数控技术与CAM软件在实际生产中的应用

周　锐

(天津铁路信号有限责任公司，天津 300300)

数控技术与CAM软件在实际生产中的应用

周锐

(天津铁路信号有限责任公司，天津 300300)

摘要：目前，数控技术已经广泛应用于机械制造业，CAM软件也广泛应用于数控编程及加工。普通机床正逐渐被高效率、高精度和高自动化的数控机床所替代。各种数控机床按照数控程序完成各种加工。应用CAM软件编程，能大大提高编程准确性和效率。为阐明数控技术与CAM软件在生产实际中的应用过程、方法和重要作用，以数控火焰切割机、数控加工中心及数控线切割设备为例，通过介绍上述设备和相关CAM软件的使用过程，说明数控技术与CAM软件的出色结合和不断完善，提高了生产企业零件加工质量及生产效率，提升了企业的制造水平，在工业生产中发挥了重要的作用。

关键词：数控技术；CAM软件；生产实际应用

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。近年来,随着计算机技术的发展，数控技术已经广泛应用于工业控制的各个领域,尤其是在机械制造业,普通机床正逐渐被高效率、高精度和自动化的数控机床所替代[1]。常见的数控机床有数控铣床、数控车床、数控加工中心、数控线切割机、数控火焰切割机、数控磨床、数控插齿机和数控钻床等。

计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程[2]。CAM软件是用来实现上述过程的软件，是CAM技术的核心，一般其输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。CAM软件广泛应用于机械产品生产、模具制造等企业的数控编程及加工，正逐步取代传统的手工编程方式。目前，常用的国内外CAM软件有CAXA系列、FastCAM、Pro/E、UG和Master CAM等。

数控技术与CAM软件结合应用，将计算机与数控机床组成面向车间的系统，将大大提高加工效率和加工质量，可充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产水平，在我国经济发展较为活跃的大中城市的应用日益广泛。

本文以天津铁路信号有限责任公司生产加工的零件为例，介绍数控技术与CAM软件在实际生产中的应用。零件为锁钩，其三维模型如图1所示。

图1　零件三维模型

该零件在机械加工过程中，使用数控火焰切割机气割外形，使用数控加工中心粗加工及精加工孔、外形、整个尾部和凹槽等重要尺寸，使用数控线切割设备加工检测样板。数控设备的使用贯穿了零件从毛坯制备到精加工以及检验的过程。

1数控火焰切割机切割毛坯外形

数控火焰切割机是用数字程序驱动机床运动，搭载火焰切割系统，同时使用数控系统来控制火焰切割系统的开关，对钢板等金属材料进行切割。数控火焰切割机由数控系统、火焰切割系统和驱动系统三部分组成，不同厂家生产的产品大体相同。数控火焰切割机将传统的火焰切割方式与数控技术相结合，可用于厚度≥6 mm的钢板及锻件切割加工。锁钩零件在本工序中要求将锻件毛坯切割成与加工成品较相似的形状。

本公司的数控火焰切割机使用其自带的FastCAM软件进行自动编程，FastCAM是一款全自动共边连割套料CAM软件，该软件主要针对数控切割机，包括火焰、等离子、激光和水刀等数控切割机，用于任意形状零件的绘图、编程、套料、校验和数控切割。通过应用FastCAM软件，可以提高钢材套料率，有效节省钢材，提高编程、套料和切割工作效率，有效提高切割生产效率。

编程人员先根据图样及工艺要求的加工余量，应用AutoCAD软件画出要求切割后的零件图，并保存为DXF格式；再将DXF格式的图形文件导入到FastCAM软件中，然后进行设置零件方向、穿孔点、切割方向、切割图形排列和切割零件间距等操作，并根据使用的割炬设置生成程序的补偿量；在设置好加工参数后使用CAM软件自动生成G代码程序，FastCAM软件对生成的程序进行模拟运行，模拟运行正常后，再将程序传输至机床便可进行试切加工。对于此类有复杂曲线的图形，一般的手工编程是无法实现的。

2数控加工中心粗、精加工

数控加工中心是一种综合加工能力较强的数控加工机床，它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在1台设备上，使其具有多种工艺手段。数控加工中心主要由CNC数控系统、伺服系统和机械主体等部分组成。数控加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换。数控加工中心与同类数控机床相比结构较复杂，控制系统功能较多。加工中最少有3个运动坐标系，多的达十几个。其控制功能最少可实现两轴联动控制，实现刀具运动直线插补和圆弧插补。有的数控加工中心可实现五轴联动、六轴联动，从而保证刀具进行复杂加工。

数控加工中心工艺应考虑加工零件的工艺性、定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理；因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，应对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。相同的数控加工任务，可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，是与传统加工工艺的显著区别。

CAXA系列软件是北京北航海尔软件有限公司推出的全国产化的CAM产品，系列中有针对数控加工中心、数控铣床、数控车床和数控线切割机等各种数控设备的多种CAM软件，其中CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程CAM软件[3]。应用CAM软件自动编程，可以提高程序准确度，对于本例中不便直接计算的平面曲线类零件或三维曲面类零件，尤其适用。

本文使用数控加工中心粗加工及精加工锁钩的孔、外形、整个尾部和凹槽等重要尺寸。数控加工中心综合了铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能，编程相对复杂，编程人员首先应分析设计图样及工艺文件，然后应用CAXA制造工程师软件进行编程，主要步骤如下。

