CADCAM軟件介紹-瀘州職業(yè)技術(shù)學院數(shù)控加工工藝與編程.doc

CAD/CAM軟件介紹一、概述目前計算機自動編程采用圖形交互式自動編程，即計算機輔助編程。這種自動編程系統(tǒng)是CAD(計算機輔助設計)與CAM(計算機輔助制造)高度結(jié)合的自動編程系統(tǒng)，通常稱為CAD/CAM系統(tǒng)，其工作流程如圖所示。自動編程也稱為計算機輔助編程(CAM)，即程序編制工作的大部分或全部由計算機完成，如完成坐標值計算、編寫零件加工程序單等，有時甚至能幫助進行工藝處理。自動編程編出的程序還可以通過計算機或自動繪圖儀進行刀具運動軌跡的圖形檢查，編程人員可以及時檢查程序是否正確，并及時修改。自動編程大大減輕了編程人員的勞動強度，提高效率幾十倍乃至上百倍，同時解決了手工編程無法解決的許多復雜零件的編程難題。工作表面形狀愈復雜，工藝過程愈繁瑣，自動編程的優(yōu)勢愈明顯。自動編程的主要類型有：數(shù)控語言編程(如APT語言)、圖形交互編程(如CAD/CAM軟件)、語音式自動編程和實物模型式自動編程。1圖形交互編程圖形交互編程是以計算機繪圖為基礎(chǔ)的自動編程方法，需要CAD/CAM自動編程軟件支持。這種編程方法的特點是以工件圖形為輸入方式，并采用人機對話方式，而不需要使用數(shù)控語言編制源程序。從加工工件的圖形再現(xiàn)、進給軌跡生成、加工過程的動態(tài)模擬，直到生成數(shù)控加工程序，都是通過屏幕菜單驅(qū)動。具有形象直觀、高效及容易掌握等優(yōu)點。近年來，國內(nèi)外在微機或工作站上開發(fā)的CAD/CAM軟件發(fā)展很快，得到廣泛應用。如美國CNC軟件公司的Mastercam、美國UGS公司的UG、我國北航海爾的制造工程師等軟件，都是性能較完善的三維CAD造型和數(shù)控編程一體化的軟件，且具有智能型后置處理環(huán)境，可以面向眾多的數(shù)控機床和大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)。2自動編程的內(nèi)容與步驟數(shù)控編程是從零件圖紙到獲得合格的數(shù)控加工程序的過程，其任務是計算加工中的刀位點。刀位點一般為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括：分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數(shù)學處理、編寫零件加工程序、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗及首件試切。如圖所示為計算機輔助編程的工作流程。CAM編程是當前最先進的數(shù)控加工編程方法，它利用計算機以人機交互圖形方式完成零件幾何形狀計算機化、軌跡生成與加工仿真到數(shù)控程序生成全過程，操作過程形象生動，效率高、出錯幾率低。而且還可以通過軟件的數(shù)控接口共享已有的CAD設計結(jié)果，實現(xiàn)CAD/CAM集成一體化，實現(xiàn)無圖紙設計制造。為適應復雜形狀零件的加工、多軸加工、高速加工，一般采用計算機輔助編程，其步驟如下：步驟1 零件的幾何建模對于基于圖紙以及型面特征點測量數(shù)據(jù)的復雜零件數(shù)控編程，其首要環(huán)節(jié)是建立被加工零件的幾何模型。步驟2 加工方案與加工參數(shù)的合理選擇數(shù)控加工的效率與質(zhì)量有賴于加工方案與加工參數(shù)的合理選擇，其中刀具、刀軸控制方式、走刀路線的進給速度的優(yōu)化是滿足加工要求、機床正常運行和刀具壽命的前提。步驟3 刀具軌跡生成。刀具軌跡生成是復雜形狀零件數(shù)控加工中最重要的內(nèi)容，能否生成有效的刀具軌跡直接決定了加工的可能性、質(zhì)量與效率。刀具軌跡生成的首要目標是使所生成有刀具軌跡能滿足無干涉、無碰撞、軌跡光滑、切削負荷光滑并滿足要求、代碼質(zhì)量高。同時，刀具軌跡生成還應滿足能用性好、穩(wěn)定性好、編程效率高、代碼量小等條件。步驟4 數(shù)控加工仿真。由于零件形狀的復雜多變以及加工環(huán)境的復雜性，要確保所生成的加工程序不存在任何問題十分困難，其中最主要的是加工過程中 過切與欠切、機床各部件之間的干涉碰撞等。對于高速加工，這些問題常常是致命的。因此，實際加工前采取一定的措施對加工程序進行檢驗并修正是十分必要的。數(shù)控加工仿真通過軟件模擬加工環(huán)境、刀具路徑與材料切除過程來檢驗并優(yōu)化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特點，是提高編程效率與質(zhì)量的重要措施。