計算機輔助設計與制造-中文翻譯

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1計算機輔助設計與制造CAD/CAM 是表示計算機輔助設計和計算機輔助制造的專業(yè)術語。它是一種使用計算機完成某些設計和生成功能的技術。在生產(chǎn)企業(yè)里，人們通常把設計和制造是為兩項有著明顯不同職能的分工，而這項技術正朝著設計與制造的更大程度一體化方向發(fā)展。最終，CAD/CAM 將會為未來的計算機集成工廠提供技術基礎。計算機輔助設計（CAD）可定義為運用計算機系統(tǒng)對設計的創(chuàng)意、修改、分析或優(yōu)化予以輔助。這些由硬件和軟件構(gòu)成的計算機系統(tǒng)，用于完成用戶公司要求的特定設計功能。CAD 硬件通常包括：一臺計算機，一個或多個圖形顯示終端，鍵盤和其他外圍設備。CAD 軟件包括各種計算機制圖程序，這些程序便于用戶公司完成設計職能，如：零部件的應變分析，機構(gòu)的動態(tài)響應，熱傳輸計算和數(shù)控零件編程。由于用戶的生產(chǎn)流程、制造工藝和銷售市場方面的差異，應用程序的配置也將因用戶而異。這些因素均導致對 CAD 系統(tǒng)要求的差異性。計算機輔助制造（CAM）可定義為通過直接或間接與廠家生產(chǎn)資源相適應的計算機界面，使用計算機系統(tǒng)來規(guī)劃、管理和控制制造工廠的運行。正如定義所表示的那樣，CAM 應用程序可分為兩大類：1. 計算機監(jiān)控程序；2. 制造程序。二者之間的區(qū)別是理解計算機輔助制造的基礎。計算機輔助制造的應用程序，除了為監(jiān)控制造過程而直接使用計算機界面的應用程序之外，還包括在工廠生產(chǎn)運行過程中由計算機提供支持的間接應用程序。在這些應用程序中，計算機并不直接與制造過程相聯(lián)接。相反，在脫機狀態(tài)下，計算機可用來提供計劃書、進度表、預報、指令和使廠家生產(chǎn)資源管理更加有效的信息資料。計算機和制造過程間的關系如下圖所示。圖中虛線用來說明交流和控制處于脫即狀態(tài)下，需要人來完善界面。目前，CAM 的應用需2要由人來為計算機輸入程序，解釋計算機的輸出，并采取所要求的措施。處理數(shù)據(jù)控制信號CAM 用于生產(chǎn)支持Notes:1. CAD(computer-aided design) 計算機輔助設計2. CAM(computer-aided manufacturing) 計算機輔助制造3. computer monitoring and control 計算機監(jiān)控4. manufacturing support applications 生成支持應用軟件5. peripheral equipment 外圍設備（外設）6. computer graphics 電腦制圖什么是 CAD/CAM 軟件？許多刀具軌跡是簡單的但太復雜和昂貴以致于人們很難制造，對于這種情況，我們需要在計算機的幫助下來作數(shù)控部分程序。CAD/CAM 最基礎的概念是，我們可以用計算機輔助設計系統(tǒng)在計算機上畫出工件的幾何形狀。幾何形狀一旦完成，我們就可以用計算機輔助制造系統(tǒng)根據(jù) CAD 的幾何形狀，生成數(shù)控機床的刀具軌跡。利用 CAD 繪制所有路徑對數(shù)控加工的路徑如下：第一步：利用 CAD 繪制幾何圖形已被定義這種工件包括型腔加工。對于這種型腔加工很可能將花幾個小時去制造代碼。然而，我們能夠利用 CAM 程序去計算機 生產(chǎn)操作3創(chuàng)造 NC 代碼在每分鐘內(nèi)。第二步：接著，這個模型就被輸入到 CAM 模塊中。