基本介紹

計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM,，Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個(gè)概念。CAM的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng),，它包括CAPP,、NC編程、工時(shí)定額的計(jì)算,、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂,、資源需求計(jì)劃的制訂等。這是最初CAM系統(tǒng)的狹義概念,。CAM的廣義概念包括的內(nèi)容則多得多,，除了上述CAM狹義定義所包含的所有內(nèi)容外，它還包括制造活動(dòng)中與物流有關(guān)的所有過(guò)程（加工,、裝配,、檢驗(yàn)、存貯,、輸送）的監(jiān)視,、控制和管理。

基本信息

CAM(computer Aided Manufacturing,，計(jì)算機(jī)輔助制造)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（簡(jiǎn)稱數(shù)控）,，是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程或系統(tǒng)。1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床,。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來(lái)控制機(jī)床,。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床,，包括稱為“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫(kù)中自動(dòng)換刀和自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位置,，能連續(xù)完成銑,、鉆、鉸,、攻絲等多道工序,，這些都是通過(guò)程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過(guò)程,，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”,。

CAM(computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)程,。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容,，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。

計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)控制和管理制造過(guò)程的多方面工作,，它的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)測(cè)一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍,，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。

一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),，它由兩級(jí)或三級(jí)計(jì)算機(jī)組成,，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過(guò)處理的信息,，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作,，并對(duì)下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過(guò)程或管理工作,。

計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床,、加工中心、輸送裝置,、裝卸裝置,、存儲(chǔ)裝置、檢測(cè)裝置,、計(jì)算機(jī)等,，軟件方面有數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì),、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制,、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度,、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等,。

原理

所謂數(shù)控編程是根據(jù)來(lái)自CAD的零件幾何信息和來(lái)自CAPP的零件工藝信息自動(dòng)或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過(guò)程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）兩種系統(tǒng),。其中ISO代碼是七位補(bǔ)偶代碼,，即第8位為補(bǔ)偶位,；而EIA代碼是六位補(bǔ)奇碼，即第5列為補(bǔ)奇位,。補(bǔ)偶和補(bǔ)奇的目的是為了便于檢驗(yàn)紙帶閱讀機(jī)的讀錯(cuò)信息,。一般的數(shù)控程序是由程序字組成，而程序字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼后的數(shù)字和符號(hào)組成,。每個(gè)程序都代表著一個(gè)特殊功能,，如G00表示點(diǎn)位控制,，G33表示等螺距螺紋切削,，M05表示主軸停轉(zhuǎn)等。一般情況下,，一條數(shù)控加工指令是若干個(gè)程序字組成的,。

存在問(wèn)題

CAD/CAPP/CAM需要在信息流上集成一體、無(wú)縫連接,，但往往忽略了企業(yè)在生產(chǎn)組織與管理上要,。CAD、CAPP,、CAM在應(yīng)用場(chǎng)合,、操作人員、系統(tǒng)功能上按照生產(chǎn)布局合理安排,。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成功應(yīng)用已經(jīng)為此奠定了基礎(chǔ),。CAM系統(tǒng)及操作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，致使因不了解現(xiàn)場(chǎng)情況造成不應(yīng)有的反復(fù),，浪費(fèi)了時(shí)間,，降低了效率，甚至造成廢品,。

傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)不僅要求操作人員有深厚的工藝知識(shí)背景,，還需要有很高的CAD應(yīng)用技巧。一般需1至3個(gè)月專門培訓(xùn)入門,，1至3年的實(shí)踐才能成為稱職的工作人員,。對(duì)CAM的應(yīng)用普及造成了極大的困難，使CAM后備人員嚴(yán)重不足,，因而造成人才競(jìng)爭(zhēng)異常激烈,、生產(chǎn)隊(duì)伍不穩(wěn)定，產(chǎn)生嚴(yán)重人才管理問(wèn)題,，我國(guó)的廣大國(guó)營(yíng)企業(yè),，情況更加嚴(yán)峻。故企業(yè)迫切需要新一代的易學(xué)易用,、易于普及,、高智能化,、專業(yè)性強(qiáng)的CAM系統(tǒng)。

整個(gè)過(guò)程流程中,，使用者(編程人員)起主導(dǎo)作用,，CAM軟件替代了單調(diào)枯燥的數(shù)值運(yùn)算(刀路點(diǎn)位計(jì)算)。策略選擇,、加工流程,、特征篩選和參數(shù)選擇是軟件使用者，而這些是否合理又取決于使用者的經(jīng)驗(yàn),、知識(shí),、對(duì)工藝的理解，甚至是責(zé)任心,。人為的因素的影響,，導(dǎo)致同樣一個(gè)零件的加工程序，不同編程員出來(lái)的程序差別很大,，加工出來(lái)的零件也會(huì)有質(zhì)量,、效率、成本的差別,。