步驟5 后置處理后置處理是數(shù)控加工編程技術(shù)的一個重要內(nèi)容，它將通用前置處理生成的刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于具體機床數(shù)據(jù)的數(shù)控加工程序。其技術(shù)內(nèi)容包括機床運動學建模與求解、機床結(jié)構(gòu)誤差補償、機床運動非線性誤差校核修正、機床運動的平穩(wěn)性校核修正、進給速度校核修正及代碼轉(zhuǎn)折換等。因此后置處理對于保證加工質(zhì)量、效率與機床可靠性運行具有重要作用。采用CAD/CAM（計算機輔助設計及制造）的技術(shù)已成為整個制造行業(yè)當前和將來技術(shù)發(fā)展的重點。CAD/CAM大大縮短了產(chǎn)品的制造周期，顯著地提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。一個完全集成的 CAD /CAE/CAM 軟件，能輔助工程師從概念設計到功能工程分析到制造的整個產(chǎn)品開發(fā)過程，如圖所示。二、CAD/CAM軟件分類CAD/CAM技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，先后走過大型機、小型機、工作站、微機時代，每個時代都有當時流行的CAD/CAM軟件?，F(xiàn)在，工作站和微機平臺CAD/CAM軟件已經(jīng)占據(jù)主導地位，并且出現(xiàn)了一批比較優(yōu)秀、比較流行的商品化軟件。1. 高檔CAD/CAM軟件高檔CAM軟件的代表有Unigraphics、I-DEAS、Pro/Engineer、CATIA等。這類軟件的特點是優(yōu)越的參數(shù)化設計、變量化設計及特征造型技術(shù)與傳統(tǒng)的實體和曲面造型功能結(jié)合在一起，加工方式完備，計算準確，實用性強，可以從簡單的2軸加工到以5軸聯(lián)動方式來加工極為復雜的工件表面，并可以對數(shù)控加工過程進行自動控制和優(yōu)化，同時提供了二次開發(fā)工具允許用戶擴展UG的功能。是航空、汽車、造船行業(yè)的首選CAD/CAM軟件。2. 中檔CAD/CAM軟件CIMATRON是中檔CAD/CAM軟件的代表。這類軟件實用性強，提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型、工程繪圖，全面的數(shù)控加工，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。3. 相對獨立的CAM軟件相對獨立的CAM系統(tǒng)有Mastercam、Surfcam等。這類軟件主要通過中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型。系統(tǒng)主要有交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。主要應用在中小企業(yè)的模具行業(yè)。4. 國內(nèi)CAD/CAM軟件國內(nèi)CAD/CAM軟件的代表有CAXA-ME、金銀花系統(tǒng)等。這類軟件是面向機械制造業(yè)自主開發(fā)的中文界面、三維復雜形面CAD/CAM軟件，具備機械產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃設計和數(shù)控加工程序自動生成等功能。這些軟件價格便宜，主要面向中小企業(yè)，符合我國國情和標準，所以受到了廣泛的歡迎，贏得了越來越大的市場份額。三、國內(nèi)外流行的CAD/CAM軟件介紹1.AutoCAD簡介美國Autodesk公司為微機開發(fā)的一個交互式繪圖軟件，具有較強的繪圖、編輯、繪制剖面線和圖案、標注尺寸以及方便用戶二次開發(fā)的功能，也具有部分的三維作圖功能。AutoCAD是當今最流行的二維繪圖軟件，擁有廣泛的用戶。2. UGUG（Unigraphics）軟件起源于美國麥道飛機公司，于1991年11月并入世界上最大的軟件公司EDS公司。它是CAD/CAE/CAM一體化軟件，廣泛應用于航天航空、汽車、通用機械及模具等領(lǐng)域。其功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復雜3D實體的造型構(gòu)建。