然后，我們就選擇合適的幾何形狀并定義要生成的刀具軌跡類型，在這個例子中就是一個型腔。我們一定也能夠讓 CAM 系統(tǒng)如刀具的使用，材料的類型，進給量，切屑深度等信息。第三步：CAM 模型證實保證刀具軌跡的正確性。如果發(fā)現(xiàn)了一些錯誤，最簡單就是在某個位置上加以改正。第四步：CAD/CAM 模塊最終產(chǎn)生的是 NC 代碼。通過模型的后處理則可以生成適用于特定 CNC 控制器的 NC 代碼。我們?nèi)∽煮w的首字母即 CAPP，它代表了計算機輔助程序。CAPP 是使用計算機輔助在數(shù)控刀具軌跡中的應用。然而，CAPP 從來就沒有真正獲得廣泛的流傳和接受，而且至今我們很少聽到這個項目。取而代之的是在更多的市場上使用 CAD/CAM，使用計算機的思維來幫助生產(chǎn) NC 程序。不幸的是，因為 CAM 是一個整體技術與制造技術和自動化技術有著關聯(lián)的——不僅是軟件，而且使用CNC 機器工具。描述 CAD/CAM 組成及功能CAD 系統(tǒng)包括 CAD 設備及 CAM 設備——每個都有許多功能元件。它們將在短時間內(nèi)掃描這些元件目的是為了了解其工作的整個過程。1. CAD 模型系統(tǒng)的 CAD 部分用于生成可作為 CAD 模型的幾何形狀。CAD 模型是工件幾何形狀的電子描述，她在數(shù)學上是十分精確的。不論是獨立的 CAD 系統(tǒng)還是作為 CAD/CAM 軟件包的一部分的 CAD 系統(tǒng)，往往都可以在幾個不同的層次上混合使用。兩維線條圖 幾何圖形被體現(xiàn)出兩個方向，就象一張清單，Z 軸深度將不得不與 CAM 相關。三維線框模型通過將代表邊界的元素連接早一起，就可以在三維空間中表現(xiàn)幾何形狀。雖然線框圖難以想象,但可以得到 CAM 所需的所有的 Z 向信息。4三維表面模型 它與線框模型十分相似，所不同的是，在線框模型間覆蓋了一層薄薄的外皮，從而使模型更形象。另外，模型型腔是空的，完成表面模型即可。三維實體模型這種當前高科技市場形式被使用必須通過所有的高端科技軟件。幾何形狀被看作是一個實體特征其包括許多方面。實體模型可以被切開以展示內(nèi)部特征，而不僅僅是擁有一層表皮。2. CAM 模型根據(jù) CAD 模型提供的幾何形狀，CAM 模塊用于創(chuàng)建加工工藝模型。例如，CAD 模型可能包括一些特征，即凹槽型腔。我們可能應用其加工路線來加工幾何圖形，然后，所有的刀具路徑將是自動的產(chǎn)生凹槽行程。同樣，CAD 模型也可包括幾何圖形應該產(chǎn)生鉆的操作。我們能夠選擇簡單的幾何圖形和按照 CAM系統(tǒng)的說明在適當?shù)奈恢蒙线M行鉆孔。CAM 系統(tǒng)將生成描述加工操作的普通中間代碼，這些代碼以后可被用來生成 G 和 M 代碼或會話式程序。在它們合適的環(huán)境下，有些系統(tǒng)產(chǎn)生中間代碼。而其他使用較標準代碼例如 APT 就是他們的中間文件。CAM 模塊也有多種類型和層次。首先，通常有些不同模型功能如銑、鉆、以及裝配，每一步工藝是唯一的，典型的模型有附加軟件。每一個模型也可能使用不同的設備。例如，開始用簡單的設備，到后來用復雜的、多方向的刀具軌跡路線，CAM 模型中銑床加工通常加工的過程如下： ● 21/2-方向的機床● 3 個方向的機床● 加工表面的機床● 5 個方向混合的機床每種體現(xiàn)出高精度的設備不可能在所有的壞鏡下制造，一個工序很可能只要求三個方向的設備，而一個模型工序很可能需要全部的表面加工設備，而且可能需要五個方向的 CAM 軟件包混合這樣就有可能完成其加工表面。這種一流的軟件安裝很可能需要花費￥5000，但是許多復雜模型將花費￥15000 甚至更多。