特色功能

智能方向

如何預(yù)測(cè)可能的智能化方向,？智能化CAM軟件有兩個(gè)方向：

1、大數(shù)據(jù)匹配策略,，簡(jiǎn)單說(shuō)就是讓軟件搜索相似(相同)零件的歷史加工過(guò)程,，復(fù)制到新的零件上。這個(gè)如同人學(xué)習(xí)復(fù)制他人的加工過(guò)程,。數(shù)據(jù)庫(kù)里存儲(chǔ)的是做過(guò)零件加工模板,，隨著不同編程人員把做過(guò)的零件加入大數(shù)據(jù)庫(kù)中，里面的歷史模板會(huì)迅速增加,，那么大多數(shù)新的零件總能找到相似(相同)的結(jié)構(gòu),，一個(gè)零件做完整個(gè)流程之后，并且被認(rèn)可結(jié)果,，那么就可以再加入數(shù)據(jù)庫(kù)中,，如此它可以自動(dòng)完成升級(jí)與迭代。技術(shù)上難度不大,，現(xiàn)有的技術(shù)組合就可以實(shí)現(xiàn),，只是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、對(duì)比和識(shí)別問(wèn)題,，添加其中的數(shù)據(jù)(事例)要求符合某種規(guī)范,、流程、格式,。

但是,，大數(shù)據(jù)庫(kù)的方法確有幾個(gè)致命的因素制約它,，一是涉及產(chǎn)品保密因素，軍事產(chǎn)品天生就要求保密,，不能與人分享,，逆向分析甚至可以把整個(gè)零部件完整還原，會(huì)泄密,；二是軟件用戶商業(yè)上的技術(shù)保密,，企業(yè)彼此獨(dú)立，同行是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手(至少是潛在的),，利益的驅(qū)使他們拒絕,；三是，軟件廠商之間的利益競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,，不太會(huì)彼此開放接口,、算法，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式,，這阻止大數(shù)據(jù)模式形成。

大數(shù)據(jù)模式會(huì)抹平軟件之間的技術(shù)代溝,，縮小彼此的差距,，而且大數(shù)據(jù)發(fā)展的極致是，只有最強(qiáng)大的一兩個(gè)軟件會(huì)存活,，其他會(huì)自動(dòng)被淘汰,。

2、軟件的智能化,，開發(fā)出智能算法,，如同人一樣的處理問(wèn)題，并且自動(dòng)學(xué)習(xí)升級(jí),。智能CAM軟件的一個(gè)目的是簡(jiǎn)化編程編制,，降低編程的勞動(dòng)量，把人的重復(fù)勞動(dòng)減至最低,，大數(shù)據(jù)模式以人工智能這兩種途徑都有制約,，那么有沒(méi)有其他(第三種)變通的途徑呢?就算不能實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)編程，簡(jiǎn)化重復(fù)的勞動(dòng),，降低難度也可以的,。

軟件介紹

1、CAD/CAM一體化軟件

CAD/CAM一體化軟件有UG,、CATIA等,。這類軟件的特點(diǎn)是優(yōu)越的參數(shù)化設(shè)計(jì)、變量化設(shè)計(jì)及特征造型技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體和曲面造型功能結(jié)合在一起,，加工方式完備,，計(jì)算準(zhǔn)確,，實(shí)用性強(qiáng)，可以從簡(jiǎn)單的2軸加工到以5軸聯(lián)動(dòng)方式來(lái)加工極為復(fù)雜的工件表面,，并可以對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化,，同時(shí)提供了二次開發(fā)工具允許用戶擴(kuò)展。

2,、相對(duì)獨(dú)立的CAM軟件

相對(duì)獨(dú)立的CAM系統(tǒng)有Edgecam,、Mastercam等。這類軟件主要通過(guò)中性文件從其它CAD系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型,。系統(tǒng)主要有交互工藝參數(shù)輸入模塊,、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊,、三維加工動(dòng)態(tài)仿真模塊和后置處理模塊,。

3、國(guó)內(nèi)CAM軟件

國(guó)內(nèi)CAM軟件的代表有CAXA制造工程師,，中望收購(gòu)的VX,。這些軟件價(jià)格便宜，主要面向中小企業(yè),，符合我國(guó)國(guó)情和標(biāo)準(zhǔn),，所以受到了廣泛的歡迎，贏得了越來(lái)越大的市場(chǎng)份額,。

