cadcam技术在各工业部门中的应用实例

cadcam技术在各工业部门中的应用实例内容摘要：

还要进行更重要的 G代码选择， M 代码选择以及其它 NC程序语言标准的选择。 通过 SurfCAM通用后置处理软件包可生成适合于国内外几十种不同厂家生产的各类数控机床或加工中心的 NC代码。 （ 5）．数据通信及 NC力工 数控代码自动生成后，经仿真验证无问题后，既可向数控机床传送 NC 代码，传统的数控程序是用穿孔纸带通过光电阅读机输入到数控机床上，这样不仅加工成本高而且传送环节多，速度慢，容易出错。 本系统通过一般数控机床 和微机都具有的 RS232C异步串行口，实现微机与加工中心的直接通信。 利用 SurfCAM 软件的 SDNC 系统，通过设置微机与加工中心的传输参数：接口号；波特率；校验；传输位；停止位；代码标准等将微机的数控代码直接发送给数控机床，从而实现微机与加工中心之间的数据通信，进而控制机床完成零件的切削加工。 实例 5 注塑模型腔 CAD/CAM一体化的实现 本实例是选择了曲面要求越来越复杂的注塑模型腔为对象，进行了 CAD/CAM技术的应用研究工作，并成功地在微机上利用 MasterCAM、 SurfCAM 等软件实现了模具的从几何设计到加工制造的 CAD/CAM一体化。 一般注塑模型腔的 CAD/CAM 过程如图 129所示。 下面将从型腔几何造型设计、刀具路径及 NC程序生成、数据通信等几个方面进行详细讨论。 型腔几何造型设计 曲线曲面的几何造型设计是注塑模具型腔 CAD/CAM的 基础。 在进行该项工作之前，应对型腔型面的特征进行透彻理解，选用合理的曲线面类型与造型方法，以使构造出来的曲面符合实际要求。 （ 1）、曲线的几何造型设计与处理 曲线的几何造型设计与处理的目的是为了构造型腔的曲面边界，它是后续曲面造型设计与处理的基础和前提。 曲线的几何造型设计与处理过程是：通过画直线、画面弧及圆、画椭圆、画 B 样条曲线，画 NURBS(NonUniform Rational BSpline)曲线的方法生成基本线框几何元素，然后对所得的线框几何元素进行各种造型处理，如修剪、倒圆、打断、连接 、延伸、偏移和平移等手段以最终生成所需的型腔曲面边界。 曲线的造型设计中，构造生成自由曲线是其中的难点，也是传统设计方法所难以达到的。 其具体方法是：先通过一定的解析式计算或样品测量得到一系列的型值点，然后选取这些型值点用 BSpline 或 NURBS曲线的功能进行拟合得到。 （ 2）、曲面的几何造型设计与处理 注塑模型腔通常设计成各种复杂的曲面，而这些曲面的形状及特性各不相同，变化多样，必须采用合适的曲面造型方法来构造它们，常用的方法有如下五种：①旋转曲面，②直纹曲面，③扫描曲面 (其中包括牵引曲面 )，④孔斯曲面，⑤举升曲面。 旋转曲面是型腔型面中常见的一种 (如球面、锥面等 )，也是一种较简单的曲面，它的构造要点是注意按实际要求生成正确的线框几何元素然后确定旋转轴。 直纹面也是型腔面中较常见的一种曲面，它的造型要点是按实际型面的要求生成所需的 V向等参数线 (即直纹面的直线方向 )。 扫描曲面是型腔型面中最常见的一种曲面，它由发生曲线沿方向控制曲线运动变化而生成。 这种曲面的造型要点是：①仔细分析曲面应由哪几条曲线组成及确定各曲线间的运动关系，以便选择合理的运动方式构造曲面；②合理地选择主方向控制线、方向控制线及发生曲 线，使所选的曲线能够很好地满足曲面造型需要。 Coons曲面是复杂型腔型面中最常见的一种曲面，它的构造方式灵活方便，在型腔曲面造型中具有很重要的地位。 Coons曲面造型的要点是：①根据实际型面要求定义合理的曲面边界曲线。 ②合理选择主控制方向曲线和发生曲线。 举升曲面在型腔型面中出现的机会较少，而在型芯、电极型面中稍多些，其造型处理要点是依次选择各截断面外形作为发生线，再选取各外形两端点生成线作为主控制方向曲线。 曲面造型处理有如下几种方法：①曲面圆弧过渡处理；②曲面修养处理；③曲面光顺处理。 刀具路径 及 NC程序生成 在型腔 CAD/CAM 的实践过程中，曲线曲面造型与数控刀具路径的生成是实施型腔CAD/CAM的两个关键。 曲线曲面造型是刀具路径生成的基础，而型腔加工的准确性只能在生成合理的刀具路径前提下才能保证。 