【正文】 ?4． CAD/CAM的軟硬件支撐環(huán)境 ? 1) CAD/CAM系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的配置 ? 根據(jù)系統(tǒng)中采用的計(jì)算機(jī)類型， CAD/CAM系統(tǒng)一般分為 4種類型： 大型計(jì)。 圖 426 產(chǎn)品生產(chǎn)過程及 CAD/CAM過程鏈 ?3. CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能 ? CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能包括： ? (1)交互圖形輸入及輸出功能； ? (2)幾何建模功能，包括線框建模、表面建模和實(shí)體建模； ? (3)物性計(jì)算及工程分析功能； ? (4)處理數(shù)控加工信息的功能； ? (5)數(shù)據(jù)管理功能。 應(yīng)用軟件主要包括數(shù)據(jù)庫分析處理軟件、幾何造型系統(tǒng)軟件、圖形處理軟件和有限元分析計(jì)算軟件等。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件 (基礎(chǔ)軟件 )和專業(yè)軟件。 它是指把 CAD、 CAE、 CAPP、 CAM以至PPC(生產(chǎn)計(jì)劃與控制 )等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來， 用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行 (見圖 424)。 ? (7) 加工過程仿真結(jié)果輸出：輸出仿真結(jié)果，進(jìn)行分析。 ? (5) 材料切除：考慮工件由毛坯成為零件的過程中形狀、尺寸的變化。 ? (3) 數(shù)控程序翻譯 ：仿真系統(tǒng)讀入數(shù)控程序，進(jìn)行語法分析，翻譯成內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)仿真機(jī)床進(jìn)行加工過程仿真。 ? (1) 幾何建模： 描述零件、機(jī)床 (包括工作臺(tái)或轉(zhuǎn)臺(tái)、托盤、換刀機(jī)械手等 )、夾具、刀具等所組成的工藝系統(tǒng)實(shí)體。另外，還應(yīng)利用 CAD的圖形軟件對零件、刀具、夾具及部分加工機(jī)床進(jìn)行圖形描述，按照 NC程序的順序進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬， ? 實(shí)際加工過程在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，檢查因 NC程序的編制錯(cuò)誤而導(dǎo)致加工過程中的過切、欠切現(xiàn)象以及刀具與夾具的碰撞、刀具與工件的干涉等錯(cuò)誤。動(dòng)態(tài)仿真多采用三維實(shí)體幾何模型仿真，并且要在工 藝系統(tǒng)各組成部分均已確定的情況下進(jìn)行，難度較大。 工藝系統(tǒng)由刀具、機(jī)床、工件和夾具組成，在加工中心上加工，有換刀和轉(zhuǎn)位等運(yùn)動(dòng)，因此在加工時(shí)，應(yīng)檢查它們之間的干涉。 干涉是指兩個(gè)元件在相對運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 一個(gè)元件的運(yùn)動(dòng)空間受到另一個(gè)的影響 。這種仿真一般可采用二維動(dòng)畫顯示，刀位仿真技術(shù)比較成熟而有效，應(yīng)用普遍。 ? 5．?dāng)?shù)控加工仿真 ? 1) 數(shù)控加工仿真內(nèi)容 ? (1) 刀位仿真。代碼可存在磁帶或磁盤上，提供給有讀帶裝置或有磁盤驅(qū)動(dòng)器的機(jī)床控制系統(tǒng)使用。 (4) 生成 NC代碼。先定義刀具的初始位置 (對刀點(diǎn) )，然后選擇某種走刀路線，系統(tǒng)就能自動(dòng)確定刀具的加工軌跡，并在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示；若有錯(cuò)誤，可隨時(shí)修改。 ? (2) 幾何造型采用交互圖形技術(shù)在屏幕上 設(shè)計(jì)零件 ，將所得的零件幾何形狀顯示在屏幕上，由編程人員用標(biāo)記的方法指定要加工的幾何要素或表面。其編程步驟如下： ? (1) 零件圖樣及加工工藝分析 。 ? 