軟件應(yīng)用

1,、在生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備中加入數(shù)控裝置，在生產(chǎn)設(shè)備裝置中提前設(shè)定數(shù)值可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作,。CAM軟件的運(yùn)用中可使工程設(shè)計(jì)師打破固有的畫板設(shè)計(jì)方法,，利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)元件。這種設(shè)計(jì)方法可保證結(jié)構(gòu)所有元件之間精準(zhǔn)相連,，同時(shí)促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加精準(zhǔn),，對(duì)于生產(chǎn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升有著重要作用。在機(jī)械生產(chǎn)中,，操控者可利于數(shù)控技術(shù)對(duì)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控,，操控者通過(guò)提前設(shè)置參數(shù)值可以使儀器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，有效提升儀器的工作效率和工作質(zhì)量,。在實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中,，編程設(shè)計(jì)由手工轉(zhuǎn)為自動(dòng)，CAM軟件通常應(yīng)用于圖形繪制和設(shè)計(jì)流程方面,，將數(shù)據(jù)技術(shù)與CAM軟件結(jié)合可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì),，不但不會(huì)改變?cè)械膬?yōu)勢(shì)，反而在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用，應(yīng)用范圍也會(huì)得到拓展,。在機(jī)械機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中,，夾板裝卡次數(shù)明顯減少，機(jī)床位置安排也會(huì)變得更加科學(xué)合理化,，大幅縮減生產(chǎn)占用面積和生產(chǎn)周期,，有效提升企業(yè)生產(chǎn)效益。

2,、在生產(chǎn)操作流程中的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在生產(chǎn)中的具體操作流程如下,，首先應(yīng)在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置合理的零件類型和具體的設(shè)計(jì)參數(shù)，它們的預(yù)先設(shè)置對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備儀器運(yùn)行起著重要的指揮導(dǎo)向作用,。其次,，通過(guò)CAM軟件可設(shè)計(jì)出準(zhǔn)備生產(chǎn)成型產(chǎn)品的對(duì)應(yīng)零件、工作平面圖,、實(shí)體模型圖等,。然后，在制造軟件中輸入加工產(chǎn)品類型的工藝參數(shù),，利用制造軟件和制作流程的輸入,，設(shè)備儀器可有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，促使儀器在生產(chǎn)操作流程所有設(shè)定環(huán)節(jié)中順利運(yùn)行,。其次,，必須對(duì)軌跡文件的真實(shí)可靠性進(jìn)行核對(duì)，確保其可行性,。并經(jīng)過(guò)刀具軌跡的仿真流程，以上工序是為了確保后期的工藝操作可以順利完成,，生產(chǎn)零件才可真正達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,。此外，針對(duì)后置處理文件,，可由工作者對(duì)代碼進(jìn)行修改完善,，從而形成新的處理文件。生產(chǎn)后置處理文件可進(jìn)一步產(chǎn)生新的代碼文件,，而代碼文件的產(chǎn)生可以進(jìn)行備份留底,，對(duì)于機(jī)床生產(chǎn)起著極大促進(jìn)作用，使其在規(guī)范流程下順利展開,。除了對(duì)生成代碼文件進(jìn)行處理以外,，還需對(duì)其他相關(guān)文件進(jìn)行加工執(zhí)行處理，在文件核對(duì)工序和有關(guān)代碼文件內(nèi)容更新完成之后,，就可以將其直接投入機(jī)床零件加工,，進(jìn)行加工工藝的優(yōu)化創(chuàng)新。

3,、在生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)方面的應(yīng)用

質(zhì)量檢驗(yàn)是生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，數(shù)控與CAM軟件技術(shù)在生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)方面的應(yīng)用也是產(chǎn)品質(zhì)量把控的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上，利用該技術(shù)進(jìn)行工藝設(shè)置和生產(chǎn)操作代碼,，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器運(yùn)行的自動(dòng)化,，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)檢工序，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控,。這些對(duì)機(jī)械操作行業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)意義重大,。另外，該技術(shù)在生產(chǎn)質(zhì)檢方面的應(yīng)用,，也可以提前設(shè)置工藝參數(shù),、標(biāo)準(zhǔn)品數(shù)值、標(biāo)準(zhǔn)品模型等,，利用模板合成和再次核對(duì),，從而為由自動(dòng)化工藝設(shè)備生產(chǎn)加工的各項(xiàng)元件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求提供保障。質(zhì)量檢查還有產(chǎn)品性能的檢查,，性能檢查可采取隨機(jī)抽檢的方式,，并進(jìn)一步檢驗(yàn)抽檢產(chǎn)品的各項(xiàng)操作性能，通過(guò)這道檢查工序可確保生產(chǎn)產(chǎn)品的整體質(zhì)量,。促使數(shù)控與CAM軟件技術(shù)在機(jī)控的實(shí)踐操作中可以充分發(fā)揮其高效的優(yōu)勢(shì),。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，便可及時(shí)通過(guò)已備份的代碼文件迅速展開調(diào)查,，找到質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的原因,、盡快解決，避免因工藝參數(shù),、產(chǎn)品數(shù)值等輸入錯(cuò)誤造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi),。

