機械設計與加工中的CAM技術分析

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摘要：CAD/CAM技術被應用于航空和航天領域。針對我國機械設計加工行業(yè)，通過最具有代表性的計算機應用CAD/CAM技術進行深入解析，總結其應用的優(yōu)缺點。

關鍵詞：計算機工程；CAD/CAM；機械設計；機械加工。

1引言

我國航空航天技術不斷地發(fā)展，對CAD/CAM技術需求也逐漸提高，所以為了更好地適應社會的發(fā)展，滿足航天航空領域機械設計與加工的需求，更好地體現(xiàn)CAD/CAM技術的作用，應該對機械設計與加工領域中CAD/CAM技術的應用進行進一步研究。

2CAD/CAM技術在機械設計和加工中的應用

在傳統(tǒng)的機械制造產業(yè)中，對于機械產品的生產與制作主要依靠手工機床，這種方式不僅需要大量的人力支撐，而且所消耗的時間過長，質量也無法得到完全的保障。而隨著機械制造技術的進步，我國機械制造業(yè)的生產已經(jīng)逐步轉變?yōu)閿?shù)控機床的加工，如此極大地提高了機械加工的效率[1-3]。隨著CAD/cam技術在機械設計與加工中的進一步應用，能夠引領機械設計與加工走向更加自動化、現(xiàn)代化、數(shù)字化的方向。而在機械的設計與加工中，CAD/CAM技術的應用主要體現(xiàn)在以下幾方面。（1）三維設計。CAD技術主要應用于零件結構設計，它能夠將與實際造型相關的零件在三維層面進行體現(xiàn)，并通過仿真技術實現(xiàn)對零件裝配與運動的模擬。另外，在其基礎上進行渲染與著色技術處理，能夠使物體的形狀真實地呈現(xiàn)，使人們能夠對設計理念及設計過程進行更直觀的觀察,避免設計失誤。（2）圖形和符號庫。機械的設計與加工過程中有一定的規(guī)律可以追尋，在機械的設計方面存在部分經(jīng)常會使用到的圖形、數(shù)據(jù)和符號。CAD/CAM技術的應用能夠通過計算機處理將使用頻率較高的符號、數(shù)據(jù)及圖形進行整理，形成圖庫。如此可以在以后的機械設計中降低用于收集符號、數(shù)據(jù)及圖形的時間，能夠極大地提高機械設計的效率，常用標準件庫和外構件極大地提高了設計效率。（4）便于進行工程的分析。在具體的設計圖像及工程環(huán)境中，通過CAE技術對CAD生成的3D模型進行動力學及運動學工程分析。對注塑模的設計中包括關于塑流、冷卻、變形的分析等參數(shù)化的設計。對機床的設計可以通過有限元分析對設計強度剛性等進行校核。（5）參數(shù)化設計的功能使得設計修改變得簡單快捷。參數(shù)化設計使得設計不必從零開始，可在其他設計的基礎上利用可變化的驅動尺寸實現(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的三維模型基礎上實現(xiàn)后置加工。第一步過對不同數(shù)控機床及系統(tǒng)進行加工及設定，CAM可同時使協(xié)助數(shù)控參數(shù)與程序格式及代碼實現(xiàn)三位一體，高效結合。第二步完成對應的配置文件,通過報表軟件生成生產需要的文檔。第三步結合機床的類型及配套設施，實現(xiàn)三維模型向CNC程序的轉變，從而生成機械零件的CNC加工程序。CAD/CAM技術可實現(xiàn)機械零件3D建模、虛擬裝配、自動生成BOM表、自動調用標準件外購件、機構運動模擬、機械加工工藝編排、數(shù)控系統(tǒng)加工程序的自動編制，加工報表的自動生成等貫穿整個機械設計與加工全過程。

3CAD/CAM技術在機械設計和加工中的優(yōu)點

對機械零件進行設計與加工。是一個較為煩瑣與復雜的過程，在傳統(tǒng)加工模式中，單純依靠手工機床完成這一程序，會耗費比較高的是人力物力，同時會投入大量時間。CAM技術的應用可以將機械零件加工的過程簡單化。通過CAM技術可以在生成相關程序，從而實現(xiàn)利用數(shù)控機床進行機械零件的加工，如此不僅節(jié)省人力與物力，還能夠有效地縮短機械零件加工的時長。CAM技術應用于機械設計與加工中，能夠通過計算機的仿真功能在計算機上對機械零件的加工及編程數(shù)據(jù)進行初步模擬及分析，將問題消滅于實際加工之前。如此既可以避免在實際加工中因加工失敗而導致的成本增加，保證了數(shù)控設備的安全。另一方面還能夠提升產品的效率質量，使機械設計與加工技術能夠更加規(guī)范，擁有更加可靠的程序，加工過程產品更加精準。現(xiàn)代三維CAD技術已能夠完成自頂向下的設計流程，基本能實現(xiàn)所想即所得。在三維模型基礎上生成二維圖已能完全避免原有的人為繪圖錯誤造成的成本浪費。CAD技術更加有利于機械數(shù)據(jù)的計算，在面對復雜的計算時，能夠實現(xiàn)快速精準的計算。如此不僅能夠縮短計算的時間，還能夠有效避免人工計算帶來的誤差，從而保證設計的質量，提高了制造效率。同時，CAD技術能夠實時對數(shù)據(jù)進行快速的分析及精準的控制，以及參數(shù)化的功能有利于后期設計的修改。