1)将DXF格式的图形文件导入到CAXA制造工程师软件中，对锁钩零件进行三维建模或直接将Pro/E等软件建立好的三维图形导入。

2)根据零件工艺要求及加工工序将加工范围、加工工步顺序、Z向高度、切入切出点、偏移方向和刀具参数等在CAM软件中进行参数设置(见图2)。

图2　CAM软件参数设置

3)设置刀具路径，生成不同工步的加工轨迹并进行模拟仿真加工。

4)将多个工步的轨迹生成G代码程序，并根据实际情况进行微调。

5)将加工程序传输至机床进行试切加工。

3数控线切割机加工检测样板

数控电火花线切割加工简称数控线切割或线切割。它是采用电极丝(钼丝、钨钼丝等)作为工具电极，在脉冲电源的作用下，工具电极和加工工件之间形成火花放电，火花通道瞬间产生大量的热，使工件表面熔化甚至气化。线切割机床通过XY托板和UV托板的运动，使电极丝沿着与预定的轨迹运动，从而达到加工工件的目的。数控线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲电源和控制系统等组成。

数控线切割的加工精度可达±0.01 mm，采用多次切割技术时表面粗糙度Ra可达0.4～1.6 μm。线切割可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的硬质合金和淬火钢等高硬度、复杂轮廓形状的板状金属工件。数控线切割是机械制造中不可缺少的一种先进加工方法。

本文锁钩零件加工中的检测样板采用数控线切割机床进行加工，检测样板按照零件工序完成尺寸及高于产品零件的精度，使用较薄钢板加工而成，用来对零件不方便直接测量的外形及尺寸进行检验。

本公司使用了中走丝数控线切割机床配CAXA线切割CAM软件。CAXA线切割CAM软件是面向线切割加工行业的计算机辅助自动编程工具软件。它可以为各种线切割机床提供快速、高效率和高品质的数控编程代码，极大地简化了数控编程人员的工作。该软件对于在传统编程方式下很难完成的工作，都可以快速、准确地完成，可以交互方式绘制需切割的图形，生成带有复杂形状轮廓的线切割加工轨迹，可输出3B码、G代码等多种格式的加工程序。

中走丝数控线切割机床与CAXA线切割CAM软件结合使用，可以实现多次切割。多次切割是近年来发展起来的一种新技术，一般第1次切割任务主要是切割成形，可选用高峰值电流、较长脉冲宽度进行大电流切割，以获得较高的切割速度；第2次切割的任务是提高精度，保证加工尺寸精度；第3次、第4次或更多次切割的任务是提高表面质量。多次切割技术是提高线切割加工精度及表面质量的重要手段。

编程人员首先根据图样及工艺要求使用AutoCAD软件画出检测样板零件图，并保存为DXF格式；再将DXF格式的图形文件导入到CAM软件中；然后在导入的图形上设置进丝点、退丝点，选择半径补偿方向和加工轨迹方向，根据加工的表面粗糙度要求选择切割次数，并根据工艺要求及加工零件尺寸设置每次切割的运丝速度、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔比、跟踪速度和半径补偿量等电参数及加工参数。上述相关参数设置完成后可生成G代码程序，CAM软件对生成的代码进行模拟运行，模拟运行正常后，最后将程序传输至机床便可进行试切加工。

本文的零件生产过程中，使用上述数控机床及CAM软件进行加工，既解决了复杂曲线轮廓在普通机床加工困难的问题，又提高了零件的加工质量及生产效率。

4结语

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国机械制造行业广泛采用数控技术，本文中零件的重要加工工序以及检测量具的加工均涉及到数控技术及装备。另外，各种CAM技术和软件也在不断提升，早期的数控火焰切割机CAM软件无法生产G代码，并且不能直接查看程序；早期的一些线切割CAM软件只能生成3B代码，不能生成G代码；而本文中应用的FastCAM、CAXA制造工程师和CAXA线切割等3种不同数控设备的CAM软件都有较好的数据接口，可直接导入DXF等多种格式的二维图形，并且均能生成G代码的数控程序。编程人员只要掌握一种G代码编程语言即可，更方便了编程人员查看及手工修改程序，提高了工作效率。

随着科学技术的不断进步，数控技术与CAM软件结合也将越来越紧密，并且朝着智能化、通用化、网络化、一体化和综合化方向发展，也将在现代化工业生产中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 魏杰. 数控技术及其应用 [M].北京：机械工业出版社，2013.

[2] 任军学，田卫军. CAD/CAM应用技术[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 马聪玲. CAXA制造工程师环境下奔驰车标的CAD/CAM[J].新技术新工艺，2013(8):41-42.

责任编辑彭光宇

Numerical Control Technology and CAM Software Application in Actual Production

ZHOU Rui

(Tianjin Railway Signal Co., Ltd.， Tianjin 300300， China)

Abstract：The numerical control technology has been widely used in machinery manufacturing industry, CAM software is also widely used in CNC programming and machining. General machine tools are gradually being replaced by high-efficiency, high-precision, and highly automated CNC machine tools. All kinds of CNC machine tools accept NC program firstly, then make all kinds of processing according to the program. The use of CAM software programming can greatly improve the accuracy and efficiency of programming. To clarify the application of CAM software and numerical control technology in the actual production process, methods and important role in the NC flame cutting machine, CNC machining centers and CNC wire electrical discharge machining are taken for examples. Through the introduction of the use of the equipment and related CAM software process, the numerical control technology and the excellent combination of CAM software are constantly improved. It improves the quality of the parts processing production enterprises and the production efficiency, promots the manufacture level of the enterprise, and will play a more and more important role in the industrial production.

Key words:numerical control technology， CAM software， actual production application

收稿日期：2015-04-07

作者简介：周锐(1981-)，男，工程师，大学本科，主要从事铁路用机电类产品设计和工艺等方面的研究。

中图分类号：TH 164

文献标志码:B