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Unigraphics是高档CAM软件的代表。其加工方式完备,计算准确,实用性强,是航空、汽车、造船行业的首选CAM软件。
CIMATRON90是中档CAM软件的代表。该软件产自以色列。其实用性强,也是航空、汽车、电子、模具行业的广泛应用的CAM软件。
MasterCAM是低档CAM软件的代表。主要应用在中小企业的模具行业。
CAXA-ME是国内CAM软件的代表。主要面向中小企业。
4 工业界对CAM软件的新需求
4.1 、支持虚拟企业生产组织方式
以美国PTC公司的Pro/Engineer为代表的CAD系统,基本上反映了当前CAD技术的现状。以参数化特征技术为基础的零件设计、变量几何为基础的总体设计的CAD系统逐渐走向成熟和繁荣。Pro/Engineer,UG,CATIA等高档产品Cimatron,Solidwork,Solidedge等中低档产品竞争异常激烈,国内的多家CAD软件厂商也正处于紧锣密鼓的开发之中,如CAXA、华中、浙大大天、高华、金银花等。可以说,CAD系统和市场逐渐稳定。同样,为制造业服务的CAM技术也随之发展和变化。由于市场的国际化,全球竞争要求产品的制造过程具有高速度和低成本。产品更新的速度越来越快,市场需求朝着小批量、个性化方向发展。传统的小而全的企业模式已越来越丧失竞争力,各种形式的合作开发、生产和销售方式应运而生。因此,异地设计、异地编程、异地加工越来越被众多企业采用。虚拟制造技术也应运而生。虚拟技术是应用计算机技术,对产品的设计、加工、装配等工序统一建模,形成虚拟的的生产过程,从而产生了虚拟的产品、虚拟的企业。虚拟制造技术使得厂家可以在不同的城市甚至不同的国家通过Internet/Intranet进行设计、加工,共享同一产品模型,从而大大提高效率,降低成本。
由于产品设计、造型工作由多个厂家协同完成,而各个厂商由于不同的国家标准、
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使用习惯、员工素质、企业模式等原因,采用的软件工具千差万别,有工作站版的,有微机版的。因此,要求各企业之间能够交换和共享数据。采用的数据交换包括国际标准STEP以及事实上的行业标准,如IGES,DXF,VDA,SAT等。因此,需要软件支持国际标准和事实行业标准,能接收来自任何系统的CAD数据。 4.2、支持采用数控机床进行标准化加工。
企业追求产品的质量,在有了CAD/CAE/CAM工具的条件下,生产组织管理就是关键了。加工的标准化是生产组织管理的重要一环。粗加工、半精加工、精加工,各工序的加工余量、加工速度、切削量都有严格的规定。CAM软件要能以有效的方式支持加工的标准化。 4.3、支持智能化加工
CAM技术及系统在完成了对复杂曲面按精度无干涉加工以后,人们希望CAM系统能做更多的事情。当今所有的CAM系统,都得依靠编程工程师按照一定得步骤,生成刀具轨迹。刀具轨迹的干涉与否,与工程师对软件的熟练程度和认真程度有关,CAM系统不允许工程师犯任何小错误,否则,刀具轨迹很可能出现干涉现象。即使出现了干涉,系统也不会自动提示。工程师希望所有的刀具轨迹都是正确且优化的。 当前,CAM软件功能越来越复杂、掌握起来很困难。例如有的软件,仅粗加工一项就有十几种方法。工程师需要理解软件厂商设置的每个功能,更重要的,理解这些功能需要学习计算几何或微分几何的相关知识。因此,人们期望CAM系统具有智能,能自动生成各个工序的刀具轨迹及各种工艺工序报表。 4.4、支持并行工程
近年来,各个大企业为了快速响应市场变化,纷纷以并行工程的方式展开生产,产品模型不仅在创意阶段、设计阶段甚至在加工阶段都可能做修改。因此,CAM系统必须支持并行工程。
5 CAM技术的发展方向
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5.1、 智能化
5.1.1、 生成刀具轨迹的智能化。
自动生成粗加工、半精加工、精加工、补加工的刀具轨迹。 当CAD数据改变时,自动更新各加工工序的刀具轨迹。 当某工序的加工参数改变,自动改变刀具轨迹。 5.1.2、 产生工艺流程的智能化。 自动产生加工工艺文件和工序文件。
工艺文件和工序文件自动随工序的改变而改变。 5.2、 集成化
1) CAM与CAD的集成。
2) 向CIMS发展。
即通过计算机及软件,将企业的全部生产活动,包括设计、制造、管理及整个物流与信息流有机地集成,构成一个完整的生产系统,从而获得更高的效率。 5.3、 网络化 5.3.1、 共享网络资源
实现共享程序、数据、资源。 5.3.2 、平衡负载
较闲的电脑分担较繁重电脑的工作。
把需要图形计算的工作放在高速计算机上。 5.3.3 、提高系统性能价格比
用若干PC机、工作站或小型机代替价格昂贵的大型机,共同完成要在大型机上才能完成的工作。
6 数控机床的主要组成部分和基本工作过程
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6.1、数控机床的组成
数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、主控制系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。 6.1.1、数控系统
它是机床实现自动加工的核心。主要有操作系统、主控制系统、可编程控制器、各类输入输出接口等组成。其中操作系统由显示器和操纵键盘组成,显示器有数码管、CRT、液晶等多种形式。主控制系统与计算机主板有所类同,主要由CPU、存储器、控制器等组成。数控系统所控制的一般对象是位置、角度、速度等机械量,以及温度、压力、流量等物理量,其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类,其中主控制器内的插补运算模块就是根据所读入的零件程序,通过译码、编译等信息处理后,进行相应的刀具差补运算,并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号比较,从而控制机床各个坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器PLC来完成,它根据机床加工过程中的各个动作要求进行协调,按各检测信号进行逻辑判断,从而控制机床各个部件有条不紊地按序工作。 6.1.2、伺服系统
它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置检测反馈信号比较后作为位移指令,再经驱动控制系统功率放大后,驱动电动机运转,从而通过机械传动装置拖动工作台或刀架运动。 6.1.3、主传动系统
它是机床切削加工时传递转矩的部件之一。一般分为齿轮有级变速和电气无级变速两种类型。较高档的数控机床都要求实现无级调速,以满足各种加工工艺的要求,它主要由主轴驱动控制系统、主轴电动机以及主轴机械传动机构等组成。
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6.1.4、强电控制柜
它是用来安装机床强电控制的各种电气元器件,除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源,以及各种短路、过载、欠压等电气保护外,主要在可编程控制器PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元器件之间起桥梁联结作用,即控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等,主要起到扩展节点数和扩大触点容量等作用。另外,它也与机床操作台的有关手控按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成。它与一般的普通机床电气类似,但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性,要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均应必须并接RC阻容吸收器;对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接。 6.1.5、辅助装置
它主要包括ATC刀具自动交换机构、APC工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑系统、切削液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等部分。机床加工功能与类型不同,所包含的部分也不同。 6.1.6、机床本体
它指的是数控机床机械结构实体。它与传统的普通机床相比较,同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成,但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、刀具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点,归纳起来有以下几点:
1) 采用高性能主传动及主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性能好及
热变形小等优点。
2) 进给传动采用高效传动件。具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点,
一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。
3) 有较完善的刀具自动交换和管理系统。工件在加工中心类机床上一次安装
后,能自动地或者接近完成工件各类的加工工序。
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