地運行。
參考文獻
[1] 唐榮錫.CAD/CAM技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，1990.
[2] 寧汝新，徐弘山.機械制造中的CAD/CAM技術[M].北京:北京理工大學出版社，1991.
[3] 趙汝嘉.CAD/CAM在機械工業中的應用[M].西安:西安交通大學出版社，1993.
[4] 李凱，閣紅娟，羅學科.CAD/CAM與數控自動編程技術.化學工業出版社，2004.
關鍵詞：CAD/CAM, 數控加工, 系統集成, 仿真加工
1 引言
在現代激烈的市場競爭下，高質量、高效益、多 品種小批量的柔性生產方式已成為企業的主要生產模 式，傳統的加工設備和制造方法已難于適應市場競爭 的要求。因此，從20世紀70年代開始，以電子信息技 術為基礎的數控技術得以迅速發展和廣泛應用，數控 機床有效地解決了復雜、多品種、小批量的產品加工問題，適應了各種機械產品更新換代快的需要，取得了明顯的效益。
2 數控加工特點和原理
2.1 數控加工的特點
隨著數控技術的發展，數控加工以經應用到各個領域之中，在數控加工過程中，加工程序的編制也越 來越得到重視。因此CAD/CAM技術對數控加工領域來 說顯得越來越重要了。一個完整的CAD/CAM軟件系統 是由多個功能模塊組成的，如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、數控加工、有限元分析、仿真模擬、動態顯示等。這些模塊應該以工程數據庫為基礎，進行統 一管理。這樣既保持了底層數據的完整性和一致性， 實現了數據共享，又節約了系統資源和運動時間。
數控加工主要有以下特點：增強了加工能力；提 高了生產效率；提高了產品加工精度；降低了加工成本（如圖1）。
機床控制技術就是以數字化的信息實現機床控制 的一門技術，采用數字信息控制的機床稱為數字控制機床，簡稱數控機床。具體地說，凡是用代碼化的數 字信息將刀具移動軌跡的信息記錄在程序介質上，然 后輸入數控系統經過譯碼、運算，控制機床的刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的機床即為數控機床。
最初的數字控制系統是由數字邏輯電路構成的， 因而稱之為硬件數控系統。隨著計算機技術的發展，硬件數控系統已逐漸被淘汰，取而代之的是計算機數控系統CNC（Computer Numerial Contro1）。CNC的控制精度在很大程度上取決于硬件，而CNC的功能則主要取決于軟件。CNC的邏輯控制、幾何數據處理以及執行零件切削等均由CPU統一控制。CNC的控制軟件主要完成如下基本任務：系統管理； 操作指令的 處理；零件程序的輸入與編輯；零件程序的解釋與執行；系統狀態顯示；手動數據輸入MDI； 故障報警和診斷。
隨著科學技術的進步，數控技術不僅應用于機床 的控制，還用于控制其它的設備，產生了諸如數控線切割機、數控繪圖機、數控測量機、數控沖剪機等數控設備。
3 CAD/CAM概述
計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)能設計制作出既滿足設計使用要求又適合CAM加工的零 件模型。CAD系統是一個高效的設計工具，具有參數化設計功能，三維實體模型與二維工程圖形應能相互轉化并關聯，CAD可分為自動設計和交互設計兩類。 實際上，幾乎沒有純粹的自動設計或純粹的交互設計軟件，好的軟件能根據產品對象恰當地處理自動設計和交互設計的配合。另外，開放型的結構不僅便于用戶進行二次開發，同時也使軟件系統本身能夠不斷地擴充與完善。一個好的CAD/CAM軟件與其它CAD/CAM 軟件的兼容性是非常重要的，軟件所帶的圖形文件接口，要能支持多種圖形文件轉換，能從其它系統讀取圖形文件，或將本系統的圖形文件傳送到其它系統。
計算機輔助制造CAM (Computer Aided Manufacturing)是指應用計算機來進行產品制 造的統稱，即利用計算機輔助完成從原料到產品的全部制造過程，在制造過程中的某些環節應用計算機， 包括直接制造過程和間接制造過程，主要包括計算機輔助工藝過程設計和計算機輔助加工兩部分。
當前，計算機輔助加工大多是指機械加工，而且是數控加工(Numerical ControlMachining)，它的輸 入信息是零件的工藝路線和工序內容，輸出的是加工刀具的運動軌跡(刀位文件)和數控程序。軟件方面有 數據庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計 劃編制與調度、計算機輔助質量控制等。
CAM能提供一種交互式編程并產生加工軌跡的方法，它包括加工規劃、刀具設定、工藝參數設置等內 容。CAM軟件應有以下幾 方面功能:
① 能建立二維和三維 刀具路徑的；
② 加工方法的多樣 性；
③刀具路徑易于編輯 和修改；
