英文翻譯學(xué)生姓名：所在院系：機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)：機(jī)電技術(shù)教育導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：CAD/CAM和數(shù)字控制一、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及應(yīng)用在講述CAD的基本原理之前，先說說它的簡(jiǎn)史是比較合適的。CAD是計(jì)算機(jī)時(shí)代的產(chǎn)品。它從早期的計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。兩個(gè)這樣的系統(tǒng)包括：麻省理工學(xué)院的SageProject及Sketchpad。SageProject旨在開發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng)。Sketchpad是在SageProject下發(fā)展起來的。CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進(jìn)行交互操作。CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT（自動(dòng)編程工具）碰巧同時(shí)問世。后來，XY繪圖儀作為計(jì)算機(jī)繪圖的標(biāo)準(zhǔn)，除了繪圖筆被NC機(jī)床上的主軸的刀具替代之外。開始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個(gè)帶有內(nèi)置設(shè)計(jì)符號(hào)的繪圖編輯器。供用戶使用的幾何元素只是直線、圓弧以及兩者的組合。自由曲線及其曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝塞爾嵌面以及B樣條曲線，使CAD系統(tǒng)可用于復(fù)雜曲線與曲面設(shè)計(jì)。三維CAD系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者步入三維設(shè)計(jì)空間。由于一個(gè)三維模型包含了NC刀具路徑編程所需要的足夠信息，所以能夠開發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一個(gè)概念開發(fā)的，并從20世紀(jì)70年代至80年代流行起來。20世紀(jì)70年代，三維實(shí)體建模的發(fā)明標(biāo)志著CAD一個(gè)新時(shí)代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達(dá)一個(gè)物體。這在某種意義上是含糊的，一個(gè)簡(jiǎn)單的模型可能有幾種解釋。同時(shí)也無法獲得一個(gè)模型的體積信息。實(shí)體模型包含完整的信息，因此，它們不僅可用于生成工程圖，而且也可以在同一模型上完成工程分析。后來，開發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當(dāng)多的是基于PADL和BUICD系統(tǒng)。盡管它們?cè)诒磉_(dá)上是強(qiáng)有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強(qiáng)的計(jì)算能力和內(nèi)存需求，非常規(guī)的物體建模實(shí)體建模開始介入設(shè)計(jì)環(huán)境。今天實(shí)體模型的應(yīng)用如同繪圖和線框模型應(yīng)用一樣普通。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應(yīng)用面廣并且很經(jīng)濟(jì)。CAD原本作為一種工具僅被航空和其他主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD,VersaCAD,CADKEY等個(gè)人機(jī)CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個(gè)人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷售10萬個(gè)以上的PCCAD軟件包。今天，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)的實(shí)體模型的PCCAD易于獲得，并且銷售變得更為普及。由于微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展使得個(gè)人計(jì)算機(jī)能夠承受實(shí)體模型需要的大量計(jì)算負(fù)荷，所以如今許多實(shí)體模型在PC機(jī)上運(yùn)行，并且作為平臺(tái)已不成為一個(gè)問題。隨著標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面的發(fā)展，CAD系統(tǒng)可以很容易地從一臺(tái)計(jì)算機(jī)向另一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能夠在不同平臺(tái)上運(yùn)行。