因此，我們沒有必要購買這種高水準的軟件，因為我們不能完全發(fā)揮他們5的潛能。3. 幾何圖形及刀具軌跡我們必須理解一個重要的概念，即 CAD 所繪制的幾何形狀并不一定與 CNC機床加工出的幾何形狀完全一致。只要刀具軌跡是直線或圓弧，CNC 機車就可以加工出非常精確的刀具軌跡。CAD 系統(tǒng)也可能加工高精度幾何圖形如直線及圓弧，但是也可能加工許多不同層次的曲面，同樣許多這種曲面被認為是非均勻有理 B 樣條曲線。事實上，NURBS 曲線可以描繪出從直線或圓弧到復雜的表面的任何幾何形狀。例如，就象幾何圖形為橢圓形，橢圓有一系列曲線，有著不同的環(huán)形弧，橢圓在 CAD 系統(tǒng)利用鼠標單擊很容易產(chǎn)生。然而，一個標準的 CNC 加工刀具不能夠直接使用產(chǎn)生一個橢圓——它只能產(chǎn)生直線和圓弧。CAM 系統(tǒng)將順從于這種問題，通過估算用直線段代替曲線。CNC 機床刀具通常只能識別圓弧或直線。因此，CAM 系統(tǒng)必須估計直線段代替曲線之間的公差帶。在這種情況下，就像橢圓刀具軌跡產(chǎn)生包含著用直線段代替曲線之間的公差帶。CAM 系統(tǒng)會在真正的曲線兩側(cè)各生成一個幾何邊界，從而形成一個公差帶。它將生成一道刀具軌跡線包含著少量的公差帶，結(jié)果這刀具軌跡將在數(shù)學理論上不正確——CAM 系統(tǒng)只能估算表面，使用它最基本的方法是為了估算刀具軌跡包括兩維曲線及三維表面曲線。有些 CAM 系統(tǒng)也有可能直接繪制直線段為圓弧曲線。這可能在程序中產(chǎn)生許多模塊導致表面的光滑。這種出現(xiàn)能夠控制公差帶的大小，其目的是使的刀具軌跡更加精確，這是有必要的。較小的公差帶可以生成細致的刀具軌跡以及大量的直線段，而較大的公差帶將會產(chǎn)生較少的直線段，刀具軌跡也比較粗糙。每一個直線段將要求在 NC 程序有模塊代碼。因此，當使用這種技術時，NC 程序能夠擴大范圍。在加工表面時我們一定要細心，依靠計算機生成正確的刀具很容易，但在用球狀端銑刀進行曲面的精加工是須進一步估價。如果我們沒能注意到這種技術的局限性，那么精加工后工件的精度就會大打折扣。4. 刀具庫和材料庫6為了創(chuàng)建機械加工工藝，CAM 系統(tǒng)需要了解切割刀具的利用以及機械材料。CAM 注意的是通過提供可定制的刀具型號及類型。材料庫包括的信息是最優(yōu)化的切削速度以及進給量。CAM 使用這種信息聚在一起創(chuàng)建正確的刀具軌跡以及機床參數(shù)。這類刀具和材料庫的格式經(jīng)常是獨有的，這一點帶來了一些兼容問題。專用的工具庫及材料庫不容易修改或不容易使用其他的系統(tǒng)。進步的 CAM 開發(fā)者趨向于將刀具和材料庫生成數(shù)據(jù)庫文件，這樣就可以為其他的應用者進行修改和定制提供方便。5. 檢驗及后置處理CAM 系統(tǒng)通常提供檢驗刀具軌跡是否正確性的功能。這可以通過加工操作的刀具中心線的簡單繪制或通過復雜的實體模型來實現(xiàn)。實體驗證通常是CAD/CAM 軟件公司已經(jīng)獲得許可的第三方軟件。然而，它可能是作為一個獨立的軟件包。后置處理器是一個軟件程序，他將通過的中間代碼格式化為使用于每個特定機床控制器的 NC 代碼。后置處理器通?？梢酝ㄟ^模板和變量被定制為需要的樣式。6. 便捷性電子數(shù)據(jù)的便捷性是 CAD/CAM 系統(tǒng)唯一致命的弱點，這個問題任就是一件十分耗時的事情。CAD 文件創(chuàng)建了許多格式以及它們之間有許多步同的組成。利用 CAD 系統(tǒng)創(chuàng)建一個復雜的模型是比較昂貴的。