【文章內容簡介】 ，較國外的落后，但也取得了一些較好的成果，也自行研發(fā)了一些數(shù)控編程系統(tǒng)，主要情況如下：（1）CAD/CAM 系統(tǒng)共同開發(fā)， CAM 系統(tǒng)充分利用 CAD 模型中的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及雙向反饋。 例如，浙江大學化工機械研究所 CAD 室,采用離散設計方法和 UG 軟件的點、線、面造型功能，實現(xiàn)鞋楦模型的建立和修改,分析了鞋楦數(shù)控加工原理，利用 UG 的變軸銑削加工功能，由 UG/Open GRlP NC 實現(xiàn)自動的鞋楦數(shù)控編程,開發(fā)出了鞋楦 CAD/CAM 系統(tǒng)。此外，1994 年,廣船國際股份有限公司在 TRIBON 系統(tǒng) (由瑞典 KCS 公司開發(fā)的一套用于輔助船舶設計與建造的計算機軟件集成系統(tǒng) )的基礎上, 開發(fā)出了具有廣船國江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）4際特色的 GSI－CAD/CAM 系統(tǒng), 該系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)船體設計子系統(tǒng) ,可使船體結構建模、零件生成、套料，生成切割指令以及切削仿真一次性完成, 大大縮短了開發(fā)周期，他們就是充分利用產(chǎn)品在設計、加工以及仿真檢驗等各個模塊信息的集成，使之實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高了系統(tǒng)的可行性。（2）工藝模塊的逐漸集成運用到 CAM 系統(tǒng)當中。隨著產(chǎn)品的多樣化的發(fā)展， 特別是隨著復雜零件的生產(chǎn)需求不斷擴大，零件的加工工藝水平就成為亟待解決的問題。一些有關 CAM 系統(tǒng)開發(fā)的支撐技術也發(fā)展得比較快，如南京電子技術研究所,提出了 UG 加工數(shù)據(jù)庫應用的一種實用方案,通過 UG 內置加工數(shù)據(jù)庫與刀具庫存管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的集成,實現(xiàn)數(shù)控編程系統(tǒng)與刀具庫存管理系統(tǒng)的信息共享,為 UG CAM 系統(tǒng)的開發(fā)提供了有力的技術支持。東華大學機械工程學院劉佳亮、李蓓智等開發(fā)的基于 UG 平臺二次開發(fā)的數(shù)控加工 CAPP 系統(tǒng)，利用 UG 提供的基本功能和二次開發(fā)工具，開發(fā)出一套基于知識庫的數(shù)控加工 CAPP 系統(tǒng)，將加工各種零件所獲得的知識，經(jīng)過分析處理，保存在數(shù)據(jù)庫中，運用工藝規(guī)劃模塊幫助缺少經(jīng)驗的編程人員快速生成對應加工特征的合理加工參數(shù)，縮短了零件加工的周期，提高了加工效益并獲得穩(wěn)定的加工質量。東方汽輪機廠在基于 PRO/E 系統(tǒng)的基礎上,開發(fā)了汽輪機汽缸數(shù)控加工 CAM 系統(tǒng),使得加工程序在系統(tǒng)中進行了機床、附件、刀具及工件間的干涉檢查計算，從而減少了在機床上的調試程序的時間，提高了加工程序的準確性 ,同時,還解決了后置處理中的機床平行軸、附件轉角的驅動及汽缸開擋槽加工的前后點補償問題。（3）專家系統(tǒng)、知識工程等帶有智能學習、智能決策推理的新技術為 CAM 系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的活力。隨著專家系統(tǒng)、知識工程以及數(shù)據(jù)庫技術等相關支撐技術的發(fā)展, CAM 系統(tǒng)的開發(fā)已越來越智能化,更多的融合了先進制造技術的特點, 操作簡單實用,注重多樣化的市場需求,逐漸形成了面向產(chǎn)品,面向客戶的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段，國內外對船用柴油機零件 Pro/E 加工系統(tǒng)的開發(fā)研究還處在一個的剛剛起步的階段，因此發(fā)展空間極為廣闊，發(fā)展的趨勢也是越來越融合多學科知識，如知識工程、專家系統(tǒng)、模糊控制等前沿科學的知識。 