ＣＡＤ／ＣＡＭ在工程训练中的应用

摘要：结合工程训练教学特点，介绍了CAD/CAM软件在现代加工技术实践教学中的综合应用。CAD/CAM软件对建立系统、全面的数控技术知识体系，提高学生复杂建模及编程水平、培养学生的工程实践能力有重要的作用。

关键词：工程训练；CAD/CAM；数控仿真；数控加工

CAD/CAM软件一般流程

CAD/CAM（计算机辅助设计及制造技术）借助计算机高速而精确的运算功能，大容量存储和处理数据的功能，丰富而灵活的图形、文字处理功能，将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，从而大大加快产品设计、开发进程。

CAD/CAM与数控机床加工相结合，是现代数控加工技术的主流。利用CAD/CAM软件可以解决复杂编程问题，实现自动编程，特别是对复杂曲线、曲面和实体的编程，可以提高编程效率及数控机床的利用率。此外，在企业中，借助计算机辅助设计与辅助制造功能，可以大大缩短产品的生产周期和降低生产成本。其一般工作流程如图１所示。

图1 CAD/CAM流程图

数控加工机床及网络传输服务

在具备相当规模的数控加工设备时，为提高效率常采用DNC网络传输与管理系统。该系统可实现CAD/CAM系统与数控加工机床间的信息通讯与集成，完成如下任务：CAD/CAM生成的程序传输到数控机床；数控机床NC程序、NC参数的上载；NC程序传输状态监控等。使用DNC网络传输与管理系统，避免了人工通过机床控制面板输入冗长程序指令，提高了数据准确率与设备利用率，充分发挥数控机床的优越性，提高了加工复杂零件的能力。

CAD/CAM在工程训练中的应用

现代制造单元由三部分组成，即用于数控编程训练的CAD/CAM训练室、数控加工设备训练室以及DNC网络传输系统。下面以运用CAXA制造工程师软件加工弯头为例，讲述CAD/CAM在工程训练中的实际应用。

（一）建模

利用软件中的CAD模块建模。利用CAXA制造工程师软件命令绘制出零件造型，可以是线架造型、曲面造型或实体造型，还可以是混合造型。

利用软件标准数据转换接口建模。一般采用DXF格式与Auto CAD交换二维图形数据。采用IGES格式可以进行曲面的转换，但其仅传递一些几何数据和图形数据，常会发生丢面现象。这时可以借助第三方CAD/CAM软件进行转换，或可利用原有曲面边界，重新生成丢失的曲面。实体模型则可借助Parasolid格式进行转换。

图2为弯头二维零件图及三维造型。图形相对简单，既可直接建模，也可通过数据接口导入建模。数据接口导入建模时，要注意转换前后坐标系要一致。如果只考虑加工工艺，造型时可只建立二维线框模型并忽略其边缘圆角，生成加工造型如下图所示。为了生成实体模型，在进行CAM前常需用“造型”→“曲线生成”→“相关线”命令提取实体的边界或曲面的特征线，如交线、投影线、边界线等，以便为后续选择加工轮廓或岛屿做准备。

（二）生成刀路轨迹

首先，应定义毛坯。点击主菜单下的“加工”→“定义毛坯”，或直接点击特征栏加工管理下的毛坯项，设定毛坯大小为200×150×10，基准点为（-50，-25，0）。选择直径为10的端铣刀为加工刀具。

其次，采用区域式加工进行粗加工。第一步，设定关键参数。关键参数为“加工边界”中的“Z设定”和“相对于边界的刀具位置”。在“Z设定”可以设定有效的Z轴加工范围，即设置加工的岛屿深度；“相对于边界的刀具位置”设为边界内侧。第二步，选择毛坯轮廓和岛屿。加工轮廓为毛坯轮廓线，链搜索方向为顺时针，然后按右键结束轮廓选取。选择弯头轮廓定义为岛屿，链搜索方向同样为顺时针，右键结束岛屿选取，系统将自动生成平面区域的加工轨迹。

最后，采用轮廓线加工进行精加工。注意设置“加工参数”中的“偏移类型”和“偏移方向”。“加工边界”中的“Z设定”参数与粗加工相同。

（三）轨迹仿真

选中所生成的区域式粗加工和轮廓线精加工轨迹，用轨迹仿真模块对所生成的刀位轨迹进行仿真，检查加工方法、相应参数、刀具以及加工过程中是否发生过切和干涉等。若仿真结果比较理想，则可直接进行后置处理，自动生成代码。否则需要修改相应参数，或以轨迹进行编辑，以满足最终结果。轨迹仿真如图３所示。

（四）后置处理

所谓后置处理，即将CAD/CAM软件所生成的刀位文件转换成相应数控系统所要求的指令代码格式和程序格式，尽量满足实际机床的要求，减少不必要的修改，提高编程效率。

文中数控铣床采用的是Fanuc系统，应根据Fanuc系统编程指令设置各代码，并设程序起始和结束符为%，其中，“说明”“程序头”“换刀”和“程序尾”部分，可参照相应的后置配置宏程序说明进行调整。

选择“加工”→“后置处理”→“生成G代码”，选取要生成的刀路轨迹，生成加工代码，并将生成的程序通过CAXA网络传输将该代码传输至数控机床进行加工。

参考文献：

[1]刘颖.CAXA制造工程师在数控加工制造中的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2005，（5）.

[2]郭满荣.CAXA制造工程师进行平面轮廓加工的技巧[J].机械工人：冷加工，2003，（2）.

作者简介：

赵亚楠（1979—），女，满族，黑龙江双城人，哈尔滨工程大学工程训练中心助教，研究方向为数控技术及CAD/CAM、机电一体化。（本栏责任编辑：周秀峰）