④ 有刀具和材料數據庫，使系統能自動生成進給速度和主軸轉速；
⑤ 有內置的防碰撞和防過切功能；
⑥ 能手動超調任何機加工缺省值(如進給速度，主 軸轉速等)；
⑦ 能對加工過程進行模擬和估算加工時間。
4 常用模塊
4.1 仿真加工模塊
先進的CAD/CAM系統都提供了一定的NC仿真功能， 用于檢查刀具切削過程的正確性，檢查過切和干涉現象等，但直接通過NC代碼來驅動仿真加工過程的方法 和軟件還很少。采用NC代碼驅動仿真加工過程以檢驗NC代碼的正確性是迫切需要的。
數控程序是否正確，直接關系到加工的成本，因 此，數控加工程序在投入實際的加工之前，必須進行有效地檢驗和驗證。仿真分為物理仿真和計算機仿 真。目前數控程序的檢驗方法主要有：刀具軌跡仿真和三維動態切削仿真等。刀具軌跡仿真是通過讀取刀 位數據文件檢查刀具位置計算是否正確，加工過程中 是否發生過切，所選刀具參數、加工參數、機床參數是否合理，刀具與限制面是否發生干涉或碰撞等。 刀具軌跡仿真法是一種比較成熟的仿真方法，圖2是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的刀具軌跡仿 真圖。這種仿真可采用動畫顯示方法，效果逼真。三 維動態切削仿真是采用實體造型技術建立加工零件毛 坯、機床、夾具、刀具等在加工過程中的實體幾何模 型，采用真實感技術把加工過程動態地顯示出來。圖 3是用PowerMILL軟件進行的制件型腔加工的三維動態 切削仿真圖。
圖2 刀具軌跡仿真
圖3三維動態切削仿真
一般的CAD/CAM系統使用后處理程序提供用戶化 的數控碼輸出，使用戶能夠靈活地使用不同的數控裝置。
(1)提供的后處理和程序。一般包括車床、線切 割、電火花機床或三維五軸數控編程的后處理程序；(2)后處理程序能細調，以使數控輸出符合用戶的 要求；
(3)能將NC程序反向處理，顯示刀具路徑。
5 常見的CAD/CAM與PPC系統之間的轉換
CAD系統的效益往往不是從其本身，而是通過CAM 和PPC系統體現出來；反過來，CAM系統如果沒有CAD 系統的支持；PPC系統如果沒有CAD和CAM的支持，既 得不到完整、及時和準確的數據作為計劃的依據， 訂出的計劃也較難貫徹執行，所謂的生產計劃和控制 將得不到實際效益。因此，人們著手將CAD、CAE、 CAPP、CAM和PPC等系統有機地、統一地集成在一起， 從而消除"自動化孤島"，取得最佳的效益。目前 國內最常用的CAD/CAM軟件有：CAXA、PowerMILL、 Master CAM、Pro/ENGINEER、UG等。
6 CAD/CAM軟件的優缺點
CAD/CAM任務的實現過程十分復雜，很難確定地 描述其發生的先后順序，有時是并行甚至逆向的，這 樣必須有人的參與才能給予實現。實踐中工人根據圖 紙要求適當修改生成的代碼。CAD/CAM軟件自動編程 中，大多數加工方式默認只能采用直接垂直向下進刀 方式，如"外形銑削"、"平面銑削"、"曲面精加 工"等。立銑刀的端部中心部分沒有切削刃，垂直進 刀的切削能力很小，而鍵槽銑刀是兩刃刀具，其端部 刀刃通過銑刀中心，有垂直吃刀的能力，但由于鍵槽 銑刀只有兩條切削刃，加工時不平穩，在大面積切削 中的加工效率較低，加工零件的表面粗糙度也不太理 想。在加工工藝孔時，該工藝孔的深度控制要準確。 深度太淺，在直接垂直進刀過程中很有可能使立銑刀 損壞;深度太深，超出了工件要求加工的位置，會導 致工件過切而報廢。
CAD/CAM軟件將微機與CNC機床組成面向車間的系 統，將大大提高設計效率和設計質量，充分發揮數控 機床的優越性，提高整體生產水平，實現系統集成和 設計制造一體化。現在，CAD/CAM技術在我國經濟發 展較為活躍的大中城市應用日益廣泛。
7 結語
CAD/CAM軟件，將微機與CNC機床組成面向車間的系統，將大大提高設計效率和設計質量，充分發揮數控機 床的優越性，提高整體生產水平，實現系統集成和設計制造一體化集成化是CAD/CAM技術發展的一個最為顯著 的趨勢。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生產計劃與控制)等各種功能不同的軟件有機地結合起來，用 統一的執行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統內部信息流的暢通并協調各個系統 有效地運行。
參考文獻
[1] 唐榮錫.CAD/CAM技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，1990.
[2] 寧汝新，徐弘山.機械制造中的CAD/CAM技術[M].北京:北京理工大學出版社，1991.
[3] 趙汝嘉.CAD/CAM在機械工業中的應用[M].西安:西安交通大學出版社，1993.
[4] 李凱，閣紅娟，羅學科.CAD/CAM與數控自動編程技術.化學工業出版社，2004.
浙公網安備: 33028102000314號