目前存在的問題目前，雖然在國外與國內針對復雜零件的數(shù)控加工編程的研究已取得了一定的進江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）5展，也取得了一些難能可貴的成就，但客觀地講，存在的問題也不少，主要有： （1）CAM 系統(tǒng)只能從 CAD 系統(tǒng)獲取產(chǎn)品底層幾何信息，無法自動捕捉產(chǎn)品的幾何形狀信息和產(chǎn)品高層的功能和語義信息。因此，整個 CAM 過程必須在資深 CNC 工程師的參與下，根據(jù)數(shù)控加工工藝，通過大量的圖形交互式操作設置數(shù)控編程所需的加工工藝參數(shù)，如選擇加工對象（點、線、面或實體） 、確定約束條件（裝夾、干涉和碰撞） 、選取數(shù)控加工刀具、確定加工參數(shù)（切削方向、切深、主軸轉速、進給速度）等。（2）CAM 系統(tǒng)各個模塊之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，各模塊相對獨立。如刀具定位文件只記錄刀具軌跡而不記錄相應的加工工藝參數(shù)，三維動態(tài)仿真只記錄刀具軌跡的干涉與碰撞，而不記錄與其發(fā)生干涉和碰撞的加工對象及相關的加工工藝參數(shù)。 （3）CAM 系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，CAD 系統(tǒng)與 CAM 系統(tǒng)之間沒有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，即使是在一體化的集成 CAD/CAM 系統(tǒng)中，信息的共享也只是單向和單一的。CAM 系統(tǒng)不能充分理解和利用 CAD 系統(tǒng)有關產(chǎn)品的全部信息，尤其是與加工有關的特征信息，同樣 CAD 系統(tǒng)也無法獲取 CAM 系統(tǒng)產(chǎn)生的加工數(shù)據(jù)信息。（4）自動化程度低。主要原因在于 CAM 模塊沒充分利用 CAPP 已經(jīng)獲得的加工信息，而人工地根據(jù)工藝卡片來進行加工設計。（5） 對工程設計人員要求高。他不但需要掌握加工的知識，而且對 CAD 和 CAPP 也要非常熟悉。 發(fā)展趨勢隨著計算機技術和數(shù)控技術的迅速發(fā)展，針對復雜零件的數(shù)控加工編程的研究正朝著簡便化、集成化、智能化的方向發(fā)展。（1）簡便化：利用計算機軟件技術提供的直觀可視化的操作方法以及相應的二次開發(fā)技術，CAM 系統(tǒng)的發(fā)展越來越符合企業(yè)定制化的需求，越來越具有針對性，復雜零件的數(shù)控編程的操作過程也更加簡化，創(chuàng)建數(shù)控加工程序只需簡單的幾步。（2）集成化：當前，針對 CAD/CAPP/CAM 一體化技術的研究正處于一個飛速發(fā)展的時期，CAD、CAPP 與 CAM 的集成為 CAM 系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的活力。（3）智能化：知識工程技術的發(fā)展，無疑為 CAM 系統(tǒng)的發(fā)展帶來了新的變革，它是將人工智能（知識庫、規(guī)則知識、邏輯推理等）與 CAD/CAM 系統(tǒng)（幾何特征、參數(shù)江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）6化驅動、裝配、WAVE、 CAE、CAM 等）有機地結合起來,使其應用對象從幾何造型、分析、制造延伸擴展到工程設計領域，形成了工程設計與 CAD/CAM 系統(tǒng)的無縫連接。 課題研究的內容和實用價值本課題旨在研究基于 Pro/E 平臺 CAM 系統(tǒng)的開發(fā)。目前 Pro/E 已在我國制造業(yè)中得到廣泛的應用，它的一個最大特點，是把 CAD 造型與 CAM 加工刀具路徑及 NC 代碼程序的生成集中在一起，實現(xiàn)從零件外形設計到刀具的選擇、刀具路徑生成、加工模擬及最后生成 NC 加工程序，這對于做產(chǎn)品設計和制造的人員來說是一個理想的工具，但它在一些特殊的零件設計、NC 加工程序設計環(huán)節(jié)，操作復雜、繁瑣，特別是 NC 加工，由于用到相當多的各種類型刀具，需要人工方式輸入大量的相應參數(shù)，工作量相當大，從而影響了軟件的使用效率，阻礙了軟件的推廣。通過 Pro/E 里的開發(fā)工具Pro/TOOLKIT 和 Visual C++ 語言的結合運用，編寫應用程序模塊，擴展 Pro/E 的功能。在 Pro/E 中加入交互性菜單，通過菜單來訪問外部數(shù)據(jù)庫資源，實現(xiàn)刀具參數(shù)和切削參數(shù)的自動調用，達到 NC 加工二次開發(fā)的目的，將大大減輕操作人員的工作強度，提高 NC 編程的效率。 