现代制造业信息化技术论文(4)

3 CAD/CAM在现代机械制造业中的典型应用

3.1CAD/ CAM/ CAPP系统在数控加工中的应用

随着数控技术的发展，数控加工已经被广泛的应用于各个生产领域。数控加工过程中加工程序的编制也越来越得到重视，数控加工程序编制实质是一个迭代过程，设计的更改，工艺方案的更改，刀具的更换等，都会导致数控程序的重新编制。编制人员对工艺方案可能产生错误的理解，编程的操作过程也容易发生错误。这些错误必须用ＣＡＭ系统重新编程来进行修改。因此，一个高效、可靠的CAM系统必须能够方便、有效地解决编程过程中出现的问题。目前国际上数控编程技术的发展使得CAM 系统处理复杂几何形状 的能力非常强，但在使用的方便程度上还远远不够，用户要对系统熟练掌握也非常难。对于像飞机构件这样的复杂对象，加工过程常常需要几十个工步，上百个数控程序才能完成。采用传统的CAM系统，无论是编程还是程序修改，工作量都是非常惊人的，一般需要1～2 个月才能完成。目前现有的CAM 系统主要存在以下问题：

1.除零件的基本形状外，往往需要增加定义一些辅助几何元素，比如原来几何元素的限定和延长等，以满足加工的需要。这样就产生了新的几何模型，即经过改造的用于CAM 的几何模型，因而破坏了数据一致性原则。

2 . 零件加工部位的指定不是用工艺“语言”特征来描述，而是用多个几何元素来描述，而且操作繁琐，容易出错。

3.没有CAPP 接口，工艺信息要靠编程人员消化工艺方案后，再交互地输入计算机中，这容易发生错误。此外，由于每个人的理解都不一样，程序的一致性也不好。

4.无论是对设计还是加工方案，如果有修改，则会对零件的程序带来大量的改动，这会导致工作量加大，版本管理容易发生混乱，有时不得不重新进行程序编制。

5.对系统的掌握比较难，编程负担比较重，对使用人员要求高。在CAD/CAM/CAPP 集成系统中，

由于采用了面向特征的编程方式，CAM的编程基本单元由几何元素上升为特征。用户不需要一次次地从几何元素中指定被加工部位，只要拾取一个特征，那么这个特征所包含的所有几何信息便可由CAM系统在内部直接提取出来并组织好。通过接口程序，可用CAPP 生成的加工指令文件来驱动CAM 系统进行刀位计算，加工要求、加工部位、工艺参数等数据直接由程序传送到程序，避免了人为的理解和操作错误。刀具轨迹计算采用自动方式，可在2 0 分钟内完成一个复杂零件的刀位计算。从系统结构的角度来看， 一个同CAPP 集成的CAM系统与传统的CAM相比，主要是在传统的CAM 中增加了一个CAPP 接口和特征几何预处理模块。该预处理模块的作用是把要加工的特征所并联的几何元素提取出来，进行必要的组合、分段、参数设置等，为刀位计算作准备。数控加工的工艺性也是CAM 系统应该考虑的重要问题。CAM系统必须满足CAPP提出的工艺要求。例如，以下这些考虑对提高数控加工的质量，减少人工干预是十分有意义的， 即：

1.采用合理的下刀方式。例如，切入材料时采用“之”字形下刀或者采用螺旋式下刀。

2.进退刀采取直线加圆弧引入，使进退刀所形成的刀痕达到最小。

3 . 处理对称特征时，为保证加工质量，将加工方向全部调整为顺铣。

4.采用转角减速处理，在加工凹转角处，由于前面的粗加工或精加工工序采用的刀具半径较大，该处残留的材料相对较多，在加工该位置时必须相应地降低速度，以保证切削的质量。以上这些考虑，在CAD/CAM/CAPP 系统中都得到充分体现，特别是将其应用于飞机整体框这样的复杂零件加工中更显出其优势。该系统可使工艺规程编制和数控编程周期缩短1/2～2/3，提高了编程质量。从用户的角度来看， 面向特征的CAD/CAM/CAPP 集成系统具有以下特点：

a.自动化程度高。除了在特征定义阶段用户需要用交互方式根据加工的需要来定义制造特征外，工艺决策和刀位计算阶段都是全自动化的，在这两个阶段又都为用户提供了依据自己特定的需要进行干预 的功能。

b.对使用者要求低。CAPP 的专家系统吸取了企业多年来在数控加工方面积累的经验，使得初学者也可以利用集成系统来完成复杂的工作，减少了工艺设计和编程的任意性，有利于数控编程的规范化和 标准化。

c.知识库具有开放性。由于使用了开放的数据结构，很容易对知识库进行扩充和修改，用户自己可以利用工艺知识库管不相同，有时甚至相差很大，很难使每一个生产任务的工况都在泵的性能曲线的效率高效区内，故我认为选用这样的泵时，除了按本文的第二部分所讲方法外，还应做经济评价，比较一下泵不在高效区范围内进行生产额外附加的费用和重新增加一台泵进行生产的费用，选择一个费用低的方案

基于特征的CAD/CAM/CAPP集成系统，由于其自动化程度高，充分考虑了加工对象的特点，其工艺设计与数控加工的效率和质量都能得到保证，在未来的制造领域中将发挥重要的作用。

3.2陶瓷模具CAD/CAM 制造技术

陶瓷产品设计、制造过程是比较复杂的，不仅以订货需求为依据，还要对相应产品进行仿制或是改制。而陶瓷产品大多数是复杂的形面物体，在一定程度上给其设计和制造带来了一定负担。在这种情况下，就应对其设计和制造环节进行分析并以此为依据，研究新型技术，以便更好满足实际需求。陶瓷产品造型反求工程子系统的出现，在一定程度上促进了其发展。这种造型反求工程子系统是由复杂曲面数字化、曲面重构、曲面拟合及重构曲面评价等构成的。其中曲面数字化方法分为接触式和非接触式两种。一般情况下，陶瓷产品曲面为宽公差复杂曲面，在反求工程中其精度是比较弱的，产品的美学品质则要求的比较高，需要不断的强化。在这种情况下，可以采用数字化设备系统进行强化并通过反求工程处理系统将相应曲面处理成实物三维模型。在此基础上再将相应造型交给CAD统进行相应的改进设计和附件设计。随着CAD/CAM技术不断的发展，其已经在陶瓷快速模具制造上应用。CAD/CAM技术的出现为陶瓷快速模具带来了新动力，实现了陶瓷设计和制造一体化。因车间加工使用的陶瓷模具以成型法为例可以分为石膏模具和等静压模具。在使用这两种模具进行相应制造的时候，可以对其进行注浆或是滚压类模具制造。毕竟这两种方法可以以三维造型为基础并结合相应设计知识建立陶瓷母模三维模型，再通过CAM 系统选择适合的毛坯、刀具和加工及路径并确定相关工艺参数进行相应检查个仿真制作。如果感觉陶瓷母模三维模型合适，就可以将其放置在数控机床上将其加工成脂膜，最后将制作完的脂膜制成工作模型用于实际生产中。同时将母模三维模型输入到快速还原系统中，系统会自动生成树脂或塑胶类母模，可以将这种膜直接用于工业生产中。此外还有静压模具制造，这种制造方法与上一中制造方法类似，是CAM系统通过对CAD系统中输出的静压模具进行相应分析处理后，再经过数控机床进行相应加工制造。

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