數(shù)控技術(shù)與CAM軟件在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

周　銳

(天津鐵路信號有限責(zé)任公司，天津 300300)

數(shù)控技術(shù)與CAM軟件在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

周銳

(天津鐵路信號有限責(zé)任公司，天津 300300)

摘要：目前，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)，CAM軟件也廣泛應(yīng)用于數(shù)控編程及加工。普通機床正逐漸被高效率、高精度和高自動化的數(shù)控機床所替代。各種數(shù)控機床按照數(shù)控程序完成各種加工。應(yīng)用CAM軟件編程，能大大提高編程準確性和效率。為闡明數(shù)控技術(shù)與CAM軟件在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用過程、方法和重要作用，以數(shù)控火焰切割機、數(shù)控加工中心及數(shù)控線切割設(shè)備為例，通過介紹上述設(shè)備和相關(guān)CAM軟件的使用過程，說明數(shù)控技術(shù)與CAM軟件的出色結(jié)合和不斷完善，提高了生產(chǎn)企業(yè)零件加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率，提升了企業(yè)的制造水平，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；CAM軟件；生產(chǎn)實際應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。近年來,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,尤其是在機械制造業(yè),普通機床正逐漸被高效率、高精度和自動化的數(shù)控機床所替代[1]。常見的數(shù)控機床有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控加工中心、數(shù)控線切割機、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控磨床、數(shù)控插齒機和數(shù)控鉆床等。

計算機輔助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)是利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程[2]。CAM軟件是用來實現(xiàn)上述過程的軟件，是CAM技術(shù)的核心，一般其輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。CAM軟件廣泛應(yīng)用于機械產(chǎn)品生產(chǎn)、模具制造等企業(yè)的數(shù)控編程及加工，正逐步取代傳統(tǒng)的手工編程方式。目前，常用的國內(nèi)外CAM軟件有CAXA系列、FastCAM、Pro/E、UG和Master CAM等。

數(shù)控技術(shù)與CAM軟件結(jié)合應(yīng)用，將計算機與數(shù)控機床組成面向車間的系統(tǒng)，將大大提高加工效率和加工質(zhì)量，可充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性，提高整體生產(chǎn)水平，在我國經(jīng)濟發(fā)展較為活躍的大中城市的應(yīng)用日益廣泛。

本文以天津鐵路信號有限責(zé)任公司生產(chǎn)加工的零件為例，介紹數(shù)控技術(shù)與CAM軟件在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。零件為鎖鉤，其三維模型如圖1所示。

圖1　零件三維模型

該零件在機械加工過程中，使用數(shù)控火焰切割機氣割外形，使用數(shù)控加工中心粗加工及精加工孔、外形、整個尾部和凹槽等重要尺寸，使用數(shù)控線切割設(shè)備加工檢測樣板。數(shù)控設(shè)備的使用貫穿了零件從毛坯制備到精加工以及檢驗的過程。

1數(shù)控火焰切割機切割毛坯外形

數(shù)控火焰切割機是用數(shù)字程序驅(qū)動機床運動，搭載火焰切割系統(tǒng)，同時使用數(shù)控系統(tǒng)來控制火焰切割系統(tǒng)的開關(guān)，對鋼板等金屬材料進行切割。數(shù)控火焰切割機由數(shù)控系統(tǒng)、火焰切割系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三部分組成，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品大體相同。數(shù)控火焰切割機將傳統(tǒng)的火焰切割方式與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，可用于厚度≥6 mm的鋼板及鍛件切割加工。鎖鉤零件在本工序中要求將鍛件毛坯切割成與加工成品較相似的形狀。

本公司的數(shù)控火焰切割機使用其自帶的FastCAM軟件進行自動編程，F(xiàn)astCAM是一款全自動共邊連割套料CAM軟件，該軟件主要針對數(shù)控切割機，包括火焰、等離子、激光和水刀等數(shù)控切割機，用于任意形狀零件的繪圖、編程、套料、校驗和數(shù)控切割。通過應(yīng)用FastCAM軟件，可以提高鋼材套料率，有效節(jié)省鋼材，提高編程、套料和切割工作效率，有效提高切割生產(chǎn)效率。

編程人員先根據(jù)圖樣及工藝要求的加工余量，應(yīng)用AutoCAD軟件畫出要求切割后的零件圖，并保存為DXF格式；再將DXF格式的圖形文件導(dǎo)入到FastCAM軟件中，然后進行設(shè)置零件方向、穿孔點、切割方向、切割圖形排列和切割零件間距等操作，并根據(jù)使用的割炬設(shè)置生成程序的補償量；在設(shè)置好加工參數(shù)后使用CAM軟件自動生成G代碼程序，F(xiàn)astCAM軟件對生成的程序進行模擬運行，模擬運行正常后，再將程序傳輸至機床便可進行試切加工。對于此類有復(fù)雜曲線的圖形，一般的手工編程是無法實現(xiàn)的。