本章小結本章闡述了關于船用柴油機復雜零件 CAM 系統(tǒng)開發(fā)這一課題的研究背景、研究現(xiàn)狀、研究價值、和發(fā)展趨勢，本章的內容是開展本課題研究的基礎工作，對后續(xù)工作的開展具有重要的意義。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）7第二章 系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)開發(fā)的需求分析 功能需求基于 Pro/E 平臺的船用柴油機復雜零件 CAM 系統(tǒng)就是為了解決企業(yè)制造船用柴油機復雜零件所遇到的各種問題而開發(fā)的，因此，本文在廣泛調研的基礎上，根據(jù)企業(yè)的具體情況，總結出本 CAM 系統(tǒng)的需求如下：（1）滿足創(chuàng)建數(shù)控加工程序的便捷性，即相比在通用的 Pro/E 系統(tǒng)中創(chuàng)建數(shù)控加工程序而言，此 CAM 系統(tǒng)能最大限度的降低操作的復雜性，體現(xiàn)簡單、易于操作的特點。（2）在創(chuàng)建數(shù)控加工操作的過程中，要大大減少許多的重復性的勞動，例如，要盡量避免對相似加工特征的切削參數(shù)和刀具參數(shù)的重復性輸入。（3）數(shù)控加工工藝管理的科學性。包括工藝流程的管理、加工設備（機床、刀具、夾具、量具、附件）的管理以及后置處理器的管理，這些都要體現(xiàn)科學性的要求，使之管理起來方便、穩(wěn)定性好。（4）走刀軌跡滿足生產(chǎn)要求，即生成的刀具軌跡符合企業(yè)的實際要求，并體現(xiàn)出刀軌的優(yōu)化。（5）根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)情況和數(shù)控機床的特點，定制相應的數(shù)控加工后置處理器，使生成的數(shù)控代碼滿足企業(yè)的要求。 性能需求（1）穩(wěn)定性穩(wěn)定性是系統(tǒng)運行的關鍵，良好的穩(wěn)定性是系統(tǒng)運行的保障。系統(tǒng)的運行中，不會因不明原因而導致出乎意料的結果。（2）完善的版本管理體制。Pro/E 系統(tǒng)升級后，如有 Pro/ 升級到 Pro/ ，該系統(tǒng)也應具有隨 Pro/E系統(tǒng)升級而升級的功能，以適應不同 Pro/E 版本的需要，保證其在 Pro/E 平臺上正常運行。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）8（3）可擴展性該系統(tǒng)應具有良好的開放性，當有需求提升時，使用戶能在原有系統(tǒng)的基礎上進行功能擴展，滿足更高要求的需要。 柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)體系結構 通用 Pro/E CAM 系統(tǒng)的功能分析 系統(tǒng)的開發(fā)是在 Pro/E 上經(jīng)二次開發(fā)而成的，因此，對通用 Pro/E 軟件加工模塊中加工流程的研究對構建本課題的 CAM 系統(tǒng)具有非常重要的借鑒意義，通用 Pro/E 軟件的加工流程如圖 所示 [2]：設計產(chǎn)品 規(guī)劃制造模型 規(guī)劃工件設置制造數(shù)據(jù)設置夾具規(guī)劃選擇加工機床設置刀具數(shù)據(jù)操作設置設置 N C 序列創(chuàng)建刀具軌跡數(shù)據(jù)文件后處理程序驅動機床加工仿真圖 Pro/NC 數(shù)控加工流程圖由圖中可以看出，Pro/E 能夠模擬數(shù)控加工的全過程，其一般流程為：（1） 創(chuàng)建制造模型，包括創(chuàng)建或者獲取設計模型以及工件規(guī)劃。（2） 設置制造數(shù)據(jù)，包括選擇加工機床、設置夾具和刀具。（3） 操作設置（如進給速度、進給量和機床主軸轉速等） 。（4） 設置 NC 序列，進行加工仿真。（5） 創(chuàng)建 CL 數(shù)據(jù)文件。（6） 利用后處理器生成 NC 代碼。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）9 柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)的構建原理與方法首先，柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)作為一個軟件系統(tǒng)而言，其開發(fā)應當遵循軟件工程的方法和原則，也就是說，該系統(tǒng)的開發(fā)應當遵循相應的軟件開發(fā)流程，符合一個軟件系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范及要求。