CADCAM前言专题讲座

1、CAD/CAM前言专题CAD/CAM发展新动向论文-刀具磨损过程中的切削力特征研究论文- Prediction of Surface Roughness by Registering Cutting Forces in the Face Milling ProcessCAD/CAM技术概述CAD/CAM 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。是一种设计人员借助于计算机进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有机地结合起来。CAD /CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处

2、理的普及，使异地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。CAD/CAM技术新发展CAD/CAM的新发展主要围绕CAD/CAM的纵深发展、概念的拓展和工作环境的改善三个方面展开。纵深发展主要表现在功能的完善和水平的提高；概念的拓展主要表现在CAD/CAM向产品设计制造过程的各个环节的延伸、覆盖面的不断扩大；工作环境的改进与完善主要表现在并行技术、虚拟制造技术、支持异地设计制造的CAD/CAM技术。1.1支持TOP-DOWN的CAD/CAM技术产品的设计过程实际上是从概念设计阶段入手，逐阶段确定并求解设计参数，直到详细设计阶段完全确定零件的设计参数，即自顶向下（To

3、p-down）的设计。支持TOP-DOWN的CAD/CAM技术首先应进行功能分析，确定每个子功能的参数；其次进行结构设计，确定各子部件的关系；最后进行功能分析、装配性和工艺性分析，返回修改不满意之处，直到得到全局综合指标最优。1.2支持DFx的CAD/CAM技术DFx（Design For X）代表了当代的一种产品开发技术，它能有效地运用于产品开发，实现产品质量的提高、成本的下降和缩短设计周期。DFx具体包括有面向装配的设计（DFA）、面向制造的设计（DFM）、面向服务的设计（DFS）、面向可靠性的设计（DFR）和面向检测的设计（DFT ）等。1.3智能CAD/CAM技术随着CAD/CAM技术

4、的发展，将人工智能技术、专家系统应用于系统中，形成智能的CAD/CAM系统，使其具有人类专家的经验与知识，具有学习、推理、联想和判断功能及智能化的视觉、听觉、语言能力，从而解决那些以前必须由人类专家才能解决的概念设计问题。智能化产品敏捷开发技术包括方案优化智能子系统、结构优化智能子系统、结构分析智能子系统、产品详细设计子系统、CAM智能子系统和智能化产品数据管理模块。1.4 并行工程并行工程是随着CAD/CAM、CIMS技术发展提出的一种新哲理、新的系统设计方法。这种设计方法就是并行地、集成地开展产品设计、开发及加工制造。它要求产品开发人员在设计阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，以便最大限

5、度地提高产品开发效率及一次成功率。并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法，实现信息的双向流通。1.5 虚拟制造技术虚拟制造就是“在计算机中完成产品的制造任务”，即将产品制造过程中的实体和活动模型化，构造虚拟世界，然后在这个虚拟世界中完成产品制造过程中的一切活动，通过虚拟制造来完成对产品设计和工艺设计以及生产准备等活动做全面的检验和评价，对产品开发和生产风险做全面评估后再进行物理意义上的生产，以消除废品生产和返工、缩短产品开发周期、降低风险。虚拟制造不是产生物理意义上的产品，但产生有关产品设计制造过程、过程控制与管理、产品性能数据等所有信息。1.6 计算机集成制造计算机集成制造系统是随着

6、计算机辅助设计与制造的发展而产生的。它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化 。1.7 支持异地设计制造的CAD/CAM技术计算机网络已成为计算机发展进入新时代的标志。所谓计算机网络，就是用通信线路和通信设备将分散在不同地点的多台计算机，按一定网络拓扑结构连接起来。这些功能使独立的计算机按照网络协议进行通信，实现资源共享。

7、由于CAD/CAPP/CAM技术日趋成熟和敏捷制造理念的应用，发展基于Internet网络的适用于异地设计制造的CAD/CAM系统，可针对某一特定产品，将分散在不同地区的现有智力资源和生产设备资源迅速组合，建立动态联盟的制造体系，以适应全球化制造的发展趋势。 Prediction of Surface Roughness by Registering Cutting Forces in the Face Milling Process基于端铣削力的表面粗糙度的预测一、研究背景及方法二、试验方案设计三、试验分析四、结论European Journal of Scientific Research

8、 2010一、研究背景及方法表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状特性的特征量，表面粗糙度越小，零件表面越光滑。表面粗糙度的大小对零件的使用性能有着很大影响，如影响零件的强度、耐磨性、耐腐蚀性、配合性质的稳定性等，因此它是机械加工质量一个非常重要的评价指标。本文基于表面粗糙度的成型机理，考虑铣削参数和材料的物理特性，使用统计学设计方法，提出一种新的预测表面光洁度的方法。二、实验方案设计本实验中最重要的就是确定面响应法（SRM）的步骤，主要考虑了四个因素：主轴转速（X1），进给量（X2），切深（X3），测力仪所测的切削力（X4），输出响应变量为表面粗糙度（Ra）。实验使用了粗糙度测量仪测量工件的表