2數(shù)控加工中心粗、精加工

數(shù)控加工中心是一種綜合加工能力較強的數(shù)控加工機床，它把銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在1臺設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。數(shù)控加工中心主要由CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機械主體等部分組成。數(shù)控加工中心設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換。數(shù)控加工中心與同類數(shù)控機床相比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制系統(tǒng)功能較多。加工中最少有3個運動坐標系，多的達十幾個。其控制功能最少可實現(xiàn)兩軸聯(lián)動控制，實現(xiàn)刀具運動直線插補和圓弧插補。有的數(shù)控加工中心可實現(xiàn)五軸聯(lián)動、六軸聯(lián)動，從而保證刀具進行復(fù)雜加工。

數(shù)控加工中心工藝應(yīng)考慮加工零件的工藝性、定位基準和裝夾方式，也要選擇刀具，制定工藝路線、切削方法及工藝參數(shù)等，而這些在常規(guī)工藝中均可以簡化處理；因此，數(shù)控加工工藝比普通加工工藝要復(fù)雜得多，影響因素也多，應(yīng)對數(shù)控編程的全過程進行綜合分析、合理安排，然后整體完善。相同的數(shù)控加工任務(wù)，可以有多個數(shù)控工藝方案，既可以選擇以加工部位作為主線安排工藝，也可以選擇以加工刀具作為主線來安排工藝。數(shù)控加工工藝的多樣化是數(shù)控加工工藝的一個特色，是與傳統(tǒng)加工工藝的顯著區(qū)別。

CAXA系列軟件是北京北航海爾軟件有限公司推出的全國產(chǎn)化的CAM產(chǎn)品，系列中有針對數(shù)控加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控車床和數(shù)控線切割機等各種數(shù)控設(shè)備的多種CAM軟件，其中CAXA制造工程師是一款面向二至五軸數(shù)控銑床與加工中心、具有良好工藝性能的銑削/鉆削數(shù)控加工編程CAM軟件[3]。應(yīng)用CAM軟件自動編程，可以提高程序準確度，對于本例中不便直接計算的平面曲線類零件或三維曲面類零件，尤其適用。

本文使用數(shù)控加工中心粗加工及精加工鎖鉤的孔、外形、整個尾部和凹槽等重要尺寸。數(shù)控加工中心綜合了銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能，編程相對復(fù)雜，編程人員首先應(yīng)分析設(shè)計圖樣及工藝文件，然后應(yīng)用CAXA制造工程師軟件進行編程，主要步驟如下。

1)將DXF格式的圖形文件導(dǎo)入到CAXA制造工程師軟件中，對鎖鉤零件進行三維建模或直接將Pro/E等軟件建立好的三維圖形導(dǎo)入。

2)根據(jù)零件工藝要求及加工工序?qū)⒓庸し秶⒓庸すげ巾樞?、Z向高度、切入切出點、偏移方向和刀具參數(shù)等在CAM軟件中進行參數(shù)設(shè)置(見圖2)。

圖2　CAM軟件參數(shù)設(shè)置

3)設(shè)置刀具路徑，生成不同工步的加工軌跡并進行模擬仿真加工。

4)將多個工步的軌跡生成G代碼程序，并根據(jù)實際情況進行微調(diào)。

5)將加工程序傳輸至機床進行試切加工。

3數(shù)控線切割機加工檢測樣板

數(shù)控電火花線切割加工簡稱數(shù)控線切割或線切割。它是采用電極絲(鉬絲、鎢鉬絲等)作為工具電極，在脈沖電源的作用下，工具電極和加工工件之間形成火花放電，火花通道瞬間產(chǎn)生大量的熱，使工件表面熔化甚至氣化。線切割機床通過XY托板和UV托板的運動，使電極絲沿著與預(yù)定的軌跡運動，從而達到加工工件的目的。數(shù)控線切割機床由工作臺、走絲機構(gòu)、供液系統(tǒng)、脈沖電源和控制系統(tǒng)等組成。

數(shù)控線切割的加工精度可達±0.01 mm，采用多次切割技術(shù)時表面粗糙度Ra可達0.4～1.6 μm。線切割可以加工用一般切削加工方法難以加工或無法加工的硬質(zhì)合金和淬火鋼等高硬度、復(fù)雜輪廓形狀的板狀金屬工件。數(shù)控線切割是機械制造中不可缺少的一種先進加工方法。

本文鎖鉤零件加工中的檢測樣板采用數(shù)控線切割機床進行加工，檢測樣板按照零件工序完成尺寸及高于產(chǎn)品零件的精度，使用較薄鋼板加工而成，用來對零件不方便直接測量的外形及尺寸進行檢驗。