因此，我們希望使模型的便捷性最大化，而使在不同系統(tǒng)中重新生成幾何模型的需求最小化。CAM 模型與手提式的 CAD 模型不同，我們通常不能夠發(fā)展一個 CAM 模型以及把它轉(zhuǎn)換成其他格式。唯一被廣泛接受的 CAM 模型交換版本就是自動編程工具（APT） 。自動編程工具是一種利用描述機床操作的程序語言工具，自動編程工具是一種標準的、有著好的文件能夠通過三個方向軟件的發(fā)展的促進。許多CAD/CAM 系統(tǒng)可以按照這種標準輸出文件，而（由此生成的）CAM 文件以后也可以被后置處理程序和校驗軟件使用。有時會有這樣的情況，即特定的 CAD/CAM 系統(tǒng)生成的特有的中間文件不經(jīng)任何額外的后置處理就可以直接輸入到機床之中。這是理想的解決方案，然而7目前尚無任何標準管理這種交換。CAD/CAM 模型交換的另一種方法是利用逆向后置處理器。逆向后置處理器可以從數(shù)控 G&M 代碼程序生成 CAD/CAM 模型。這種程序確實有些作用，但是，程序員必須花相當多的時間去搞清楚模型的設計意圖，而且還要將刀具路徑從幾何形狀中分離出來?？傮w來說，后置處理器的應用具有一定的局限性。軟件的組成及發(fā)展趨勢在整個工業(yè)上，許多軟件包利用 CAD 或 CAD/CAM。純 CAD 系統(tǒng)被應用于所有的設計領域，實際上今天所有的產(chǎn)品都是用 CAD 軟件設計出來的——用紙筆繪的日子已經(jīng)一去不復返了。另一方面，CAD/CAM 軟件包有著更多專利。CAD/CAM 雖然小，但地位十分重要，它的應用通常限制在加工和裝配業(yè)，其數(shù)量要比 CAD 小得多。CAD/CAM 系統(tǒng)包括 CAD 軟件設計以及 CAM 軟件去創(chuàng)建刀具軌跡和 NC 代碼。然而，普通的 CAD 模型相比于純 CAD 軟件比較弱及不精煉。這種不匹配造成了 CAD 設計者與 CAD/CAM 程序員之間一直以來的爭論，其主題是如何使 CAD/CAM 能夠融合。如果先在業(yè)界一流的 CAD 系統(tǒng)上生成所有幾何形狀，然后再圖形輸入到某個 CAD/CAM 系統(tǒng)中，就會產(chǎn)生很大的爭論。工程師創(chuàng)建 CAD 模型逐步形成一種模式，商業(yè)就會更加充裕。幾何形狀能夠輸入到 CAD/CAM 軟件包中產(chǎn)生處理模型。因此，工業(yè)引導 CAD 軟件包走向不正式的標準。標準的接受度越高，擁有該軟件的公司的投資回報率就會越高。反對意見來自于小的組織，他們沒有必要或者沒有資源同時擁有昂貴的符合工業(yè)標準的 CAD 軟件包以及 CAD/CAM 軟件包。他們往往需要根據(jù)紙上工程圖重畫幾何圖形，或者用并不完善的翻譯設備輸入模型。任何起源模型將結(jié)束走向于更高的正式的 CAD/CAM 文件。這類模型很可能在將來又被翻譯成更為標準的版本。不論選擇什么樣的方法，各種組織和個人往往都會竭盡保護某種技術。如果他們檢查發(fā)現(xiàn)有巨大的效果，花時間去學習它以及吸收科學知識。然而，他將轉(zhuǎn)變成一種新的技術是很困難的事，即使它們體現(xiàn)出具有無法抵抗的證據(jù)來證實更好的方法。這是一次十分痛苦的轉(zhuǎn)變，當然如果我們能夠看見我們的將8來，這是不可能發(fā)生的事情。但是事實上，我們不可能總是預測支配的科學技術將在幾年內(nèi)走下坡路。結(jié)果形成了技術壕溝，要從腳下消除這種壕溝將會十分困難和昂貴。大約只能保證，我們能夠發(fā)現(xiàn)去選擇技術出現(xiàn)最標準，即使不完美也要留住它.然而，如果發(fā)現(xiàn)走下坡路，我們將也更加適應這位置。