9、面粗糙度，并将它与刀具相连。实验布局面响应法（SRM）SRM是一个统计和数学方法的统称，用于模拟和优化加工过程。由于响应受许多参数的影响，目前这项技术的主要目的是优化用于响应。SRM还可以记录可控参数并存储响应。一般来说，研究SRM和通常确定变量之间的相关性和估计的变量时，我们都需要开发一个多元回归模型。三、试验数据分析ap=0.25mmap=0.75mmap=1.25mm实验结论图2、3、4表示进给量（vf）和主轴转速（n）对表面粗糙度（Ra）的影响。从图中可知，当进给量和切深保持不变，改变主轴的旋转速度，就会得到不同的表面粗糙度。当主轴转速n=1500 r/min，进给量vf =304 m

10、 /min，切深从0.25mm变化到 1.25mm，然而表面粗糙度却从2.40um减少到2.10um.当切深保持不变时，表面粗糙度与进给量成比例增加。考虑了不同的切深和主轴转速，图5显示了切削力对表面粗糙度的影响。我们可以看出：切削深度增大，就需要更大的切削力去切除表面金属材料。由于刀具和加工工件接触面积的增加，因此切削力受切削深度的影响。正如图5所示，随着主轴转速增加，刀具和工件接触区域切削深度的减少，切削力和表面粗糙度都减小。四、本文结论本文用多元回归数值模型详细分析了表面粗糙度(Ra)，并通过铣削实验得出以下结论： (1)实验过程中铣削加工参数必须保证切削力的稳定性(2)将试验参数与试验

11、所获得的切削力结合起来对多元 回归模型分析有利(3)不论是表面粗糙度，还是在其他制造领域，Lous 的结论对多元回归模型分析的发展有重要的指导意义(4)由实验可知，进给量对表面粗糙度的影响较大刀具磨损过程中的切削力特征研究一、研究背景及方法二、试验方案设计三、试验分析四、结论工艺与检测 张家梁等 2010（5）一、研究背景及方法随着加工过程自动控制技术的发展，切削力己成为适应和控制切削过程的一个重要反馈参数。切削力的变化直接决定着切削热的产生、分布，并影响刀具的磨损状况和使用寿命，进而影响工件被加工表面的加工精度和已加工表面质量。另一方面，刀具的磨损量不仅对切削力的大小有影响，而且是影响加工工

12、件精度和表面质量的重要因素，严重的刀具磨损还会引起切削颤振，损坏制造系统等。研究刀具磨损过程中的切削力特征具有一定的现实意义，能为刀具磨损状态监测提供一定的理论依据。二、实验方案设计本文主要考虑在工艺参数不变的情况下，同一刀具在不同磨损状态下对切削力的影响。测量系统由三维力测量仪、PCI一9118数据采集卡、电荷放大器、PC机等构成，如图所示。三、实验分析3.1切削力稳态分量分析上图显示Fx和Fy的稳态分量随刀具磨损的变化情况，从中可以看出Fx和Fy的稳态分量变化是一致的，开始都随磨损量的增加而增加，但进入后期磨损阶段后随磨损量的增加而变小；而Fz恰恰相反。另外，刀具磨损VB值为0.1 mm到

13、VB值为0.4 mm过程中，切削力变化不大，这与切削参数有很大的关系。从理论上，在刀具的磨损过程中，后刀面的磨损会使切削力变大，但前刀面的磨损会使切削力变小。3.1切削力稳态分量分析3.2 动态切削力分析(1)动态切削力傅立叶分析将得到的四组切削力数据减去其平均值得到其动态切削力，再利用MATLAB软件编制快速傅立叶变化(FFT)程序，将每种刀具状态的Fx、Fy、Fz三个方向动态切削力进行快速傅立叶变化(FFT)，得到其频谱幅图。因此，可以考虑将13.96kHz的谱幅值作为判断刀具磨损的特征量，即可认为当14 kHz的谱幅值超过某一阈值时，刀具已经严重磨损。应该指出，切削力的频谱特性必然与切削条件及刀具一工件一机床加工系统的振动模态有关，如果切削条件和加工系统不同，则其频谱特征将有区别。(2)动态切削力功率谱分析对切削力信号进行功率谱分析可以在有限切削力数据频域内提取被淹没在噪声中的有用信号，从而得到有用频率内的能量情况。经典功率谱估计法是由Fourier变换作为理论基础的。即对给定的有限长的观测序列并X(w) (0nN-1)，作Fourier变换可得到周期图In(w)，即序列X(w)真实功率谱估计的计算公式为将四组切削力数据进行功率谱分析，得到其1300015000Hz频段的平均能量随刀具磨损状态变化情况