自动化编程CADCAM技术的优越性

0.前言

数控编程是数控专业最核心的技术,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程；计算走刀轨迹,得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切.数控编程一般分为手工编程和自动编程两种,手工编程按照数控系统操作编程说明书,自动编程由CAD/CAM软件完成.本文分别论述各自优势特点.

1.手工编程

手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成.它要求编程人员不仅要熟悉数控系统指令及编程规则,而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力.主要用于点位加工（如钻、镗孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工,计算量小,程序段数有限,编程直观易于实现,灵活、经济、及时易于掌握.无需较高的专业文化水平,主要适用于数控机床操作者.

通过控系统操作面板（CRT）,直接将G指令、M功能及坐标地址XYZ等编制程序,国内数控系统主要采用德国的西门子、日本的发那科,国际上广泛采用ISO国际标准化组织标准代码,目前手工编程仍广泛应用.如三一、中联重科、徐工科技、北方重工等工程机械类.

2.自动化编程（CAD/CAM）

对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件,刀具轨迹数据计算相当繁琐,工作量大,极易出错,且很难校对,有些甚至根本无法完成,必须用自动编程的方法编制程序.

自动编程是对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过后置处理生成加工程序,称为自动编程.加工程序通过直接通信的方式送入数控系统,指挥机床工作.是CAD(计算机辅助设计)与CAM(计算机辅助制造)高度结合的自动编程系统,通常称为CAD/CAM系统.是当前最先进的数控加工编程方法,它利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程,操作过程形象生动,效率高、出错几率低.而且还可以通过软件的数据接口共享已有的CAD设计结果,实现CAD/CAM集成一体化,实现无图纸设计制造. 常用自动编程软件有美国Unigraphics Solution公司的UG,法国达索（Dassault）公司的CATIA,美国 PTC 公司的Pro/E等.

2.1零件三维建模（CAD）

交互式图形自动编程系统（CAD/CAM）,可通过三种方法获取和建立零件几何模型：

（1）软件本身提供的CAD设计模块.

（2）其他CAD/CAM系统生成的图形,通过标准图形转换接口（例如STEP,DXFIGES,STL,DWG,PARASLD,CADL,NFL等）,转换成本软件系统的图形格式.

（3）逆向工程,通过三坐标测量机数据或三维多层扫描数据生成零件三维数模.

准确完善的零件三维造型,是保证零件加工质量的前提和基础.

2.2生成刀具路径(CAM)

在完成了零件的几何造型以后,交互式图形自动编程系统第二步要完成的是产生刀具路径.使用自动编程软件加工（CAM）模块,将三维模型转换为数控加工代码传输给机床数控系统进行加工.其基本过程为：

首先确定加工类型（轮廓、点位、挖槽或曲面加工）,用光标选择加工部位,选择走刀路线或切削方式.选取或输入刀具类型、刀号、刀具直径、刀具补偿号、加工预留量、进给速度、主轴转速、退刀安全高度、粗精切削次数及余量、刀具半径长度补偿状况、进退刀延伸线值等加工所需的全部工艺切削参数. 软件系统根据这些零件几何模型数据和切削加工工艺数据,经过分析、计算、处理,生成刀具运动轨迹（图1）,与采用哪一种特定的数控机床、系统无关,是一个中性文件,通过后置处理文件,生成机床能识别的NC代码.

图1 UGNX建模与刀具路径

2.3后置处理（Post Builder）

后置处理是自动化编程技术的关键技术之一,作为CAD/CAM 系统与机床数控系统连接的纽带,直接影响自动编程系统的使用效果和零件的加工质量、效率以及机床的可靠运行.目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序.由于各种机床使用的数控系统各不相同,例如：SIEMENS,FANUC等系统,每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同,为此,自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件,这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序.目前绝大多数优秀的CAD/CAM软件提供开放式的通用后置处理文件.只要稍加修改,就能满足多种数控系统的要求.生成机床能识别的NC代码.飞机零件现场加工如图2.

图2 飞机零件加工

3.自动化编程CAD/CAM技术的优越性

无论在提高生产率、改善质量方面,还是降低成本、减轻劳动强度方面,CAD/CAM技术的优越性是传统的零件设计制造方法所不能比拟的.

（1）CAD/CAM可以提高零件设计和制造水平, 从而提高零件质量.在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识,为零件的设计和制造工艺制定提供了科学依据.CAD/CAM技术极大地提高了加工能力,可加工传统方法难以加工或根本无法加工的复杂模具型腔,满足了生产要求.

（2）CAD/CAM可以节省时间,提高效率.设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间.CAD与CAM一体化可显著缩短从设计到制造的周期.

（3）CAD/CAM技术可以大幅度降低成本.计算机的高速运算和自动化绘图大大节省了劳动力.优化设计节省了原材料.生产准备时间缩短,产品更新换代加快,大大增强了产品的市场竞争能力.

（4）CAD/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程中释放出来,使其可以从事更多的创造性劳动.

4.结束语

现代数控编程是两者紧密相连,制造加工企业必须根据产品特点,充分发挥两种数控编程方式各自优势,并进行优化结合,优势互补.才能发挥出零件加工的最高效率和质量!