朱慶太 孫 堅

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，九江 332007）

CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用研究

朱慶太 孫 堅

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，九江 332007）

分析機械設(shè)計與制造中CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，以提高企業(yè)對CAD/CAM技術(shù)的重視度，實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用綜合效益。

CAD/CAM技術(shù) 機械設(shè)計 制造

引言

隨著現(xiàn)代機械工作的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)機械生產(chǎn)方式已越發(fā)難以滿足產(chǎn)品設(shè)計、制造的現(xiàn)實要求。而CAD/CAM技術(shù)在機械制造業(yè)中的應(yīng)用，則提供了制造業(yè)技術(shù)革新與發(fā)展契機。CAD/CAM技術(shù)以計算機軟硬件為現(xiàn)實基礎(chǔ)，集成了曲面設(shè)計、二維繪圖、三維實體設(shè)計、數(shù)據(jù)編程、可視化和刀具路徑模擬等功能，為零件設(shè)計與實現(xiàn)提供極大的便利。而當(dāng)前大部分中小企業(yè)仍缺乏對CAD/CAM技術(shù)的重視，為此，重點對CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用狀況進(jìn)行探究。

1 CAD/CAM技術(shù)及特征認(rèn)知

1.1 CAD/CAM技術(shù)分析

CAD技術(shù)即計算機輔助設(shè)計，以計算機與圖像設(shè)備為支撐，為設(shè)計人員設(shè)計工作開展提供相關(guān)支持。在設(shè)計環(huán)節(jié)，多需借助計算機對不同方案進(jìn)行計算與分析，以確保應(yīng)用方案最優(yōu)化。設(shè)計工作多從草圖開始，應(yīng)用CAD技術(shù)，設(shè)計人員可通過計算機將草圖轉(zhuǎn)化為工作圖，計算機運行并提供相關(guān)設(shè)計結(jié)果，且設(shè)計人員可以在線修改，對相關(guān)圖形進(jìn)行具體操作，如旋轉(zhuǎn)、放大、縮小或編輯等。CAM技術(shù)即計算機輔助制造，其核心技術(shù)為數(shù)控，借助計算機進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理與控制，可進(jìn)行零件工藝路線和加工指標(biāo)輸入，實現(xiàn)對刀具運功軌跡的有效控制，以提高產(chǎn)品制造質(zhì)量。

1.2 CAD/CAM技術(shù)特征及優(yōu)勢分析

CAD/CAM技術(shù)系統(tǒng)中設(shè)置有初學(xué)者學(xué)習(xí)模塊，同時具有即時幫助功能，在操作與應(yīng)用上，具有顯著的方便性。完整的CAD/CAM系統(tǒng)，功能模塊較為豐富，如包括圖形編輯、數(shù)控加工、三維繪圖、曲面造型和仿真模擬等。所有模塊均以工程數(shù)據(jù)庫為基準(zhǔn)，這也保障了該系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)的完整性與一致性，支持?jǐn)?shù)據(jù)共享，切實提高設(shè)計與制造效率。CAD系統(tǒng)在設(shè)計層面具備顯著優(yōu)勢，支持參數(shù)化設(shè)計，可將二維工程圖和三維實體模擬進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，其設(shè)計類型表現(xiàn)為自動設(shè)計和交互設(shè)計兩種。自動設(shè)計主要面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)固定、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的產(chǎn)品，其效率較高，但靈活性相對不足；而交互設(shè)計則表現(xiàn)出良好的靈活性，適用于交互眾多、復(fù)雜性程度高的設(shè)計。CAM關(guān)注的是產(chǎn)品制造問題，提供了交互式編程辦法，在應(yīng)用中可進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)定、刀具選擇和加工軌跡控制等，支持計算機仿真，以檢驗加工程序運行質(zhì)量，能切實提高產(chǎn)品制造質(zhì)量與效率。

2 CAD/CAM技術(shù)于機械設(shè)計與制造中應(yīng)用分析

2.1 CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計層面的應(yīng)用

基于機械設(shè)計層面，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個維度，其一，機械零件設(shè)計。面向零件進(jìn)行模型構(gòu)建，需要考慮零件屬性特征，并關(guān)注組合方法的選用。零件與特征間的關(guān)系，需要具備層次性。這也要求設(shè)計人員具備良好的空間思維，并掌握一定的零件建模方法，以提高零件建模效率與質(zhì)量。此外，建模作業(yè)還應(yīng)關(guān)注零件模型的調(diào)整性問題，這是因為在市場競爭環(huán)境下，廠家要依據(jù)市場變化，不斷進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計改進(jìn)與調(diào)整，以滿足用戶現(xiàn)實需要；其二，機械裝配設(shè)計。任何復(fù)雜的產(chǎn)品均是由多個部件相互組合構(gòu)成的，而部件則由零件構(gòu)成。通過這種層次描述，并通過裝配模型表示其層次關(guān)系，可實現(xiàn)機械裝配設(shè)計或裝配建模。通過裝配模型，完整表現(xiàn)零部件相互關(guān)系，并進(jìn)一步明確了零部件限制條件，有助于提高產(chǎn)品裝配效率。以齒輪泵設(shè)計與裝配為例，齒輪泵的構(gòu)成包括傳動齒輪、泵體、泵蓋、齒輪轉(zhuǎn)、標(biāo)準(zhǔn)間和密封零件等，借助CAD/CAM技術(shù)可實現(xiàn)齒輪泵模型構(gòu)建，且可面向零件進(jìn)行裝配設(shè)計，理解齒輪泵運行原理，并分析各個零件間的相互關(guān)系，有助于實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與裝配質(zhì)量。

