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CAD/CAM软件介绍一、概述目前计算机自动编程采用图形交互式自动编程，即计算机辅助编程。这种自动编程系统是CAD(计算机辅助设计)与CAM(计算机辅助制造)高度结合的自动编程系统，通常称为CAD/CAM系统，其工作流程如图所示。自动编程也称为计算机辅助编程(CAM)，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成，如完成坐标值计算、编写零件加工程序单等，有时甚至能帮助进行工艺处理。自动编程编出的程序还可以通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的图形检查，编程人员可以及时检查程序是否正确，并及时修改。自动编程大大减轻了编程人员的劳动强度，提高效率几十倍乃至上百倍，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。工作表面形状愈复杂，工艺过程愈繁琐，自动编程的优势愈明显。自动编程的主要类型有：数控语言编程(如APT语言)、图形交互编程(如CAD/CAM软件)、语音式自动编程和实物模型式自动编程。1．图形交互编程图形交互编程是以计算机绘图为基础的自动编程方法，需要CAD/CAM自动编程软件支持。这种编程方法的特点是以工件图形为输入方式，并采用人机对话方式，而不需要使用数控语言编制源程序。从加工工件的图形再现、进给轨迹生成、加工过程的动态模拟，直到生成数控加工程序，都是通过屏幕菜单驱动。具有形象直观、高效及容易掌握等优点。近年来，国内外在微机或工作站上开发的CAD/CAM软件发展很快，得到广泛应用。如美国CNC软件公司的Mastercam、美国UGS公司的UG、我国北航海尔的制造工程师等软件，都是性能较完善的三维CAD造型和数控编程一体化的软件，且具有智能型后置处理环境，可以面向众多的数控机床和大多数数控系统。2．自动编程的内容与步骤数控编程是从零件图纸到获得合格的数控加工程序的过程，其任务是计算加工中的刀位点。刀位点一般为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。数控编程的主要内容包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、数学处理、编写零件加工程序、输入数控系统、程序检验及首件试切。如图所示为计算机辅助编程的工作流程。CAM编程是当前最先进的数控加工编程方法，它利用计算机以人机交互图形方式完成零件几何形状计算机化、轨迹生成与加工仿真到数控程序生成全过程，操作过程形象生动，效率高、出错几率低。而且还可以通过软件的数控接口共享已有的CAD设计结果，实现CAD/CAM集成一体化，实现无图纸设计制造。为适应复杂形状零件的加工、多轴加工、高速加工，一般采用计算机辅助编程，其步骤如下：步骤1零件的几何建模对于基于图纸以及型面特征点测量数据的复杂零件数控编程，其首要环节是建立被加工零件的几何模型。步骤2加工方案与加工参数的合理选择数控加工的效率与质量有赖于加工方案与加工参数的合理选择，其中刀具、刀轴控制方式、走刀路线的进给速度的优化是满足加工要求、机床正常运行和刀具寿命的前提。步骤3刀具轨迹生成。刀具轨迹生成是复杂形状零件数控加工中最重要的内容，能否生成有效的刀具轨迹直接决定了加工的可能性、质量与效率。刀具轨迹生成的首要目标是使所生成有刀具轨迹能满足无干涉、无碰撞、轨迹光滑、切削负荷光滑并满足要求、代码质量高。同时，刀具轨迹生成还应满足能用性好、稳定性好、编程效率高、代码量小等条件。步骤4数控加工仿真。由于零件形状的复杂多变以及加工环境的复杂性，要确保所生成的加工程序不存在任何问题十分困难，其中最主要的是加工过程中过切与欠切、机床各部件之间的干涉碰撞等。对于高速加工，这些问题常常是致命的。因此，实际加工前采取一定的措施对加工程序进行检验并修正是十分必要的。数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序，具有柔性好、成本低、效率高且安全可靠等特点，是提高编程效率与质量的重要措施。步骤5后置处理后置处理是数控加工编程技术的一个重要内容，它将通用前置处理生成的刀位数据转换成适合于具体机床数据的数控加工程序。其技术内容包括机床运动学建模与求解、机床结构误差补偿、机N加工轨迹仿真验证满意否？后置处理并生成NC代码Y检查加工代码NC代码传至数控机床结束准备被加工零件的几何模型根据工艺过程生成加工轨迹实施加工床运动非线性误差校核修正、机床运动的平稳性校核修正、进给速度校核修正及代码转折换等。因此后置处理对于保证加工质量、效率与机床可靠性运行具有重要作用。采用CAD/CAM（计算机辅助设计及制造）的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生巨大的经济效益。一个完全集成的CAD/CAE/CAM软件，能辅助工程师从概念设计到功能工程分析到制造的整个产品开发过程，如图所示。二、CAD/CAM软件分类CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在，工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。1.高档CAD/CAM软件高档CAM软件的代表有Unigraphics、I-DEAS、Pro/Engineer、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展UG的功能。是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CAM软件。2.中档CAD/CAM软件CIMATRON是中档CAD/CAM软件的代表。这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。3.相对独立的CAM软件相对独立的CAM系统有Mastercam、Surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三自动设计功能设计基本设计直接数控生产计划柔性加工系统保证质量生产管理处理技术设计详细布局形状数控加工中心检查经济核算工艺模拟设计计算成组工艺图形描绘形状定义图形分析产品信息CAD数据库维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用在中小企业的模具行业。