数控加工中CAD/CAM软件应用分析

杨建勋

（四川省服装艺术学校，四川 南充637000）

目前，随着现代科技的不断发展，使得像手工模型、零件的加工等较为传统的模型生产方法已无法满足实际的发展要求。在CNC加工中，加工软件的准备是基本工作，但是CNC加工软件的制备通常很复杂，并且对复杂工件和单个零件的生产时编程工作量很大，导致生产效率低下。因此，将CAD/CAM软件与CNC加工技术相结合，可以节省大量的设计和生产时间，而且提高了零件加工的精度和速度，极大地促进了制造业的发展。

1 CAD/CAM技术和数控加工技术

1.1 数控加工技术

目前的数控加工技术就是将多种技术组合，包括：机械处理技术、计算机技术、电子技术、自动控制技术以及检测技术等。这是一种新型的机械生产技术，发展速度较快，在机械制造行业中发挥其重要作用。专注CNC技术的CNC机床和CNC生产机械技术代表了最先进的自动化一体化技术。

1.2 CAD/CAM技术

CAD是计算机辅助设计。该技术可以处理CAM零件的模型并满足设计需求，如图1所示。在判断CAD系统的性能时，主要基于其设计功能以及是否可以有效地进行设计。现如今使用最为广泛的就是自动设计以及交互设计这两种CAD技术。自动设计虽然具有较高的工作效率，但不够灵活，只能用于具有固定产品结构的标准化生产。而交互设计具有更大的灵活性，可以更好地显示员工的创造力，但是这种方法效率较低。

图1 CAD/CAM软件技术的应用

2 CAD/CAM软件应用于数控加工的过程

2.1 CAD几何建模

根据零件的结构、尺寸和其他信息，执行稳定的几何建模。它可以是三维模型或平面模型。将DXF形式的文件按照对应的比例进行存储，并进行数控加工。

2.2 数控工艺生产

根据CAD子系统提供的相关数据，该模块完成CNC零件加工过程的各种任务，包括自动加工方法选择、机床选择、夹具选择、刀具选择、测量工具选择，为每个功能选择切割参数并进行固定，CAM软件将自动生成用于选择程序、加工补偿分配和自动加工尺寸分辨率等的刀具路径。

2.3 后置处理和数控程序生成

在CNC加工中，最为重要的一个环节就是后置处理。其主要任务是将由CAM软件预处理生成的刀具轨迹和过程参数，转换为特定机床控制器可接受的特定格式的CNC代码文件，生成零件处理程序所需的指令和程序格式。

2.4 数控加工

生成程序后，必须将接收到的CNC代码传输到CNC机床上，以运行机床首先执行仿真处理。如果不能满足加工要求，则必须更正原始的NC程序，并再次执行数控加工仿真，经确定准确无误后，将毛坯进行安装，这时机床就可对合格的零件进行加工。

3 CAD/CAM对机床数控加工系统的影响

3.1 对零件制造轮廓插补功能的影响

轮廓插补功能是零件生产过程中机床零件轮廓加工的主要过程。机器制造过程中常用的轮廓插值功能包括：线性插值、弧形插值和抛物线插值。每个功能都有其自己的控制模型，因此数字机床软件控制系统更加复杂。在零件加工过程中，每个对象的轮廓都可以用细的直线代替，因此CNC系统仅需安装线性轮廓补偿系统即可完成机械零件的加工。集成的CAD/CAM系统可以逼近零件的任何小轮廓并编译包含数字代码的加工程序。

3.2 CAD/CAM一体化系统对刀具补偿功能的影响

刀具补偿功能是机床数控系统中最重要的功能之一。手动编程车辆补偿功能时，左右设置刀具半径补偿，使用G40取消车辆半径补偿，使用G43、G44设置正负零件长度补偿，使用G49取消长度补偿功能。在零件加工过程中，补偿功能被转换为数字代码。输入相关代码后，机床CNC系统将自动终止刀具补偿操作。集成的CAD/CAM系统可以执行刀具补偿功能，而无需编译相关代码。

3.3 CAD/CAM一体化系统对其他数控加工技术的影响

机床的数控加工系统中有很多固定循环功能，包括简单循环功能、多个固定循环功能、孔循环功能和钻削循环功能。为了进行零件加工，可利用CAD/CAM系统的集成功能对零件的模型系统进行调整。