特殊要求

毋庸置疑，近年來(lái)制造業(yè)新技術(shù)的最大熱點(diǎn)是高速加工技術(shù),。據(jù)最新的工藝研究表明,，高速加工技術(shù)在簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝與工序，減少后續(xù)處理工作量,、提高加工效率,、提高表面質(zhì)量等幾個(gè)方面，能夠極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量,、降低生產(chǎn)成本,、縮短生產(chǎn)周期。高速加工技術(shù)對(duì)CAM也提出了新的特殊要求,。

(1)安全性要求

高速加工采用小切削深度,、小切削量、高進(jìn)給速度，特征加工的一般切削速度(F值)為傳統(tǒng)加工的10倍以上(F可達(dá)到2000～8000mm/min),，在高速進(jìn)給條件下,，一旦發(fā)生過(guò)切，幾何干涉等,，后果將是災(zāi)難性的,，故安全性要求是第一位的。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)靠人工或半自動(dòng)防過(guò)切處理方式,，沒(méi)有從根本上杜絕過(guò)切現(xiàn)象的發(fā)生,。靠操作者的細(xì)心,、責(zé)任心等人的因素是沒(méi)有安全保障的,。所以無(wú)法滿足高速加工安全性的基本要求。?

(2)工藝性要求

高速加工要求刀路的平穩(wěn)性,，避免刀路軌跡的尖角(刀路突然轉(zhuǎn)向),、盡量避免空刀切削、減少切入/切出等,，故要求CAM系統(tǒng)具有基于殘余模型的智能化分析處理功能,、刀路光順化處理功能、符合高速加工工藝的優(yōu)化處理功能及進(jìn)給量(F值)優(yōu)化處理功能(切削優(yōu)化處理)等,。為適應(yīng)高速加工設(shè)備的高檔數(shù)控系統(tǒng),，CAM應(yīng)支持最新的NURBS編程技術(shù)。

(3)高效率要求

高效率體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)編程的高效率：高速加工的工藝性要求比傳統(tǒng)數(shù)控加工高了很多,，刀路長(zhǎng)度是傳統(tǒng)加工的上百倍,，一般編程時(shí)間遠(yuǎn)大于加工時(shí)間，故編程效率已成為影響總體效率的關(guān)鍵因素之一,。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)采用面向局部曲面的編程方式,，系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)提供工藝特征，編程復(fù)雜程度很大,，對(duì)編程人員除工藝水平之外(基本要求)，還要求有很高的使用技巧,。迫切需要具有高速加工知識(shí)庫(kù)的,、智能化程度高的、面向整體模型的,、新一代CAM系統(tǒng),。2)優(yōu)化的刀路確保高效率的數(shù)控加工，如基于殘余模型的智能化編程可有效地避免空刀,，進(jìn)給量(F值)優(yōu)化處理可提高切削效率30%等,。

綜上所述，當(dāng)今的CAM系統(tǒng)雖然為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展立了汗馬功勞，但在生產(chǎn)管理,、操作使用上存在著與實(shí)際要求的巨大矛盾,；在結(jié)構(gòu)上、功能專業(yè)化等方面與網(wǎng)絡(luò)下系統(tǒng)集成化的要求存在嚴(yán)重的不協(xié)調(diào),；基本處理方式嚴(yán)重阻礙智能化,、自動(dòng)化水平的提高。這一切都使新一代CAM的誕生與發(fā)展成為必需,。CAD技術(shù)中面向?qū)ο?、面向特征的建模方式的巨大成功，為新一代CAM的發(fā)展提供了參考模式,，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為CAM的專業(yè)化分離與系統(tǒng)集成提供了可能,。通過(guò)以上的分析，新一代CAM系統(tǒng)的大致輪廓已經(jīng)顯現(xiàn),。