根據(jù)軟件工程的思想，開發(fā)本系統(tǒng)應達到以下要求：（1）正確性，滿足用戶的需求，如功能需求、性能需求等，并使生成的最終結果滿足企業(yè)的要求，在本系統(tǒng)中則要求生成正確的刀軌。 （2）可靠性，具有能夠防止因概念、設計和結構等方面的不完善而造成的系統(tǒng)失效，具有挽回因操作不當造成軟件系統(tǒng)失效的能力。 （3）可維護性，便于對軟件增加新功能、改進性能、修改錯誤、移植等。（4）可重用性，軟件易于被再次使用。 （5）可追蹤性，對軟件進行正向和反向追蹤的能力。 （6）可移植性，從一個環(huán)境搬遷到另一個環(huán)境。 （7）可互操作性，多個軟件要素相互通訊協(xié)同完成任務能力。 （8）有效性，充分利用計算機的時間和空間資源。其次，柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)的構建應考慮機架零件的加工特性與柴油機企業(yè)的實際情況，結合企業(yè)工作人員的操作習慣、知識經(jīng)驗水平等情況，使開發(fā)出的柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)能最大限度的滿足企業(yè)對機架零件加工制造的使用要求。因此，構建柴油機機架零件的基本原則是：遵守軟件工程原則；反映柴油機機架零件的特性；充分利用 Pro/E 平臺的特性；考慮企業(yè)的實際情況。本系統(tǒng)的開發(fā)將采用模塊化的思想進行設計與開發(fā)，所謂的模塊化設計思想，就是把軟件劃分為一組具有相對獨立功能的部件，每個部件稱為一個模塊，當把所有的模塊組裝一起時，便可獲得滿足用戶需求的軟件系統(tǒng)。在模塊化設計思想中，系統(tǒng)中的各個模塊是通過接口互相聯(lián)系的，對于一個軟件系統(tǒng)來說，所分成的模塊越多，雖然單個模塊的功能較簡單，也比較容易實現(xiàn)，但是接口越多，則接口的開銷就越大，花在接口開發(fā)上的時間和成本也就越大。所以，系統(tǒng)分成的模塊數(shù)量的多少，應該綜合考慮，權衡利弊。江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）10對于船用柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)而言，應根據(jù)系統(tǒng)所要達到的功能和系統(tǒng)操作的方便性、簡潔性，將系統(tǒng)劃分成幾個適當?shù)哪K。在充分考慮船用柴油機所要達到的功用的基礎上，船用柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)可劃分的模塊為：刀具信息庫、工藝信息庫、模板庫、編程導航及后處理庫和用戶管理。 柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)總體框架由圖 可以看出，通用 Pro/E 的加工操作與刀具參數(shù)、切削參數(shù)并不是緊密結合在一起的，而是需要手工獨立的去選擇和定義，對加工工藝流程來說，各自獨立性就更大了，Pro/E 加工模塊不帶有工藝設計的功能，工藝設計和加工操作宛如信息孤島，得不到有效的溝通，而且，創(chuàng)建兩個相似操作時需要重復性的輸入一些加工參數(shù)，這樣就大大影響了生產(chǎn)制造的有效進行。為此，針對這些問題，本文的船用柴油機機架零件 CAM 系統(tǒng)將加工工藝信息模塊集成到 Pro/E CAM 系統(tǒng)中，對工藝流程、刀具庫等進行統(tǒng)一的管理， ，通過編程導航來實現(xiàn)船用柴油機機架零件數(shù)控加工編程工作的高效化與便捷化。圖 為本系統(tǒng)的系統(tǒng)架構原理圖。數(shù)據(jù)交換平臺工藝信息庫刀具信息庫編程導航模板庫制造模型設置制造數(shù)據(jù)操作設置設置 N C 序列編程導航模板匹配C A D 模型后置輸出加工仿真創(chuàng)建刀具軌跡數(shù)據(jù)后置處理圖 船用柴油機復雜零件 CAM 系統(tǒng)體系結構該系統(tǒng)主要由工藝信息庫、刀具信息庫、編程導航、模板庫、數(shù)據(jù)交換平臺等幾個部分組成。底部各種數(shù)據(jù)庫為該系統(tǒng)的運行提供必要的數(shù)據(jù)支撐，是該系統(tǒng)運行的保證，系統(tǒng)運行過程中的各種數(shù)據(jù)的獲取、