对于有凸有凹及弧岛的自由曲面加工，若采用平头刀进行加工，则在曲面的凹部位及曲面上凸凹之间的部位可能会发生过切。 因此，为达到较理想的加工精度，一般采用球头刀加工且选择直径合理的球头刀如图 1210示。 图 1210 球头刀中心轨迹 （ 1）、用球头铣刀、行切法加工自由曲面的刀具轨迹计算 假设曲面点的坐标为 (Xp,Yp,Zp)，此点的法向量为 =(Ap,Bp,Cp),设球头刀的 半径为R，球头刀在加工过程中始终与曲面相切，如图 1018所示。 刀具在切削此点时的中心轨迹坐标为： Xc=Xp+Rcosα （ 101） Yc=Yp+Rcosβ （ 102） Zc=Zp+Rcosγ （ 103） 其中： cosα =Ap/t, cosβ =Bp/t, cosγ =Cp/t, 随着 (Xp,Yp,Zp)在曲面上按之字形移动，则刀具球头的球心按一定的轨迹移动。 加工时，球心按这条轨迹移动，加工出我们所设计的曲面形状。 （ 2）、刀具路径生成及检查 选择合适的加工刀具，确定各轴的切削容差，选择走刀方式及切削方向后，再确定残留高度，主从方向的切 削步距及安全高度 (主轴原点与进刀点间的高度 )，然后选取合适的切削参数 (主轴转速、切削进给速度及切深等 )，以此作为输入参数，生成刀具路径文件 (NCI文件 )。 NCI 文件生成后应进行模拟显示，看其是否光顺，如有不合理的波折，应将其去除，然后再进行后置处理。 （ 3）、 NC程序的生成及校验 后置处理是指刀具路径转换成 NC 程序的过程， NCI文件必须经后置处理程序转换成 NC文件才能被数控系统所接受。 本例所用的数控系统是日本 FANUC系统和意大利 Fidia系统。 针对这两种 CNC系统，编制了相应的后置处理文本 文件 ，经实践检验，它们能满足相应 CNC系统的要求。 经后置处理产生的 NCA程序并不能马上传输给数控机床执行，必须进行检查，以避免出现错切、漏切、打刀等，保证模具的加工质量，确保机床和操作人员的人身安全。 检查的主要内容有：①格式是否正确，② G、 M 代码是否正确，③安全高度是否合适，④切削参数是否有错， ⑤ X、 Y、 Z的坐标值特别是正负号是否正确，⑥程序的总数目有多大。 数据通信及 NC加工 通过后置处理程序产生的 NC 程序存储在计算机的硬盘上，必须传输 到机床 CNC 系统的程序存储器才能用来控制数控机床的切削加工。 我们采用通用的 RS232C 接口来实现微机与数控铣床及加工中心的通信。 微机与加工中心 FANUC系统的传输参数是：①接口号： COM1；②波特率： 4800；③校验：奇 (odd)。 ④传输位： 8；⑤停止位： 1；⑥代码标准： BIA。 实验已证明：在两台 586微机系统上，以 MasterCAM、 SurfCAM等软件为基础，选择符合实际型腔形状要求的曲线曲面造型设计与处理方法，再产生刀具路径，经后置处理生成NC程序，然后经 RS232C通用接 口与机床 CNC系统通信，达到微机与数控机床的直接数控，从而实现了注塑模型腔从几何设计到加工制造的 CAD/CAM一体化，成功地加工出了电饭煲面盖型腔及分体空调面板模型腔等实际产品。 通过此 CAD/CAM系统的研究与实践，主要取得了以下成果： (1)以往经手工编程无法解决的自由曲线曲面编程问题，通过计算机辅助几何设计 (GAGD)的自由曲线曲面造型设计与处理得到了完好解决，而且速度快、质量高。 (2)通过微机与机床的直接数控加工，节省了时间，减少了不必要的人工干预，提高了工效。 除工件安装和 对刀外，可以不再需要专门的机床操作人员操作。 CAD/CAM一体化的实现，使模具型腔设计制造的效率提高了约 35倍。 四、 Pro/Engineer 软件在模具工业中的应用 实例 6 在铸造模具开发中的应用 系统配置及三维建模 对于型面十分复杂、带有多处圆滑过渡及圆弧面的铸造模具来说 ,采用传统的二维工程图设计和仿型加工是难以符合要求的 ,二维工程图表达零件三维信息的局限性 ,以及复杂型面的精确加工都是制约这类铸造模具开发的瓶颈。 为配合 ZF配套件国产化 ,完成精度要求较高的铸件生产 ,本例采 用先进的三维 CAD/CAM/CAE工程软件对其中 10种复杂型面的铸件进行铸造模具的开发 ,以此解决传统设计和制造存在的问题。 