4.国内CAD/CAM软件国内CAD/CAM软件的代表有CAXA-ME、金银花系统等。这类软件是面向机械制造业自主开发的中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件，具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能。这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合我国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。三、国内外流行的CAD/CAM软件介绍1.AutoCAD简介美国Autodesk公司为微机开发的一个交互式绘图软件，具有较强的绘图、编辑、绘制剖面线和图案、标注尺寸以及方便用户二次开发的功能，也具有部分的三维作图功能。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，拥有广泛的用户。2.UGUG（Unigraphics）软件起源于美国麦道飞机公司，于1991年11月并入世界上最大的软件公司——EDS公司。它是CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航天航空、汽车、通用机械及模具等领域。其功能强大，可以轻松实现各种复杂3D实体的造型构建。国内外已有许多科研院所和厂家选择了UG作为企业的CAD/CAM系统。无论装配图还是零件图设计，都从三维实体造型开始，使图形直观、逼真。三维实体生成后，可自动转换成工程图（如三视图、轴侧图、剖试图等）。其三维CAD是参数化的，修改一个草图尺寸，就使零件相关的尺寸随之变化。该软件还具有人机交互方式下的有限元分析，并可对任何实际的二维及三维机构进行复杂的运动学分析和设计仿真，以及完成大量的装配分析工作。一般认为UG是业界中比较有代表性的数控软件。UG/CAM提供了一整套从钻孔、线切割到5轴铣削的单一加工解决方案。在加工过程中的模型、加工工艺、优化和刀具管理上，都可以与主模型设计相联接，始终保持最高的生产效率。把UG扩展的客户化定制的能力和过程捕捉的能力相结合，您就可以一次性地得到正确的加工方案。UG-CAM由五个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。（1）交互工艺参数输入模块通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹具、编程原点、毛坯、零件等工艺参数。（2）刀具轨迹生成模块UG-CAM最具特点的是其功能强大的刀具轨迹生成方法。包括车削、铣削、线切割等完善的加工方法。其中铣削主要有以下功能：完成各种孔加工；平面铣削。包括单向行切，双向行切，环切以及轮廓加工等；固定多轴投影加工。用投影方法控制刀具在单张曲面上或多张曲面上的移动，控制刀具移动的可以是已生成的刀具轨迹，一系列点或一组曲线；可变轴投影加工；等参数线加工。可对单张曲面或多张曲面连续加工；裁剪面加工；粗加工。将毛坯粗加工到指定深度；多级深度型腔加工。特别适用于凸模和凹模的粗加工；曲面交加工。按照零件面、导动面和检查面的思路对刀具的移动提供最大程度的控制。（3）刀具轨迹编辑模块刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短或修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形的和文本的信息去编辑刀轨。因此，当要求对生成的刀具轨迹进行修改，或当要求显示刀具轨迹和使用动画功能显示时，都需要刀具轨迹编辑器。动画功能可选择显示刀具轨迹的特定段或整个刀具轨迹。附加的特征能够用图形方式修剪局部刀具轨迹，以避免刀具与定位件、压板等的干涉，并检查过切情况。刀具轨迹编辑器主要特点：显示对生成刀具轨迹的修改或修正；可进行对整个刀具轨迹或部分刀具轨迹的刀轨动画；可控制刀具轨迹动画速度和方向；允许选择的刀具轨迹在线性或圆形方向延伸；能够通过已定义的边界来修剪刀具轨迹；提供运动范围，并执行在曲面轮廓铣削加工中的过切检查。（4）三维加工动态仿真模块UG/Verify交互地仿真检验和显示NC刀具轨迹，它是一个无需利用机床，成本低，高效率的测试NC加工应用的方法。UG/Verify使用UG/CAM定义的BLANK作为初始的毛坯形状，显示NC刀轨的材料移去过程，检验包括错误如刀具和零件碰撞曲面切削或过切和过多材料。最后在显示屏幕上的建立一个完成零件的着色模型，用户可以把仿真切削后的零件与CAD的零件模型比较，因而他们可以方便地看到，什么地方出现了不正确的加工情况。（5）后置处理模块UG/Postprocessing包括一个通用的后置处理器(GPM),使用户能够方便地建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器(MDFG),一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，包括：控制器和机床特征、线性和园弧插补、标准循环、卧式或立式车床、加工中心等等。这些易于使用的对话框允许为各种钻床、多轴铣床、车床、电火花线切割机床生成后置处理器。后置处理器的执行可以直接通过Unigraphics或通过操作系统来完成。3.MasterCAMMasterCAM是由美国CNCSoftware公司推出的基于PC平台上的CAD/CAM软件，它具有很强的加工功能，尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面，具有独到的优势。由于MasterCAM主要针对数控加工，零件的设计造型功能不强，但对硬件的要求不高，且操作灵活、易学易用且价格较低，受到中小企业的欢迎，是我国目前十分流行的CAD/CAM系统软件。它有以下特点：（1）Mastercam除了可产生NC程序外，本身也具有CAD功能（2D、3D、图形设计、尺寸标注、动态旋转、图形阴影处理等功能）可直接在系统上制图并转换成NC加工程序，也可将用其他绘图软件绘好的图形，经由一些标准的或特定的转换文件如DXF文件、CADL文件及IGES文件等转换到Mastercam中，再生成数控加工程序。（2）Mastercam是一套以图形驱动的软件，具有各种连续曲面加工