國內(nèi)外已有許多科研院所和廠家選擇了UG作為企業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)。無論裝配圖還是零件圖設計，都從三維實體造型開始，使圖形直觀、逼真。三維實體生成后，可自動轉(zhuǎn)換成工程圖（如三視圖、軸側(cè)圖、剖試圖等）。其三維CAD是參數(shù)化的，修改一個草圖尺寸，就使零件相關(guān)的尺寸隨之變化。該軟件還具有人機交互方式下的有限元分析，并可對任何實際的二維及三維機構(gòu)進行復雜的運動學分析和設計仿真，以及完成大量的裝配分析工作。一般認為UG是業(yè)界中比較有代表性的數(shù)控軟件。UG/CAM提供了一整套從鉆孔、線切割到5軸銑削的單一加工解決方案。在加工過程中的模型、加工工藝、優(yōu)化和刀具管理上，都可以與主模型設計相聯(lián)接，始終保持最高的生產(chǎn)效率。把UG擴展的客戶化定制的能力和過程捕捉的能力相結(jié)合，您就可以一次性地得到正確的加工方案。UG-CAM由五個模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。（1）交互工藝參數(shù)輸入模塊通過人機交互的方式，用對話框和過程向?qū)У男问捷斎氲毒摺A具、編程原點、毛坯、零件等工藝參數(shù)。（2）刀具軌跡生成模塊UG-CAM最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能： 完成各種孔加工； 平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切以及輪廓加工等； 固定多軸投影加工。用投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點或一組曲線； 可變軸投影加工； 等參數(shù)線加工?？蓪螐埱婊蚨鄰埱孢B續(xù)加工； 裁剪面加工； 粗加工。將毛坯粗加工到指定深度； 多級深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工； 曲面交加工。按照零件面、導動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程度的控制。（3）刀具軌跡編輯模塊刀具軌跡編輯器可用于觀察刀具的運動軌跡，并提供延伸、縮短或修改刀具軌跡的功能。同時，能夠通過控制圖形的和文本的信息去編輯刀軌。因此，當要求對生成的刀具軌跡進行修改，或當要求顯示刀具軌跡和使用動畫功能顯示時，都需要刀具軌跡編輯器。動畫功能可選擇顯示刀具軌跡的特定段或整個刀具軌跡。附加的特征能夠用圖形方式修剪局部刀具軌跡，以避免刀具與定位件、壓板等的干涉，并檢查過切情況。刀具軌跡編輯器主要特點：顯示對生成刀具軌跡的修改或修正；可進行對整個刀具軌跡或部分刀具軌跡的刀軌動畫；可控制刀具軌跡動畫速度和方向；允許選擇的刀具軌跡在線性或圓形方向延伸；能夠通過已定義的邊界來修剪刀具軌跡；提供運動范圍，并執(zhí)行在曲面輪廓銑削加工中的過切檢查。（4）三維加工動態(tài)仿真模塊UG/Verify交互地仿真檢驗和顯示NC刀具軌跡，它是一個無需利用機床，成本低，高效率的測試NC加工應用的方法。UG/Verify使用UG/CAM定義的BLANK作為 初始的毛坯形狀，顯示NC刀軌的材料移去過程，檢驗包括錯誤如刀具和零件碰撞曲面切削或過切和過多材料。最后在顯示屏幕上的建立一個完成零件的著色模型，用戶可以把仿真切削后的零件與CAD的零件模型比較，因而他們可以方便地看到，什么地方出現(xiàn)了不正確的加工情況。（5）后置處理模塊UG/Postprocessing包括一個通用的后置處理器(GPM),使用戶能夠方便地建立用戶定制的后置處理。通過使用加工數(shù)據(jù)文件生成器(MDFG),一系列交互選項提示用戶選擇定義特定機床和控制器特性的參數(shù)，包括：控制器和機床特征、線性和園弧插補、標準循環(huán)、臥式或立式車床、加工中心等等。這些易于使用的對話框允許為各種鉆床、多軸銑床、車床、電火花線切割機床生成后置處理器。后置處理器的執(zhí)行可以直接通過Unigraphics或通過操作系統(tǒng)來完成。3. Master CAMMaster CAM是由美國CNC Software 公司推出的基于PC平臺上的CAD/CAM軟件，它具有很強的加工功能，尤其在對復雜曲面自動生成加工代碼方面，具有獨到的優(yōu)勢。由于Master CAM主要針對數(shù)控加工，零件的設計造型功能不強，但對硬件的要求不高，且操作靈活、易學易用且價格較低，受到中小企業(yè)的歡迎，是我國目前十分流行的CAD/CAM系統(tǒng)軟件。