計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫是整個(gè)模塊的基礎(chǔ)；用戶界面提供給用戶一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境；運(yùn)行控制模塊支持用戶界面所有的輸入方式到各功能模塊之間的接口；幾何造型完成零件幾何圖形的構(gòu)建，并在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)形成零件圖形的數(shù)據(jù)文件；計(jì)算機(jī)圖形顯示包括各種曲面的顯示、 NC加工特征單元的顯示、刀具軌跡顯示、加工過程動(dòng)態(tài)仿真顯示等； 刀具軌跡生成模塊根據(jù)所選用的刀具及加工方式進(jìn)行刀位計(jì)算，生成數(shù)控加工刀位軌跡；刀具軌跡編輯根據(jù)加工單元的約束條件，對刀具軌跡進(jìn)行裁剪、編輯和修改；刀位驗(yàn)證用于檢驗(yàn)刀具軌跡的正確性，也用于檢驗(yàn)刀具是否與加工單元的約束面發(fā)生干涉和碰撞，檢驗(yàn)刀具是否啃切加工表面；后置處理用于生成零件加工程序的 G代碼、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等。 ?2) 系統(tǒng)組成 ? 目前，計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程軟件的種類很多，如日本的 FAPT、荷蘭的 MITURN等系統(tǒng)。此外，零件能在各種角度下進(jìn)行屏幕顯示、放大，還可以顯示刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，用剖切面來檢查加工情況以便檢查程序中的錯(cuò)誤。然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，通過人機(jī)對話的方式選刀具、走刀路徑以及工藝參數(shù)之后，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。 ? 在幾何定義過程中，如果要引用某幾何元素，則此元素必須已事先定義好。 ? 輔助語句 ，說明工藝參數(shù)、加工容差的語句。它規(guī)定了定義點(diǎn)、線、圓、平面、圓柱、圓錐、球等幾何體素的表達(dá)式。 ? 源程序?qū)懲旰筮€要進(jìn)行全面檢查，注意格式是否正確，語句及其中的字是否有遺漏，確認(rèn)無誤后才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。在書寫刀具運(yùn)動(dòng)語句時(shí)首先要寫起刀點(diǎn)語句FROM/SETPT，按圖 422所示的走刀路線圖，逐條寫出刀具運(yùn)動(dòng)語句。 ⑥ 按加工路線逐段寫出刀具運(yùn)動(dòng)語句。 ⑤ 依照一定的先后順序 ， 寫出各幾何元素的定義語句 ， 如 L1=LINE/P1， P2。 ④ 選擇公差 、 刀具以及起刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)的位置并確定走刀路線 。選擇編程坐標(biāo)系要考慮編程方便，所有幾何元素都必須在所選的坐標(biāo)系中定義。本例中待加工零件的特征是由直線構(gòu)成。 書寫零件源程序的一般步驟如下 。 (2) 書寫零件源程序的步驟 下面以銑削圖 421所示零件為例 ， 說明應(yīng)用APT語言編寫零件源程序的書寫格式和步驟 。從圖 420中可見，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程，數(shù)控自動(dòng)編程語言和數(shù)控程序系統(tǒng)是兩個(gè)重要的組成部分。 由此可見，經(jīng)過數(shù)控程序系統(tǒng)處理后輸出的程序才是控制 NC機(jī)床的零件加工程序。 ? 前置處理程序?qū)υ闯绦蛑斜硎玖慵膸缀涡畔?、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡語句等進(jìn)行編譯，得到刀具位置數(shù)據(jù)文件。自動(dòng)編程時(shí)，可以手工編制源程序，再通過計(jì)算機(jī)從源程序自動(dòng)產(chǎn)生目標(biāo)程序，這樣做簡單方便，工作量大為減小。目標(biāo)程序是用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的數(shù)控代碼來編寫的，通常所說的 數(shù)控程序就是指目標(biāo)程序。零件源程序并不能被數(shù)控系統(tǒng)所識(shí)別，因此不能直接控制機(jī)床。若在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中，零件圖可由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)輸入，零件工藝過程可由計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)輸入，則可自動(dòng)編制用數(shù)控語言表示的源程序。源程序是使用專門的數(shù)控語言 (如 APT、 FAPT、 EXAPT、 EAPT等 )所指定的方式寫出所需加工零件的形狀、尺寸，加工該工件的刀具的動(dòng)作，指定的切削條件， 圖 420 數(shù)控加工程序編制過程 機(jī)床的輔助功能等內(nèi)容的程序。 