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第十四章:现代设计理论和方法—CAM

CAM系统
    CAM是在刀具建库夹具建库NC—POST建模CAD实体造型基础上的集成。在计算机中建立机床加工环境,根据加工工艺方案设置参数,模拟机床的实际切削过程,进行刀具干涉检查,最后生成NC代码文件。

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   关键技术

  • 夹具库的建立、多工位夹具的装配及在各工序间的切换。
  • 装配式刀具库的建立及在仿真切削过程中的调用。
  • NC—POST的应用调试。
  • 使用Pro/Engineer的数据库功能和Family Table建立系列刀具元件、系列夹具元件、加工毛坯模型。
  • 模拟加工试切过程,并进行切削干涉检查。在Tool Motion层,修改刀具路径。应用软件功能,生成刀具、夹具及部装装配图和刀具路径图,输出各种工艺信息及报表。

  “图形交互式自动编程”

    以CAD生成的零件几何信息为基础,采用人机交互对话方式,在计算机屏幕上指定被加工件的几何特征,定义相关的加工参数,由计算机进行数据处理,并动态显示加工路径,最后输出NC代码数据。

特别是它所提供的仿真切削功能,能模拟加工环境进行切削,并检查刀具干涉。主轴箱体零件尺寸精度高,孔、平面等几何要素位置公差约束多,箱体六个面都要加工,多次切换夹具。加工周期长,计有工序共95道工步完成加工。

  使用的图形交互式编程软件是PTC(美国参数技术公司)的Pro/Engineer --V18.0,软件运行于SGI图形工作站。Pro/Engineer是基于三维的零件设计、制造、分析软件包。其制造功能模块主要具有以下功能:

  1) 数据的唯一性、相关性。如果对一个零件模型进行了修改,与此零件相关的装配图、零件图等都会自动更新;

  2) 强大的加工环境设计能力。能够模拟加工条件,建立三维的组装式夹具装配、刀具装配、加工毛坯系列;图形交互式人机对话;有多种进刀方式,可自动生成加工刀具路径。能进行铣削、镗削、钻削、铰孔、车加工、线切割等多种加工。每种加工方式提供多种加工方式;能图形显示刀具路径;屏幕模拟实际切削过程,显示材料去除过程和进行刀具干涉检查;提供完整的工艺过程信息。可提供刀具装配、安装、使用信息,夹具安装、使用信息,机床使用信息,工步参数设置信息等。

  Pro/Engineer是目前企业级CAD/CAM/CAE中较为完善的一种实用软件。根据实际应用过程,我们把图形交互式编程可分为七个阶段:

  ① 准备工作阶段。

在这个阶段里,主要完成加工环境设计工作。即在人工或CAPP完成工艺方案设计的前提下,在计算机上完成数控机床(FMC)参数设置;刀具元件建库,刀具组装;加工毛坯系列设计;CAD模型检查和简化设计;通用夹具元件建库、专用夹具元件建摸、夹具组装。上述这些工作,建立了三维的实际的加工环境,而加工刀具路径的建立,要受上述要素的空间几何关系约束。

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② 加工方案概念设计阶段。

   在前一阶段建立的加工环境上,按工艺方案的要求,根据零件毛坯、夹具装配之间空间几何关系及刀具特征和参数,筛选最适用的加工方法。拟定刀具的进入路径、切削路径、退出路径。刀具在运动中可能发生干涉的部位,并及时地进行加工环境调整。注意:要按照工艺方案,一道序一道序地进行加工方法筛选,拟订刀具路径。因后道工步而调整加工环境时,要返回到与夹具调整有关的工步,重新进行加工方案设计。在后道工步加工方案拟定没有完成时,不要急于进入加工路径设计。否则因后道工步进行了加工环境调整,将使你当前所完成的路径设计作废。

③ 加工方案初步设计。

   此时进入实际的路径设计过程。要选定刀具、设置坐标和参数,重点是放在刀具路径的优化上。特别要注意刀具进入和退出的插入点。应在满足工艺要求的前提下使切削路径最捷。

④ 加工方案细化设计。

   在这个阶段主要是对与路径优化的各项参数进行优化。如:提高空刀运行速度,缩短空刀运动距离等。

⑤ 刀具路径坐标检查。

   在图形方式下刀具路径显示受程序员观察角度及显示器分辨率误差的影响,不能精确的描述刀具在X—Y、Y—Z、Z—X三个平面的确切位置。在动态显示刀具运动轨迹时,浏览APT文件,检查刀具X、Y、Z坐标的正确性。在加工微量进给时,如半精加工或精加工,刀具路径的坐标检查是必不可少的。

⑥ 工序切换的环境准备工作。

   在工序切换时,加工环境会进行一定的更动。如:更换新的夹具,更换新的毛坯,增加或减少加工毛坯个数。同时需对加工环境要求重新进行设置。

⑦ NC后处理及信息输出。

   根据具体的加工单元系统,选用相应的后处理器NC--POST,将已生成的APT文件编译成特定CNC系统的NC代码文件。随着代码文件的生成,输出全面工艺过程信息。主要有:工艺路线表、刀具装配清单、刀具安装表、刀具使用明细表、夹具装配明细表、夹具使用明细表、加工单元参数表、工步参数设置等。

   同时还可提供刀具路径图形输出。上述信息根据需要,发送到不同的使用人员手中。

  以上简述了图形交互式编程七个阶段的工作内容。在上述2—5阶段中,各阶段都需进行以下两项相同的工作:

① 刀具干涉检查和相应的加工环境调整。刀具干涉检查有三种方式:静态图形检查、动态图形检查、静态数学计算检查。图形检查属于一种定性检查方式,适用于过度切削或明显干涉的情况下的工步全过程检查。一般用于方案初步设计和细化设计阶段,使用频率较高。数学计算检查是一种精确定量的检查方式,一般用于细化设计和数字检查阶段,在有限特定点处进行。

② 发生刀具干涉后的调整。

有参数调整和环境调整两种方式。一般先采用参数调整,即重新草绘路径、重设置进入或退出方式等。当参数调整仍不能避免干涉的发生,就不得不对加工环境进行调整。如:改变刀长、更换刀头、更换夹具元件、调整夹具元件位置,直至修改工艺方案设计或新设计师提出修改零件图。要注意:加工环境的调整,可能影响到已经完成的前工步的路径设计。要返回与此相关的前工步,重新进行刀具干涉检查或修改刀具路径。

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Copyright 1999—2000 IMT,GDUT Prof.Dr.Wang Chengyong.

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