本公司使用了中走絲數(shù)控線切割機床配CAXA線切割CAM軟件。CAXA線切割CAM軟件是面向線切割加工行業(yè)的計算機輔助自動編程工具軟件。它可以為各種線切割機床提供快速、高效率和高品質(zhì)的數(shù)控編程代碼，極大地簡化了數(shù)控編程人員的工作。該軟件對于在傳統(tǒng)編程方式下很難完成的工作，都可以快速、準確地完成，可以交互方式繪制需切割的圖形，生成帶有復(fù)雜形狀輪廓的線切割加工軌跡，可輸出3B碼、G代碼等多種格式的加工程序。

中走絲數(shù)控線切割機床與CAXA線切割CAM軟件結(jié)合使用，可以實現(xiàn)多次切割。多次切割是近年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)，一般第1次切割任務(wù)主要是切割成形，可選用高峰值電流、較長脈沖寬度進行大電流切割，以獲得較高的切割速度；第2次切割的任務(wù)是提高精度，保證加工尺寸精度；第3次、第4次或更多次切割的任務(wù)是提高表面質(zhì)量。多次切割技術(shù)是提高線切割加工精度及表面質(zhì)量的重要手段。

編程人員首先根據(jù)圖樣及工藝要求使用AutoCAD軟件畫出檢測樣板零件圖，并保存為DXF格式；再將DXF格式的圖形文件導(dǎo)入到CAM軟件中；然后在導(dǎo)入的圖形上設(shè)置進絲點、退絲點，選擇半徑補償方向和加工軌跡方向，根據(jù)加工的表面粗糙度要求選擇切割次數(shù)，并根據(jù)工藝要求及加工零件尺寸設(shè)置每次切割的運絲速度、峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔比、跟蹤速度和半徑補償量等電參數(shù)及加工參數(shù)。上述相關(guān)參數(shù)設(shè)置完成后可生成G代碼程序，CAM軟件對生成的代碼進行模擬運行，模擬運行正常后，最后將程序傳輸至機床便可進行試切加工。

本文的零件生產(chǎn)過程中，使用上述數(shù)控機床及CAM軟件進行加工，既解決了復(fù)雜曲線輪廓在普通機床加工困難的問題，又提高了零件的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

4結(jié)語

數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。世界各國機械制造行業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，本文中零件的重要加工工序以及檢測量具的加工均涉及到數(shù)控技術(shù)及裝備。另外，各種CAM技術(shù)和軟件也在不斷提升，早期的數(shù)控火焰切割機CAM軟件無法生產(chǎn)G代碼，并且不能直接查看程序；早期的一些線切割CAM軟件只能生成3B代碼，不能生成G代碼；而本文中應(yīng)用的FastCAM、CAXA制造工程師和CAXA線切割等3種不同數(shù)控設(shè)備的CAM軟件都有較好的數(shù)據(jù)接口，可直接導(dǎo)入DXF等多種格式的二維圖形，并且均能生成G代碼的數(shù)控程序。編程人員只要掌握一種G代碼編程語言即可，更方便了編程人員查看及手工修改程序，提高了工作效率。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，數(shù)控技術(shù)與CAM軟件結(jié)合也將越來越緊密，并且朝著智能化、通用化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化和綜合化方向發(fā)展，也將在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 魏杰. 數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[2] 任軍學(xué)，田衛(wèi)軍. CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 馬聰玲. CAXA制造工程師環(huán)境下奔馳車標的CAD/CAM[J].新技術(shù)新工藝，2013(8):41-42.

責(zé)任編輯彭光宇

Numerical Control Technology and CAM Software Application in Actual Production

ZHOU Rui

(Tianjin Railway Signal Co., Ltd.， Tianjin 300300， China)

Abstract：The numerical control technology has been widely used in machinery manufacturing industry, CAM software is also widely used in CNC programming and machining. General machine tools are gradually being replaced by high-efficiency, high-precision, and highly automated CNC machine tools. All kinds of CNC machine tools accept NC program firstly, then make all kinds of processing according to the program. The use of CAM software programming can greatly improve the accuracy and efficiency of programming. To clarify the application of CAM software and numerical control technology in the actual production process, methods and important role in the NC flame cutting machine, CNC machining centers and CNC wire electrical discharge machining are taken for examples. Through the introduction of the use of the equipment and related CAM software process, the numerical control technology and the excellent combination of CAM software are constantly improved. It improves the quality of the parts processing production enterprises and the production efficiency, promots the manufacture level of the enterprise, and will play a more and more important role in the industrial production.

Key words:numerical control technology， CAM software， actual production application

收稿日期：2015-04-07

作者簡介：周銳(1981-)，男，工程師，大學(xué)本科，主要從事鐵路用機電類產(chǎn)品設(shè)計和工藝等方面的研究。

中圖分類號：TH 164

文獻標志碼:B