CAD/CAM一体化系统对于机床数控系统还有以下两个方面的影响：

（1）集成的CAD/CAM系统可以将许多系统功能有机地组合到机床的数控系统中，从而可以使用的更加方便，并与时代的发展相符合。

（2）集成的CAD/CAM系统减少了机床的CNC程序代码，具有更高的生产效率和更高的精度，因此可以有效提高CNC机床信息技术的发展速度。

4 CAD/CAM软件加工实例的研究

4.1 CAXA软件加工应用实例

本零件用于对劳动部数控工艺员（数铣）的培训考试，从实体建模的角度来看，由于存在由6个圆弧组成的5个槽，因此初步的二维建模更加复杂。因此，我们选择CAXA软件进行样式设计。由于CAXA 2D建模功能可与专业的AutoCAD 2D软件相媲美，因此其建模过程将比其他软件更简单。使用CAXA软件对模型进行建模，并自动生成NC代码，然后将其输入到NC处理中心，以获取劳动部数控技术员（数控机床）的培训和考试用件。具体如图2所示。

图2

在加工该零件时，应注意以下问题：（1）毛坯必须在加工中心处拧紧并固定，以免在加工过程中引起工作台与工作台之间的移位和移动；（2）毛坯件的设定方向应与加工时的工作坐标方向一致；（3）在固定过程中，将加工零件的参考方向与数控机床的参考方向相连接的过程，即对准过程；（4）进行对刀操作，对刀操作的目的是通过刀具与工具来确定工件坐标系和机床坐标系之间的空间位置的关系，并在以下位置输入刀具的操作数据并于相关的位置对应。对刀分为X、Y向对刀和Z向对刀；（5）输入和修改刀具补偿值，根据偏移量数据的正确性，根据刀具的大小和当前位置，在对应程序的存储位置输入正确的刀具半径补偿值和刀具长度补偿值，符号的不正确性和数据地址的不正确性将对处理过程中的正确性带来威胁，从而导致冲突或删除处理的风险。

总结和分析自动化编程和处理零件的质量，得出以下结论：CAXA作为具有自主知识产权的CAD/CAM软件，在中国具有强大的二维绘图能力和强大的三维建模能力。但是，数控加工能力相对较弱。对于具有复杂形状和结构的非模具零件，可以首先使用CAXA软件。CAXA软件具有中文界面，对于英语基础较差的人来说更易于学习和使用。

4.2 Cimatron软件加工应用实例

本部分来自工程实践。该零件是椭圆形螺旋模具的核心，它是一组注塑模具的一部分。对尺寸公差，形状公差和表面质量的要求相对较高。工件的材料为Cr12，加工性能较差。为了能够顺利地拆卸，工作部件在轴部分上具有吸引角，并且上下部分之间的尺寸差为0.1mm。

总结和分析自动化编程和处理工作流程的质量，得出以下结论：与CAXA相比，Cimatron软件具有较差的二维绘图功能和相对简单的建模功能，但在CNC加工和轨迹控制工具中具有强大的功能。方便、多样的加工、粗加工、半精加工和精加工可以轻松、清晰地分离和处理，尤其是在加工复杂曲面形状时，可以将其视为功能强大的CNC加工软件。在设计和加工模具时，应可能首先考虑使用Cimatron软件。

4.3 Type3软件加工应用实例

根据零件的绘图特性，我们使用具有浮雕功能的Type3软件来标记字母的外圆和一部分，即借助Type3软件，使用CNC代码来标记雕刻和铣削的一部分流程自动生成，然后转移到四轴CNC加工中心进行雕刻和铣削。本文仅分析和研究标记部分的雕刻和铣削过程。

通过对自动编程和加工零件质量的总结和分析，得出以下结论：作为专用于雕刻和铣削的软件，Type3软件的最大优势在于数学加工方法简单，可将复杂圆周的三维图扩展为二维平面，简化了样式设计过程，可以直接导入AutoCAD工程图以完成建模。数控生成的程序相对简单实用，适用于图案、标志等的平面雕刻、凸雕或浮雕（针式加工），特别适用于在周边雕刻和铣削图形和字符，也适用于在圆周上加工特殊形状的曲线。

5 结束语

在科技不断进步的今天，CNC加工中广泛地采用了CAD/CAM软件。该程序将微机和CNC机床结合在一个面向车间的系统中，这在很大程度上提升了设计的效率和质量，将CNC机床的优势尽可能地发挥出来，同时使得总体的生产效率和质量也得到提升，实现了系统集成与设计生产的一体化。在制造行业的数字化发展中，CAD/CAM和CNC技术是其中最为关键的两种技术，将二者有机地结合起来以实现互补功能，可有效地促进现代制造业的发展。在此基础上，了解CAD/CAM软件的具体内容以及该技术在CNC加工中的重要作用，并广泛应用该技术，可以更好地提高工业生产效率，确保工业生产质量，这在我国的工业发展中非常重要，因此我们需要加强对这项技术的深入研究。