機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的CAM技術(shù)分析

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摘要：CAD/CAM技術(shù)被應(yīng)用于航空和航天領(lǐng)域。針對(duì)我國機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)，通過最具有代表性的計(jì)算機(jī)應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行深入解析，總結(jié)其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)工程；CAD/CAM；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械加工。

1引言

我國航空航天技術(shù)不斷地發(fā)展，對(duì)CAD/CAM技術(shù)需求也逐漸提高，所以為了更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，滿足航天航空領(lǐng)域機(jī)械設(shè)計(jì)與加工的需求，更好地體現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)的作用，應(yīng)該對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工領(lǐng)域中CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)與制作主要依靠手工機(jī)床，這種方式不僅需要大量的人力支撐，而且所消耗的時(shí)間過長(zhǎng)，質(zhì)量也無法得到完全的保障。而隨著機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)步，我國機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控機(jī)床的加工，如此極大地提高了機(jī)械加工的效率[1-3]。隨著CAD/cam技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的進(jìn)一步應(yīng)用，能夠引領(lǐng)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工走向更加自動(dòng)化、現(xiàn)代化、數(shù)字化的方向。而在機(jī)械的設(shè)計(jì)與加工中，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。（1）三維設(shè)計(jì)。CAD技術(shù)主要應(yīng)用于零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它能夠?qū)⑴c實(shí)際造型相關(guān)的零件在三維層面進(jìn)行體現(xiàn)，并通過仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件裝配與運(yùn)動(dòng)的模擬。另外，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行渲染與著色技術(shù)處理，能夠使物體的形狀真實(shí)地呈現(xiàn)，使人們能夠?qū)υO(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)過程進(jìn)行更直觀的觀察,避免設(shè)計(jì)失誤。（2）圖形和符號(hào)庫。機(jī)械的設(shè)計(jì)與加工過程中有一定的規(guī)律可以追尋，在機(jī)械的設(shè)計(jì)方面存在部分經(jīng)常會(huì)使用到的圖形、數(shù)據(jù)和符號(hào)。CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用能夠通過計(jì)算機(jī)處理將使用頻率較高的符號(hào)、數(shù)據(jù)及圖形進(jìn)行整理，形成圖庫。如此可以在以后的機(jī)械設(shè)計(jì)中降低用于收集符號(hào)、數(shù)據(jù)及圖形的時(shí)間，能夠極大地提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，常用標(biāo)準(zhǔn)件庫和外構(gòu)件極大地提高了設(shè)計(jì)效率。（4）便于進(jìn)行工程的分析。在具體的設(shè)計(jì)圖像及工程環(huán)境中，通過CAE技術(shù)對(duì)CAD生成的3D模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)工程分析。對(duì)注塑模的設(shè)計(jì)中包括關(guān)于塑流、冷卻、變形的分析等參數(shù)化的設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)床的設(shè)計(jì)可以通過有限元分析對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度剛性等進(jìn)行校核。（5）參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能使得設(shè)計(jì)修改變得簡(jiǎn)單快捷。參數(shù)化設(shè)計(jì)使得設(shè)計(jì)不必從零開始，可在其他設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上利用可變化的驅(qū)動(dòng)尺寸實(shí)現(xiàn)快速更改。通過輸入部分參數(shù)可以形成零件族圖形庫。（5）后置加工。CAM可以在CAD的三維模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)后置加工。第一步過對(duì)不同數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)進(jìn)行加工及設(shè)定，CAM可同時(shí)使協(xié)助數(shù)控參數(shù)與程序格式及代碼實(shí)現(xiàn)三位一體，高效結(jié)合。第二步完成對(duì)應(yīng)的配置文件,通過報(bào)表軟件生成生產(chǎn)需要的文檔。第三步結(jié)合機(jī)床的類型及配套設(shè)施，實(shí)現(xiàn)三維模型向CNC程序的轉(zhuǎn)變，從而生成機(jī)械零件的CNC加工程序。CAD/CAM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件3D建模、虛擬裝配、自動(dòng)生成BOM表、自動(dòng)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件外購件、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬、機(jī)械加工工藝編排、數(shù)控系統(tǒng)加工程序的自動(dòng)編制，加工報(bào)表的自動(dòng)生成等貫穿整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工全過程。

3CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工。是一個(gè)較為煩瑣與復(fù)雜的過程，在傳統(tǒng)加工模式中，單純依靠手工機(jī)床完成這一程序，會(huì)耗費(fèi)比較高的是人力物力，同時(shí)會(huì)投入大量時(shí)間。CAM技術(shù)的應(yīng)用可以將機(jī)械零件加工的過程簡(jiǎn)單化。通過CAM技術(shù)可以在生成相關(guān)程序，從而實(shí)現(xiàn)利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行機(jī)械零件的加工，如此不僅節(jié)省人力與物力，還能夠有效地縮短機(jī)械零件加工的時(shí)長(zhǎng)。CAM技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中，能夠通過計(jì)算機(jī)的仿真功能在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)械零件的加工及編程數(shù)據(jù)進(jìn)行初步模擬及分析，將問題消滅于實(shí)際加工之前。如此既可以避免在實(shí)際加工中因加工失敗而導(dǎo)致的成本增加，保證了數(shù)控設(shè)備的安全。另一方面還能夠提升產(chǎn)品的效率質(zhì)量，使機(jī)械設(shè)計(jì)與加工技術(shù)能夠更加規(guī)范，擁有更加可靠的程序，加工過程產(chǎn)品更加精準(zhǔn)?，F(xiàn)代三維CAD技術(shù)已能夠完成自頂向下的設(shè)計(jì)流程，基本能實(shí)現(xiàn)所想即所得。在三維模型基礎(chǔ)上生成二維圖已能完全避免原有的人為繪圖錯(cuò)誤造成的成本浪費(fèi)。CAD技術(shù)更加有利于機(jī)械數(shù)據(jù)的計(jì)算，在面對(duì)復(fù)雜的計(jì)算時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速精準(zhǔn)的計(jì)算。如此不僅能夠縮短計(jì)算的時(shí)間，還能夠有效避免人工計(jì)算帶來的誤差，從而保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量，提高了制造效率。同時(shí)，CAD技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的分析及精準(zhǔn)的控制，以及參數(shù)化的功能有利于后期設(shè)計(jì)的修改。

