浅析CAD/CAM技术在曲线轮廓加工中应用

2018-09-06 08:33朱宁

朱宁

（徐州机电技师学院，江苏徐州 221131）

CAD/CAM技术在现代制造型企业中应用已经比较广泛，它紧密联系着产品的设计、质量、成本及生产周期。CAD/CAM技术已成为制造业技术发展的重点。具有曲线轮廓的零件，依靠人工很难完成它的设计制造，借助CAD/CAM技术已经成为必然的趋势。

1 线图程序化

在生产中，带有复杂轮廓的曲线有些可以从工程手册中直接查出其理论公式，然后编制出程序；有些则依靠经验数据，采用某个近似的曲线公式来反映轮廓的形状，这也称作经验公式。经验公式的形成过程叫做曲线拟合。

常见的曲线拟合种类很多，这里我们用最小二乘法，以二次方程拟合和多次方程拟合为例。

已知有n组（xi，yi）的实验数据，假设二次方程为：y=ax2+bx+c

设偏差平方和为S(a,b,c)，则：

同线性方程拟合原理，对式（1）求偏导并让其等于零，得：

整理以上三个方程得：

求解以上三个方程，得a,b,c系数的值。

由二次方程同理可推导出k次方程的拟合公式：

求解偏差平方和S得：

求（1-9）式的偏导并让其为零，整理得：

在实际应用中，我们可以根据不同的情况，选择不同的曲线方程进行拟合，比较其拟合结果，选择最佳的方程。

目前，在实际生产中应用的CAD/CAM软件种类很多，如 UG、Pro/E、MasterCAM、SolidWorks、CAXA等，其总体上差别不大，但各自都有独特的特点，在使用中可以根据需要进行选择。下面我们以UG软件为例，来分析它对样条曲线的处理方法。

（1）在UGCAD中有四种绘制曲线的方法。

①根据极点法：曲线的形状由极点所围成多边形的形状决定，曲线的类型、阶次以及是否封闭等参数由用户根据自己的需要确定。

②通过点：创建一系列的点，由这些点精确的绘制出曲线。

③拟合：创建一系列的点，让曲线沿着这些点形成，但曲线并不通过这些点，这样得到的曲线称为拟合。

④垂直于平面：在选定小于100个的平面内创建曲线，在平行面之间创建直线，在非平面之间创建圆弧段。

图1是用根据以上方法绘制的具有曲线轮廓的零件。

根据这一零件实体，在UGCAM中选择三维铣削模式中的区域铣削方式，设定好加工刀具、加工深度、走刀方式等参数，做出样条曲线的加工刀路，如图2所示。然后选用UG中合适的后处理，做出CNC加工程序。

图1 具有样条曲线的零件

图2 样条曲线零件的加工

（2）构建后处理。刀具轨迹不能直接传输到机床上进行加工，所以刀轨数据要经过处理以适应不同控制系统的特定要求。这种处理，在大多数CAM软件中都称为“后处理”。后处理的作用是使刀轨变成机床能够识别的NC代码。

UG系统提供了一般性的后处理器程序—UG/Post，它使用UG内部刀轨数据作为输入，经后处理后输出机床能够识别的NC代码。UG/Post有很强的用户化能力，它能适应从非常简单到任意复杂的机床及其控制系统的后处理。

后处理的构建方法如下图3、图4所示。

图3 程序头的构建

图4 参数处理

（3）利用构建好的后处理生成CNC加工程序：

本文主要介绍CAD/CAM技术的发展过程、发展趋势以及它在现代制造技术中的应用。CAD/CAM技术具有使用效益比较高，产品的更新频率比较快，涵盖的知识比较多，综合运用性能比较强等特点，在现在制造中应用比较广泛。曲线比较复杂，借助CAD/CAM技术可以有效的简化编程，减轻劳动量。