它有以下特點：（1） Mastercam除了可產(chǎn)生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D、圖形設計、尺寸標注、動態(tài)旋轉(zhuǎn)、圖形陰影處理等功能）可直接在系統(tǒng)上制圖并轉(zhuǎn)換成NC加工程序，也可將用其他繪圖軟件繪好的圖形，經(jīng)由一些標準的或特定的轉(zhuǎn)換文件如DXF文件、CADL文件及IGES文件等轉(zhuǎn)換到Mastercam中，再生成數(shù)控加工程序。（2） Mastercam是一套以圖形驅(qū)動的軟件，具有各種連續(xù)曲面加工功能、自動過切保護以及刀具路徑優(yōu)化功能，可自動計算加工時間，并對刀具路徑進行實體切削仿真，而且它能同時提供適合目前國際上通用的各種數(shù)控系統(tǒng)的后置處理程序文件。以便將刀具路徑文件（NCI）轉(zhuǎn)換成相應的CNC控制器上所使用數(shù)控加工程序（NC代碼）。如FANUC、MELADS、AGIE、HITACHI等數(shù)控系統(tǒng)。（3） Mastercam能預先依據(jù)使用者定義的刀具、進給率、轉(zhuǎn)速等，模擬刀具路徑和計算加工時間，也可從NC加工程序（NC代碼）轉(zhuǎn)換成刀具路徑圖。（4） Mastercam系統(tǒng)設有刀具庫及材料庫，能根據(jù)被加工工件材料及刀具規(guī)格尺寸自動確定進給率、轉(zhuǎn)速等加工參數(shù)。（5） 提供RS232C接口通訊功能及DNC功能。4. Pro/EPro/E（Pro/Engineer）是美國PTC（Parametric Technology Corporation，參數(shù)技術(shù)公司）公司研制和開發(fā)的軟件，它開創(chuàng)了三維CADCAM參數(shù)化的先河。該軟件具有基于特征、全參數(shù)、全相關(guān)和單一數(shù)據(jù)庫的特點，為三維實體造型提供了一個優(yōu)良的平臺，其工業(yè)設計方案可以直接讀取內(nèi)部的零件和裝配文件，當原始造型被修改后，具有自動更新的功能，可用于設計和加工復雜的零件。另外，它還具有零件裝配、機構(gòu)仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程等功能，該軟件也具有較好的二次開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)交換能力，Pro/Engineer系統(tǒng)的核心技術(shù)具有以下特點：（1）基于特征。將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可變參數(shù)，進而形成實體，以此為基礎(chǔ)進行更為復雜的幾何形體的構(gòu)建。（2）全尺寸約束。將形狀和尺寸結(jié)合起來考慮，通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制。（3）尺寸驅(qū)動設計修改。通過編輯尺寸數(shù)值可以改變幾何形狀。（4）全數(shù)據(jù)相關(guān)。尺寸參數(shù)的修改導致其他模塊中的相關(guān)尺寸得以更新。如果要修改零件的形狀，只需修改一下零件上的相關(guān)尺寸。Pro/Engineer的CAD模塊的功能很強大，已廣泛應用于模具、工業(yè)設計、航天、玩具等行業(yè)，并在國際CAD/CAM/CAE市場上占有較大的份額。它可以創(chuàng)建最佳加工路徑，并允許NC編程人員控制整體的加工路徑直到細節(jié)的部分。該軟件還支持高速加工和多軸加工，帶有多種圖形文件接口。5. CimatronCimatron是以色列為了設計開發(fā)噴氣式戰(zhàn)斗機所開發(fā)出來的軟件。它集成了設計、制圖、分析和制造，是一套結(jié)合機械設計與NC加工的CAD/CAE/CAM軟件。在一個統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，用戶可以完成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計、零件設計、輸出設計圖紙，可以根據(jù)零件的三維模型進行手工或自動的模具分模，再對凸、凹模進行自動的NC加工，輸出加工的NC代碼。Cimatron CAD/CAM工作環(huán)境是專門針對工模具行業(yè)設計開發(fā)的。