在大型計(jì)算機(jī)、工作站和基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒有區(qū)別。二、計(jì)算機(jī)輔助制造及應(yīng)用當(dāng)設(shè)計(jì)確定之后，制造才能開始。計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)地許多方面扮演著一個(gè)重要角色。數(shù)控機(jī)床需要一個(gè)零件程序來表達(dá)被加工零件；計(jì)算機(jī)技術(shù)起到輔助作用，在某種情況下實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)生產(chǎn)零件加工程序。現(xiàn)代造船是用從大張鋼板上切下焊接鋼板來制造船體結(jié)構(gòu)的。計(jì)算機(jī)控制的火焰切割機(jī)經(jīng)常用于此項(xiàng)任務(wù)，而且計(jì)算機(jī)用于計(jì)算最佳排料，以使邊角廢料最少。印刷電路板裝配過程也可通過計(jì)算機(jī)方法加以改進(jìn)。質(zhì)量是由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)檢測(cè)裝置保證的，該裝置能在裝配線上檢測(cè)到某個(gè)有缺陷的板子，并且能從裝配線上剔除。計(jì)算機(jī)廣泛用于繪制蝕刻到印刷電路板的布線圖，并且生產(chǎn)數(shù)控鉆床所需的零件程序。最重要的制造功能之一是庫存和生產(chǎn)控制。如果原始設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的，則獲取材料需求清單則是直截了當(dāng)?shù)?。?biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方法是用于組織這項(xiàng)工作流程，并且按需求訂購零件。零件的幾何形狀需要計(jì)算大量刀位。零件編程軟件通常是并入一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助制造軟件包中的。一些計(jì)算機(jī)輔助制造軟件與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件合并成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造工作站。計(jì)算機(jī)輔助制造軟件可使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)文件作為數(shù)據(jù)源，這樣加快了編程的進(jìn)程。零件編程軟件是一個(gè)用戶界面友好的軟件，這意味著程序員不必懂得計(jì)算機(jī)編程語言或它的操作系統(tǒng)。它用屏幕菜單引導(dǎo)使用者完成編程過程。數(shù)據(jù)可通過鍵盤、鼠標(biāo)或功能鍵輸入。有經(jīng)驗(yàn)的程序員可使用計(jì)算機(jī)巨大的內(nèi)置容量和諸如系列零件族的先進(jìn)技術(shù)來獲得更高的生產(chǎn)力。編程軟件有一個(gè)動(dòng)態(tài)圖形數(shù)據(jù)庫來支持實(shí)際加工程序。這些順序可被顯示、編輯、串聯(lián)或刪除。無論是單一切削還是采用CNC機(jī)床固定循環(huán)加工，程序都可生成。該軟件也會(huì)自動(dòng)計(jì)算加工中所使用的適當(dāng)進(jìn)給量和切削速度，生成一個(gè)刀具清單和定義刀具路徑。程序員為生成的每一個(gè)輪廓分配不同的圖層或用另外圖層加入卡具與夾具獲得一個(gè)完整的零件工裝圖。可以看到如同在機(jī)床上進(jìn)行實(shí)際加工一樣的刀具運(yùn)動(dòng)過程。使用零件編程軟件，程序員能夠很容易地解決三角學(xué)問題，以確定準(zhǔn)確的刀具路徑。當(dāng)一個(gè)程序編好后，程序員可從PC機(jī)上通過通信線路用帶有通信能力的內(nèi)置軟件將程序傳送給數(shù)控機(jī)床。好的零件編程軟件應(yīng)具備如下條件：（1）建立加工參數(shù)以及用于特殊機(jī)床或任務(wù)的刀具。（2）定義幾何模型及刀具路徑。（3）生成代碼，能讓程序員確定將使用什么代碼以及如何輸出到機(jī)床。三、數(shù)字控制先進(jìn)制造技術(shù)中的一個(gè)最基本的概念是數(shù)字控制（NC）。在數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)之前，所有的機(jī)床都是由人工操縱和控制的。在與人工控制的機(jī)床有關(guān)的很多局限性中，操作者的技能大概是最突出的問題。采用人工控制時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量直接與操作者的技能有關(guān)。數(shù)字控制代表了從人工控制機(jī)床走出來的第一步。數(shù)字控制意味著采用預(yù)先錄制的、存儲(chǔ)的符號(hào)指令來控制機(jī)床和其他制造系統(tǒng)。一個(gè)數(shù)控技師的工作不是去操縱機(jī)床，而是編寫能夠發(fā)出機(jī)床操作指令的程序。