CAD/CAM软件技术及其在数控机床中的应用

　　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软件技术也在飞速发展,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,被广泛应用在不同加工场合,大大节省了设计制造的时间周期,并在一定程度上提高了精度和速度。

　　1　数控机床与CAD/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、自动控制技术等多种学科的集成,是一门新兴而又发展十分迅速的高新技术,对机电工业及国民经济的发展具有十分重要的作用。同时,数控技术也是发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发展的前沿。

　　现代数控系统,采用了交流数字伺服系统。伺服电机的位置、速度和电流都实现数字化,作为伺服控制方式也采用了超出以前的控制理论,实现了不受机械负荷变动影响的高速响应伺服系统。从世界伺服系统的发展来看,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,所以此课题有很广泛的发展空间。

　　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,大容量存储和处理数据的能力,丰富而灵活的图形、文字处理功能与设计者的创造性思维能力、综合分析及逻辑判断能力结合起来,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技术包括下列功能:几何建模、计算分析、仿真与实验、绘图及技术文档生存、工程数据库的管理和共享。

　　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,包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及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。南京工业大学运动控制研究所生产的NUT系列数控雕刻机床采用控制板卡与PC连接,Windows操作控制界面控制数控电机;电气部分采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。使用各种CAD /CAM软件将加工思想经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进而加工成品。

　　南京工业大学运动控制研究所自行研究设计的NUT系列数控机床,结合了雕刻机和各种设计加工软件。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和模块。

　　在这整个的流程中对于软件的要求很多,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。对于软件大致又可以分为以下几个部分。

　　(1) 设计软件

　　进行零件的绘制,如很流行的绘图软件AutoCAD以及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,也包括能用来实现加工的各种其它软件。

　　(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同分为二维,二维半和三维CAM软件。如:北航海尔的CAXA, CAXA制造工程师以及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,主要包括设置加工环境,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,其主要工作是计算机与数控机床的通讯,可以通过COM接口完成数据串行通讯,或者通过LPT实现并行通讯。这就需要了解不同厂家对其通讯接口应用不同连线和接口协议。但在实际中,人们往往利用的是控制板卡即所谓的机床控制器。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控制卡及其软件产品,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　不同软件数据间的文件转换

设计制造软件较多,而应用范围各有不同,所以不同软件间的交互也是设计者必须考虑到的问题。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和刀具路径,利用CAM软件自动生成NC代码;其它非CAD的设计软件的