在整個工具制造過程中的每一階段，用戶都會得益于全新的、更高層次的針對注模和沖模設計與制造的迅速性和靈活性。CAM模塊為加工制造業(yè)提供了從2軸到5軸可靠的NC功能，其走刀路徑能沿著殘余量小的方向?qū)ふ易罴崖肪€，使加工路徑最優(yōu)化，從而確保制造過程無過切現(xiàn)象。CAM的優(yōu)化功能使加工零件達到最好的加工質(zhì)量，此功能明顯優(yōu)于其他同類產(chǎn)品。6. CAXACAXA（Computer Aided X Advanced，X意味著擴充）制造工程師是由我國北京北航海爾軟件有限公司面向我國工業(yè)界推出的包括數(shù)控加工、工程制圖、注塑模具設計、注塑工藝分析及數(shù)控機床通訊等一系列CAD/CAE/CAM軟件的總稱。它基于微機平臺，全中文界面，便于輕松地學習和操作。CAXA電子圖板全面采用國標設計，擁有工程標注以及國標機械零件圖庫，是一個高效、方便、智能化的通用二維繪圖軟件，可幫助設計人員進行零件圖、裝配圖、工藝圖表及平面包裝等設計。CAXA制造工程師是面向機械制造業(yè)的三維CAD/CAM軟件，具有生成二至五軸的加工代碼的數(shù)控加工功能，可用于加工復雜曲面的零件。其特點是易學易用、價格較低，已在國內(nèi)眾多企業(yè)和研究院所得到應用。7. Solid Edge美國Solidworks公司的一套智能型高級3D實體造型設計軟件。其擁有直觀式的設計空間，是三維實體造型CAD軟件中用得最普遍的一個軟件。Solidwokrs 可充分發(fā)揮用三維工具進行產(chǎn)品開發(fā)的威力，它提供從現(xiàn)有二維數(shù)據(jù)建立三維模型的強大轉(zhuǎn)換工具。Solidworks 能夠直接讀取DWG格式的文件，在人工干預下，將 AutoCAD 的圖形轉(zhuǎn)換成Solidworks三維實體模型。Solidworks 軟件對于熟悉Windows的用戶特別易懂易用，它的開放性體現(xiàn)在符合Windows標準的應用軟件，可以集成到Solidworks軟件中，從而為用戶提供一體化的解決方案。它使用最新的物體導向軟件技術(shù)，采用特征管理員的參數(shù)式3D設計方式及高效率的實體模型核心，并具有高度的文件兼容性，可載入編輯及輸出IGES、 Parasolid、STL、ACIS、STEP、TIFF、VDAFS、VRML等文件格式，可迅速而又簡捷地將一個模型分解為型芯和型腔。Solid Edge 將裝配設計、零件造型、鈑金設計和圖紙生成結(jié)合在一起，為用戶提供了從二維到三維的設計及加工等功能，CAM部分自動工藝性能好。8. CATIA CATIA是法國達索（Dassault）飛機公司開發(fā)的產(chǎn)品。CATIA是最早實現(xiàn)曲面造型的軟件，它開創(chuàng)了三維設計的新時代，它的出現(xiàn)，首次實現(xiàn)了計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，使CAM技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。CATIA系統(tǒng)如今已經(jīng)發(fā)展為集成化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，它具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫和應用程序接口，能方便地實現(xiàn)二維元素和三維元素之間的轉(zhuǎn)換，具有平面或空間機構(gòu)運動學方面的模擬及分析功能。它的主要特點是三維建模能力強，具有建立線框、表面和實體模型的能力，它的曲面造型功能更為突出。在CATIA中與制造相關(guān)的模塊有：（1）制造基礎(chǔ)框架（2）2軸半加工編程器（3）曲面加工編程器（4）多軸加工編程器（5）注模和壓模加工輔助器（6）刀具庫存取9. Mechanical DesktopMechanical Desktop是Autodesk公司為機械設計專門設計的新系統(tǒng)。Mechanical Desktop通過融合二維與三維的設計擴展了AutoCAD設計環(huán)境的能力。這套CAD/CAE/CAM軟件可以由MDT/Inventor完成三維模型及其裝配設計，利用MSC/FEA進行需要的分析，利用HyperMILL系統(tǒng)進行相關(guān)零部件的數(shù)控編程，自動生成NC代碼。10. SolidCAMSolidCAM是專業(yè)多軸數(shù)控加工軟件