圖 419 集成環(huán)境下 NC自動(dòng)編程系統(tǒng) ?3．?dāng)?shù)控語言自動(dòng)編程技術(shù) ? 1) 數(shù)控語言自動(dòng)編程過程 ? 數(shù)控加工程序編制過程如圖 420所示，可分為源程序編制和目標(biāo)程序編制兩個(gè)階段。集成環(huán)境下 NC自動(dòng)編程系統(tǒng)如圖419所示。 ? (3) CAD/CAM集成編程。 編程人員不需要懂任何數(shù)控編程語言 ， 其工作主要是對零件圖樣進(jìn)行工藝分析 ， 確定構(gòu)圖方案后 ， 利用自動(dòng)編程軟件本身的自動(dòng)繪圖功能 ， 在 CRT顯示器上 以人機(jī)對話的方式構(gòu)建出零件幾何圖形 ， 然后利用 軟件的 CAM功能制作出 NC加工程序 。將編好的源程序全部輸入給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到可以用于數(shù)控加工的 NC指令。 數(shù)控語言自動(dòng)編程就是利用計(jì)算機(jī)以專門的 數(shù)控編程語言編寫零件的源程序 來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編制零件數(shù)控加工程序。零件越是復(fù)雜，自動(dòng)編程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果越是顯著，特別是它能編制用手工編程無法完成的程序。 自動(dòng)編程就是指利用計(jì)算機(jī)編制數(shù)控加工程序，因而又稱為計(jì)算機(jī)輔助編程。 其中 N 為程序號(hào)； G 為準(zhǔn)備功能， 用地址 G后面的 2位數(shù)值代碼來表示一個(gè)指令方式的準(zhǔn)備功能地址，如 G41表示刀具偏左； X、 Y、 Z表示要移動(dòng)的軸，字母后注有方向 (可省略 )及移動(dòng)量，單位為 mm； R及其后數(shù)值為圓弧插補(bǔ)參數(shù)； ? F 為刀具每分鐘進(jìn)給量 ，如 F1為1mm/min； ? S、 T、 M為主軸功能、刀具功能和輔助功能 ，用 S和其后的數(shù)值表示主軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，刀具功能是由 T后的兩位數(shù)字表示的，至于哪個(gè)代碼對應(yīng)于什么刀具，則由機(jī)床廠家來決定，地址 M后指定的兩位數(shù)用于送出 BCD兩位代碼信號(hào)和脈沖選通信號(hào)， ? 以便控制機(jī)床的開 /關(guān)，如 M02表示主程序結(jié)束， M03表示主軸啟動(dòng)； CR表示程序段結(jié)束 ，一般用分號(hào) “ ； ” 表示。 ?2．?dāng)?shù)控編程的方法 ? 1) 手工編程 ? 手工編程從分析零件、制定工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、編寫零件加工程序單、制作控制介質(zhì)直到程序校核，整個(gè)過程都是由人工完成的。 (4) 控制介質(zhì)及輸入程序。 (2) 數(shù)學(xué)處理。應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，大體也要經(jīng)歷這些步驟，這時(shí)的工作流程可以簡略地用圖 417表示。 國內(nèi)外數(shù)控加工統(tǒng)計(jì)表明：造成數(shù)控加工設(shè)備空閑大約有 20％ ～ 30％ 的情況是編程不當(dāng)造成的 ， 因此理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合設(shè)計(jì)要求的合格零件 ， 同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用及充分的發(fā)揮 ， 且能安全高效地工作 。為了在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，首先必須根據(jù)零件圖樣得到一個(gè)控制紙帶。這些動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)參數(shù)是由零件的加工程序詳細(xì)規(guī)定好的。 CAM技術(shù) ? 1．?dāng)?shù)控加工與編程 ? 數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱。 ? 生產(chǎn)流程分析通常包含如下 4方面內(nèi)容： ① 工廠流程分析 —建立車間與零件的對應(yīng)關(guān)系；② 車間流程分析 —建立制造單元與零件的對應(yīng)關(guān)系； ③ 單元流程分析 —建立加工設(shè)備與零件的對應(yīng)關(guān)系； ④ 單臺(tái)設(shè)備流程分析 —建立工藝裝備與零件的對應(yīng)關(guān)系。 ? (2) 生產(chǎn)流程分析法 ? 零件的分類編碼系統(tǒng)一般是以零件的結(jié)構(gòu)開頭和幾何特征為依據(jù)建立的， 對于零件加工 ? 