如图 1211所示。 为保证开发成功 ,必须选用技术成熟、功能较强、使用维护方便的通用工程软件 ,目前彩的是Pro/ENGINEER (以下简称 Pro/E)。 为加快开发进度 ,配备了一台高性能 的 HP715工作站、三台 Pentiunt Pro 的 HP微机的四台 Pentium微机 ,安装 Window NT操作系统 ,全部的计算机联网以便工作联系和模型传递 ,辅以 HPDesignJet600绘图仪和 Inte CAD工程绘图软件 ,构成合理完整的铸造模具开发环境。 建立零件设计模型。 Pro/E中提供了十分丰富的特征类型 ,这些特征是零件建立的结构单元 ,它们以一定的逻辑次序合并在一起 ,新建立的特征以前面建立的特征为尺寸和几何图形基准 ,这样相关特征之间就建立了“父子关系”。 当父特征改变时 ,子特征自动相应父特征的有关变化而重新生成。 零件造型任务是将一个复杂设计由特征合成零件 ,由零件合成子装配并最终建立完整的装配体。 这个过程也可以以自顶向下的方式进行 ,即由最终的装配体逐步分解 ,分解成子装配 ,进而零件 ,进而特征。 这是目前最先进和实用的零件造型概念。 图 1212 建立产品零件的三维设计模型 在铸造模具开 发前 ,首先必须建立铸造产品零件的三维设计模型。 设计模型是铸造工艺设计、模具设计、零件制造的基础模型 ,关系到铸造模具开发的成败 ,项目组经过二周的软件强化培训 ,开始建立 10 种铸造产品的设计模型 ,在建立过程中充分运用 Pro/E软件强大的实体造型和曲面造型功能 ,即丰富的特征类型 ,将 ZF提供的二维工程图信息 ,在 Pro/E软件中建立产品零件的三维设计模型。 为确认设计模型的正确性 ,除在软件中检查尺寸外 ,还将设计模型转化为与原图比例及投影构图一致的二维工程图并绘成底图 ,然后将底图蒙在原图上逐一进行视图的比并在设计模型中修改 直至完全正确无误。 如图 1220所示。 铸造工艺及模具设计 （ 1）、计算机辅助铸造工艺设计 目前计算机辅助铸造工艺设计是铸造行业急需推广应用的新技术 ,在该项目中我们首次采用 Pro/E工程软件中 CASTING模块进行计算机辅助铸造工艺设计 ,采用 Pro/CASTING进行铸造模型工艺设计流程如图 1213 所示。 ①建立铸造模型。 建立铸造模型并将设计模型装配到其中 ,当设计模型装入铸造模型 ,即作为一个参考模型被替代了。 参考模型是设计模型的一个拷贝 ,它们之间建立了一个关联关系。 如图 1214所示。 图 1214 铸造模型装配图 ②确定参考模型的最优开模方向和附加拔模斜 度的区域。 这可通过检查参考模型的拔模斜度来决定一个最优开模方向 ,根据工艺需要 ,给参考模型增加拔模斜度及圆角。 ③生成参考模型的人模线和铸造模型的分模面。 分模线是一种铸造特征 ,用于确定分模面的位置。 ④设置参考模型的缩水率。 为整个模型设置不同方向的缩水率 ,也可为个别尺寸设定缩水率。 ⑤铸造模型特征操作。 填补加工孔、设计砂芯、增加流道浇冒口等特征、装配或生成砂型砂芯 ,沿分模面分离砂型砂芯、定义开模步骤 ,还可以检查干涉并对模型进行必要的修改。 ⑥生成铸造结果零件和检查结果零件的壁厚 、形状及缺陷 ,并进行必要的修改。 ⑦生成砂型和砂芯以及生成铸造工艺图。 命名上下砂型和砂芯 ,并存储作为铸造工艺设计的输出。 由铸造模型生成二维工艺图并输出作为生产用图。 采用计算机辅助铸造工艺设计开发铸造模具与传统设计方法一样都是基于铸造工艺及设计模型。 工艺确定在铸造工艺设计中是至关重要的。 工艺包括开模方向、拔模斜度、分模线分模面、缩水率以及浇注系统生产工艺流程。 工艺选择得准确、合适 ,不仅铸件尺寸 (形状 )精确 ,而且制芯、下芯、合箱都很方便 ,不仅提高生产率 ,也降低成本。 根据 ZF铸件较高精度要求和柳工生产情况 ,我们采用具有国际先进水平的 IMF树脂砂流水线和 L40/L10射芯机进行生产 ,并对浇注系统进行设计革新 ,用完全开放式浇注系统取代了封闭式浇注系统 ,截面系统比例为 : F 直 : F 横 : F 内 =1: : ,并在浇注系统中放置了 FOSECO 公司的泡沫陶瓷过滤网和保温冒口。 这种浇注系统的突出优点是。