4存在的問題

機(jī)械設(shè)計(jì)與加工行業(yè)中實(shí)現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用確實(shí)能夠帶動(dòng)行業(yè)不斷發(fā)展，但是發(fā)展的促進(jìn)應(yīng)該是相互的。如果CAD/CAM技術(shù)一直停滯不前，將會(huì)漸漸落后于機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)的發(fā)展腳步，從而無法更加深入地應(yīng)用到其中。所以，若想使CAD/CAM技術(shù)能夠一直起到帶動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工發(fā)展的作用，就必須面對(duì)自身的問題與缺陷。目前，在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工領(lǐng)域，CAD/CAM技術(shù)面臨的問題主要有以下兩方面。（1）CAD/CAM技術(shù)自身的技術(shù)局限。在其應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)與加工時(shí)，它確實(shí)能夠完善機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，幫助進(jìn)行流程規(guī)劃。CAD/CAM技術(shù)缺乏全局性及整體性，它不能從整體上為機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行全面規(guī)劃。另外，伴隨著機(jī)械行業(yè)的科技化發(fā)展不斷成熟，對(duì)于技術(shù)的智能化及自動(dòng)化的需求逐漸增高。而面對(duì)著機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷提高的需求，現(xiàn)有CAD/CAM技術(shù)也需要不斷完善和更新。（2）使用CAD/CAM技術(shù)導(dǎo)致使用者出現(xiàn)的問題。CAD/CAM技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)與加工領(lǐng)域提供了切實(shí)的便利，它簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程中人工的工作，為其降低了工作負(fù)擔(dān)。但同時(shí)因?yàn)檫@種便利使人們產(chǎn)生了惰性和依賴心理，人們的加工過程變成了機(jī)械化工作，只需按流程進(jìn)行即可，缺乏對(duì)技術(shù)及設(shè)備的研究。這種現(xiàn)象導(dǎo)致在CAD/CAM技術(shù)推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的同時(shí)，因人員問題使行業(yè)發(fā)展的腳步有所緩慢。因此，人們不應(yīng)滿足于當(dāng)下的便利，應(yīng)該將CAD/CAM技術(shù)為自己省下的時(shí)間應(yīng)用于生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及技術(shù)研發(fā)中，不斷推動(dòng)CAD/CAM技術(shù)以及整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。

5改進(jìn)的措施

作為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，CAD/CAM技術(shù)在應(yīng)用過程中仍有不足之處，同時(shí)伴隨著機(jī)械行業(yè)的不斷前進(jìn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求不斷提高，人們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與加工進(jìn)行不斷的探索與研究，隨之而來的CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用也需不斷完善。人類智慧與計(jì)算機(jī)雙管齊下，實(shí)現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效果。CAD/CAM技術(shù)雖然為機(jī)械產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)帶來了便利，但事實(shí)證明任何技術(shù)都不能完全代替人類智慧。無論是人類智慧還是計(jì)算機(jī)技術(shù)都是為了促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)將手工智慧、藝術(shù)直覺以及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行深度融合。實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)間的互補(bǔ)與融合。在實(shí)際應(yīng)用中，CAD與CAM就是兩種互相補(bǔ)充的技術(shù)。通過二者的共同作用下，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)與加工的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在具體工作中，應(yīng)不斷加強(qiáng)CAD/CAM技術(shù)與其他技術(shù)的融合，如實(shí)現(xiàn)與CAE/PDM技術(shù)的無縫集成。選取能夠補(bǔ)充CAD/CAM技術(shù)的其他技術(shù)配合其工作，從而實(shí)現(xiàn)行業(yè)全方位的發(fā)展。

6結(jié)語

CAD/CAM技術(shù)不僅能夠提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，還能夠降低其加工的成本，縮短機(jī)械設(shè)計(jì)加工的時(shí)長(zhǎng)，節(jié)約大量的資金與時(shí)間，用于其他環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)。另外它可使機(jī)械產(chǎn)品的變化時(shí)間縮短，符合當(dāng)代航空航天領(lǐng)域高速、可持續(xù)性發(fā)展的需求。CAD/CAM技術(shù)能夠幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化及信息化的生產(chǎn)與管理，加快機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的速度，提供給市場(chǎng)最高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)敏捷制造，幫助企業(yè)自身增加競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

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作者：章勇 單位：中航航空高科技股份有限公司