發(fā)展數(shù)控技術(shù)是為了克服人類操作者的局限性，而且它確實(shí)完成了這項(xiàng)工作。數(shù)字控制的機(jī)器比人工操縱的機(jī)器的精度更高、生產(chǎn)出零件的一致性更好、生產(chǎn)速度更快、而且長(zhǎng)期的工藝裝備成本更低。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了制造技術(shù)中其他幾項(xiàng)新發(fā)明的產(chǎn)生：1.電火花加工技術(shù)。2.激光切削。3.電子束焊接。數(shù)字控制還使得機(jī)床比它們采用人工操縱的前輩們的用途更為廣泛。一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以自動(dòng)生產(chǎn)很多種類的零件，每一個(gè)零件都可以有不同的和復(fù)雜的加工過程。數(shù)控可以使生產(chǎn)廠家承擔(dān)那些對(duì)于采用人工控制的機(jī)床和工藝來說，在經(jīng)濟(jì)上是不劃算的產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。同許多先進(jìn)技術(shù)一樣，數(shù)控的誕生于麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中。數(shù)控這個(gè)概念是50年代初在美國(guó)空軍的資助下提出來的。APT（自動(dòng)編程工具）語言是1956年在麻省理工學(xué)院的伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室中被設(shè)計(jì)出來的。這是一個(gè)專門適用于數(shù)控的編程語言，使用類似于英語的語句來定義零件的幾何形狀，描述切削刀具的形狀和規(guī)定必要的運(yùn)動(dòng)。APT語言的研究和發(fā)展是在數(shù)控技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展過程中的一大進(jìn)步。最初的數(shù)控系統(tǒng)與今天應(yīng)用的數(shù)控系統(tǒng)是有很大的區(qū)別的。在那時(shí)的機(jī)床中，只有硬線邏輯電路。指令程序?qū)懺诖┛准垘希ㄋ髞肀凰芰洗艓〈?，采用帶閱讀機(jī)將寫在紙帶或磁帶上的指令給機(jī)器翻譯出來。所有這些共同構(gòu)成了機(jī)床數(shù)字控制方面的巨大進(jìn)步。然而，在數(shù)控發(fā)展的這個(gè)階段中還存在著許多的問題。一個(gè)主要問題是穿孔紙帶的易壞性。在機(jī)械加工過程中，載有編程指令信息的紙帶斷裂和被撕壞是常見的事情。在機(jī)床上每加工一個(gè)零件，都需要將載有編程指令的紙帶放入閱讀機(jī)中重新運(yùn)行一次。因此，這個(gè)問題變得很嚴(yán)重。如果需要制造100個(gè)某種零件，則應(yīng)該將紙帶分別通過閱讀機(jī)100次。易塤壞的紙帶顯然不能承受嚴(yán)酷的車間壞境和這種重復(fù)使用。這就導(dǎo)致了一種專門的塑料磁帶的研制。在紙帶上通過采用一系列的小孔來載有編程指令，而在塑料帶上通過采用一系列的磁點(diǎn)來載有編程指令。塑料帶的強(qiáng)度比紙帶的強(qiáng)度要高很多，這可以解決常見的撕壞和斷裂問題。然而，它仍然存在著兩個(gè)問題。其中最重要的一個(gè)問題是，對(duì)輸入到帶中的指令進(jìn)行修改是非常困難的，或者是根本不可能的。即使對(duì)指令程序進(jìn)行最微小的調(diào)整，也必須中斷加工，制作一條新帶。而且?guī)ㄟ^閱讀機(jī)的次數(shù)還必須與需要加工的零件的個(gè)數(shù)相同。幸運(yùn)的是，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用很快解決了數(shù)控技術(shù)中與穿孔紙帶和塑料帶有關(guān)的問題。在形成了直接數(shù)字控制（DNC）這個(gè)概念之后，可以不再采用紙帶或塑料帶作為編程指令的載體，這樣就解決了與之有關(guān)的問題。在直接數(shù)字控制中，幾臺(tái)機(jī)床通過數(shù)據(jù)傳輸線路連接到一臺(tái)主計(jì)算機(jī)上。操縱這些機(jī)床所需要的程序都存儲(chǔ)在這臺(tái)主計(jì)算機(jī)中。當(dāng)需要時(shí)，通過數(shù)據(jù)傳輸線路提供給每臺(tái)機(jī)床。直接數(shù)字控制是在穿孔紙帶和塑料帶基礎(chǔ)上的一大進(jìn)步。然而，它也有著同其他依賴于主計(jì)算機(jī)的技術(shù)一樣的局限性。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，由其控制的所有機(jī)床都將停止工作。這個(gè)問題促使了計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的產(chǎn)生。微處理器的發(fā)展為可編程邏輯控制器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展做好了準(zhǔn)備。這兩種技術(shù)為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。采用CNC技術(shù)后，每臺(tái)機(jī)