4存在的問題

機械設計與加工行業(yè)中實現(xiàn)CAD/CAM技術的應用確實能夠帶動行業(yè)不斷發(fā)展，但是發(fā)展的促進應該是相互的。如果CAD/CAM技術一直停滯不前，將會漸漸落后于機械設計加工行業(yè)的發(fā)展腳步，從而無法更加深入地應用到其中。所以，若想使CAD/CAM技術能夠一直起到帶動機械設計與加工發(fā)展的作用，就必須面對自身的問題與缺陷。目前，在機械設計與加工領域，CAD/CAM技術面臨的問題主要有以下兩方面。（1）CAD/CAM技術自身的技術局限。在其應用于機械設計與加工時，它確實能夠完善機械零件的設計，幫助進行流程規(guī)劃。CAD/CAM技術缺乏全局性及整體性，它不能從整體上為機械生產行業(yè)進行全面規(guī)劃。另外，伴隨著機械行業(yè)的科技化發(fā)展不斷成熟，對于技術的智能化及自動化的需求逐漸增高。而面對著機械產業(yè)不斷提高的需求，現(xiàn)有CAD/CAM技術也需要不斷完善和更新。（2）使用CAD/CAM技術導致使用者出現(xiàn)的問題。CAD/CAM技術為機械設計與加工領域提供了切實的便利，它簡化了生產過程中人工的工作，為其降低了工作負擔。但同時因為這種便利使人們產生了惰性和依賴心理，人們的加工過程變成了機械化工作，只需按流程進行即可，缺乏對技術及設備的研究。這種現(xiàn)象導致在CAD/CAM技術推動行業(yè)發(fā)展的同時，因人員問題使行業(yè)發(fā)展的腳步有所緩慢。因此，人們不應滿足于當下的便利，應該將CAD/CAM技術為自己省下的時間應用于生產經(jīng)驗總結及技術研發(fā)中，不斷推動CAD/CAM技術以及整個行業(yè)的進步。

5改進的措施

作為現(xiàn)代計算機技術，CAD/CAM技術在應用過程中仍有不足之處，同時伴隨著機械行業(yè)的不斷前進，對機械設備的要求不斷提高，人們在現(xiàn)有技術的基礎上，對機械產品的設計與加工進行不斷的探索與研究，隨之而來的CAD/CAM技術在機械設計與加工中的應用也需不斷完善。人類智慧與計算機雙管齊下，實現(xiàn)最佳的生產效果。CAD/CAM技術雖然為機械產業(yè)生產帶來了便利，但事實證明任何技術都不能完全代替人類智慧。無論是人類智慧還是計算機技術都是為了促進機械產業(yè)的進步與發(fā)展，所以在實際生產中應將手工智慧、藝術直覺以及計算機技術進行深度融合。實現(xiàn)不同技術間的互補與融合。在實際應用中，CAD與CAM就是兩種互相補充的技術。通過二者的共同作用下，才能夠實現(xiàn)機械設計與加工的高效運轉。在具體工作中，應不斷加強CAD/CAM技術與其他技術的融合，如實現(xiàn)與CAE/PDM技術的無縫集成。選取能夠補充CAD/CAM技術的其他技術配合其工作，從而實現(xiàn)行業(yè)全方位的發(fā)展。

6結語

CAD/CAM技術不僅能夠提高機械設計的質量，還能夠降低其加工的成本，縮短機械設計加工的時長，節(jié)約大量的資金與時間，用于其他環(huán)節(jié)的設計生產。另外它可使機械產品的變化時間縮短，符合當代航空航天領域高速、可持續(xù)性發(fā)展的需求。CAD/CAM技術能夠幫助企業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化及信息化的生產與管理，加快機械設計與生產的速度，提供給市場最高質量的機械產品，實現(xiàn)敏捷制造，幫助企業(yè)自身增加競爭力。

參考文獻

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[2]黃鵬飛.CAD/CAM技術在機械設計及加工中的應用探討[J].中國戰(zhàn)略新興產業(yè),2017(16):138.

[3]劉昊.機械設計與加工中CAD/CAM技術的探究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2017,7(09):107-108.

作者：章勇 單位：中航航空高科技股份有限公司