工藝信息它不可能描述得非常精細(xì)，采用編碼分類成組方法來劃分零件族，不能很好地將之與加工工藝和加工設(shè)備聯(lián)系起來。 ? ② 碼域法 ? 此法將分類編碼系統(tǒng)中各碼位數(shù)值規(guī)定一個(gè)范圍作為零件分組的依據(jù)。 ? 例如：零件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征對制造工藝影響較大，在采用 OPITZ系統(tǒng)時(shí)，將第Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅵ 、 Ⅶ 碼位作為特征碼位。為此，應(yīng)適當(dāng)放寬相似性程度，做到合理分類。原則上講，代碼完全相同的零件便可組成一個(gè)零件族。 ? (1) 編碼分類法 ? 根據(jù)編碼系統(tǒng)編制的零件代碼代表了零件一定的特征。 ?2) 零件的分類成組方法 ? 所謂零件的分類成組，是指按照一定的相似準(zhǔn)則，將產(chǎn)品中品種繁多的零件歸并成為幾個(gè)具有 相似特征 的零件族，這是成組技術(shù)的核心。前 5位為主碼，主要用來描述零件的基本形狀元素，其中第Ⅰ 位是零件類別碼，用來區(qū)分回轉(zhuǎn)體零件與非回轉(zhuǎn)體零件兩大類；第 Ⅱ ～ Ⅵ 位是針對類別碼所確定的零件形狀及加工碼，分別描述外部和內(nèi)部形狀及要素、平面加工和輔助加工。 其基本結(jié)構(gòu)如圖 416所示。 ? (5) 結(jié)構(gòu)緊湊，便于掌握使用，并能適合于計(jì)算機(jī)處理。 ? (3) 系統(tǒng)所描述的特征應(yīng)盡量具有永久性，不致因產(chǎn)品更換或生產(chǎn)條件變化而變得不適用。 ? 一個(gè)較好的零件分類編碼系統(tǒng)應(yīng)滿足如下的要求： (1) 各特征代碼應(yīng)有明確含義，不能含糊不清和相互混淆。目前，國內(nèi)外已有 100多種編碼系統(tǒng)在工業(yè)中使用。此類系統(tǒng)的填表方式更符合工藝設(shè)計(jì)人員的工作習(xí)慣，便于與企業(yè)的 PDM系統(tǒng)集成，管理產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)，并為 MRPⅡ 、 MIS等系統(tǒng)提供有效的生產(chǎn)和管理用工藝數(shù)據(jù)。 此類 CAPP系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)是分散在各個(gè)工藝卡片當(dāng)中的 ， 很難做到對工藝數(shù)據(jù)的集中管理 。此類 CAPP系統(tǒng)所生成的工藝卡片是由程序 ? 設(shè)計(jì)生成的，工藝卡片的填寫無法實(shí)現(xiàn)所見 即所得，如果企業(yè)的卡片形式需要更新的話，就需要更改原程序。此類 CAPP系統(tǒng)所生成的工藝文件是以 文本文件 的形式存在的，無法生成工藝數(shù)據(jù)，更談不上工藝數(shù)據(jù)的管理。智能型CAPP與創(chuàng)成式系統(tǒng)的不同性在于：創(chuàng)成式CAPP采用邏輯算術(shù)規(guī)則進(jìn)行決策，而 智能型CAPP則以推理加知識(shí)的專家系統(tǒng)技術(shù)來解決工藝設(shè)計(jì)中 經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、模糊和不確定 的若干問題， 它更加完善和方便，是 CAPP的發(fā)展方向，也是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。 (5) 智能型 CAPP。我國自行開發(fā)的 CAPP系統(tǒng)多采用這種類型。 ? 綜合式 CAPP系統(tǒng)是將派生式、創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)與人工智能結(jié)合在一起綜合而成的，沿用以派生式 CAPP系統(tǒng)為主的 “ 檢索 編輯 ” 原理，當(dāng)零件不能歸入系統(tǒng)已存在的零件族時(shí)，則轉(zhuǎn)向創(chuàng)成式工藝規(guī)程設(shè)計(jì)， 或在工藝編輯時(shí)引入創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)的決策邏輯原理。 ? 創(chuàng)成式系統(tǒng)不需要派生法中的樣板工藝文件，在創(chuàng)成系統(tǒng)中 只有決策邏輯與規(guī)則 ，系統(tǒng)必須讀取零件的全面信息 ，在此基礎(chǔ)上按照程序所規(guī)定的邏輯規(guī)則自動(dòng)生成工藝文件。工藝決策中的各種決策邏輯存入相對獨(dú)立的工藝知識(shí)庫中，供主程序調(diào)用。 從設(shè)計(jì)角度看 ， 這種設(shè)計(jì)方法與常規(guī)工藝設(shè)計(jì)的類比設(shè)計(jì)相同 ， 即