2.2 CAD/CAM技術(shù)在機械制造層面的應(yīng)用

基于機械制造層面，CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用主要表現(xiàn)為：做好機械產(chǎn)品制造相關(guān)的準(zhǔn)備工作，如執(zhí)行產(chǎn)品制造工藝設(shè)計、進(jìn)行零件加工數(shù)據(jù)編程，面向零件裝配機器人進(jìn)行編程作業(yè)等。在工藝設(shè)計方面，需依托CAD/CAM技術(shù)充分分析零件加工應(yīng)選擇的加工方法，對其加工次序進(jìn)行說明，并選擇合適的加工設(shè)備。在傳統(tǒng)生產(chǎn)條件下，多要求安排經(jīng)驗豐富的人員進(jìn)行工藝設(shè)計，但CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，使大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中，操作人員可通過調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)，安排工藝設(shè)計，且對操作人員經(jīng)驗要求相對偏低。在數(shù)控編程上，要求工作人員依據(jù)零件加工目標(biāo)與指標(biāo)，于數(shù)控機床上執(zhí)行具體程序編制，輸入相關(guān)的工藝參數(shù)。編程操作可選擇兩種方式：第一，手工編程，主要面向簡單形狀零件加工；第二，自動編程，借助計算機與相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)工件編程作業(yè)?？赏ㄟ^CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行零件特征與工藝信息描述，并借助計算機實現(xiàn)加工程序的編寫。適用于復(fù)雜程序編制工作，且實現(xiàn)周期較短，編程水平高?？紤]到大部分企業(yè)零件裝配工作的實現(xiàn)是通過機器人來完成的，為此，應(yīng)做好機器人程序編程。而CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，則可極大簡化其編程工作。以輪轂加工為例，通過CAD/CAM技術(shù)，可以首先應(yīng)用Pro/E系統(tǒng)進(jìn)行輪轂?zāi)Ｐ驮O(shè)計，依據(jù)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品模具設(shè)計。通過相關(guān)軟件進(jìn)行輪轂方案模擬優(yōu)化，具體需要優(yōu)化其傳熱過程、冷卻工藝等，在模擬優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提高工藝設(shè)計質(zhì)量。將優(yōu)化后方案輸入CAD/CAM系統(tǒng)，在數(shù)控機床中進(jìn)行具體工藝參數(shù)設(shè)定，說明其加工工具、路徑與具體工藝標(biāo)準(zhǔn)，通過執(zhí)行數(shù)據(jù)編程，實現(xiàn)輪轂相關(guān)零件生產(chǎn)。實踐表明，CAD/CAM技術(shù)的綜合應(yīng)用，不僅降低了輪轂制造周期，還保障了其產(chǎn)品質(zhì)量，對于實現(xiàn)企業(yè)綜合效益有著積極意義。

3 結(jié)語

當(dāng)前，大部分中小企業(yè)雖然應(yīng)用有CAD/CAM技術(shù)，但整體來看，對CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用多處于表層，如CAD技術(shù)應(yīng)用多表現(xiàn)在繪圖層面，而零件加工仍采用傳統(tǒng)工藝，缺乏對CAD/CAM技術(shù)優(yōu)勢的認(rèn)識是影響其應(yīng)用深度的關(guān)鍵。本探究在認(rèn)知CAD/CAM技術(shù)及特征的基礎(chǔ)上，重點從機械設(shè)計與制造層面進(jìn)行了CAD/CAM應(yīng)用分析，結(jié)合實踐操作，對CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用的效果進(jìn)行分析。實踐表明，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用可提高機械設(shè)計與制造質(zhì)量，有助于降低產(chǎn)品設(shè)計與制造周期，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)綜合效益。

[1]李曉君.機械設(shè)計和加工中CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用解析[J].新媒體研究，2014，（2）：94-93.

[2]付菁.CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計與加工中的應(yīng)用[J].商情，2013，（27）：236.

The Application of CAD/CAM Technology in Mechanical Design and Manufacturing

ZHU Qingtai, SUN Jian
(Jiujiang Vocational and Technical College, Jiujiang 332007)

This paper analysis the application of CAD/CAM technology in mechanical design and manufacturing in order to improving the enterprise’s attention to CAD/CAM technology and realizing the comprehensive benefits of technology application.

CAD/CAM technology, mechanical design, manufacturing