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，它包括CAPP、NC編程、工時定額的計(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，它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程（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（簡稱數(shù)控），是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學(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，能從刀庫中自動換刀和自動轉(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)來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。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的運(yùn)動軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。

計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。

一個大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級或三級計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對下屬的計(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、存儲裝置、檢測裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(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)來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）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)字和符號組成。每個程序都代表著一個特殊功能，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程序字組成的。

存在問題

CAD/CAPP/CAM需要在信息流上集成一體、無縫連接，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，致使因不了解現(xiàn)場情況造成不應(yīng)有的反復(fù)，浪費(fèi)了時間，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背景，還需要有很高的CAD應(yīng)用技巧。一般需1至3個月專門培訓(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，因而造成人才競爭異常激烈、生產(chǎn)隊(duì)伍不穩(wěn)定，產(chǎn)生嚴(yán)重人才管理問題，我國的廣大國營企業(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)。

整個過程流程中，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、對工藝的理解，甚至是責(zé)任心。人為的因素的影響，導(dǎo)致同樣一個零件的加工程序，不同編程員出來的程序差別很大，加工出來的零件也會有質(zhì)量、效率、成本的差別。

特色功能

智能方向

如何預(yù)測可能的智能化方向？智能化CAM軟件有兩個方向：

1、大數(shù)據(jù)匹配策略，簡單說就是讓軟件搜索相似(相同)零件的歷史加工過程，復(fù)制到新的零件上。這個如同人學(xué)習(xí)復(fù)制他人的加工過程。數(shù)據(jù)庫里存儲的是做過零件加工模板，隨著不同編程人員把做過的零件加入大數(shù)據(jù)庫中，里面的歷史模板會迅速增加，那么大多數(shù)新的零件總能找到相似(相同)的結(jié)構(gòu)，一個零件做完整個流程之后，并且被認(rèn)可結(jié)果，那么就可以再加入數(shù)據(jù)庫中，如此它可以自動完成升級與迭代。技術(shù)上難度不大，現(xiàn)有的技術(shù)組合就可以實(shí)現(xiàn)，只是一個數(shù)據(jù)庫查詢、對比和識別問題，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)庫的方法確有幾個致命的因素制約它，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零部件完整還原，會泄密；二是軟件用戶商業(yè)上的技術(shù)保密，企業(yè)彼此獨(dú)立，同行是競爭對手(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爭關(guān)系，不太會彼此開放接口、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)大的一兩個軟件會存活，其他會自動被淘汰。

2、軟件的智能化，開發(fā)出智能算法，如同人一樣的處理問題，并且自動學(xué)習(xí)升級。智能CAM軟件的一個目的是簡化編程編制，降低編程的勞動量，把人的重復(fù)勞動減至最低，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)完全的自動編程，簡化重復(fù)的勞動，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)，可以從簡單的2軸加工到以5軸聯(lián)動方式來加工極為復(fù)雜的工件表面，并可以對數(shù)控加工過程進(jìn)行自動控制和優(yōu)化，同時提供了二次開發(fā)工具允許用戶擴(kuò)展。

2、相對獨(dú)立的CAM軟件

相對獨(dú)立的CAM系統(tǒng)有Edgecam、Mastercam等。這類軟件主要通過中性文件從其它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、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。

3、國內(nèi)CAM軟件

國內(nèi)CAM軟件的代表有CAXA制造工程師，中望收購的VX。這些軟件價格便宜，主要面向中小企業(yè)，符合我國國情和標(biāo)準(zhǔn)，所以受到了廣泛的歡迎，贏得了越來越大的市場份額。

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，同時促使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加精準(zhǔn)，對于生產(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)對儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，操控者通過提前設(shè)置參數(shù)值可以使儀器實(shí)現(xiàn)自動化運(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，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)，不但不會改變原有的優(yōu)勢，反而在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用，應(yīng)用范圍也會得到拓展。在機(jī)械機(jī)床運(yùn)行過程中，夾板裝卡次數(shù)明顯減少，機(jī)床位置安排也會變得更加科學(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CAM軟件可設(shè)計(jì)出準(zhǔn)備生產(chǎn)成型產(chǎn)品的對應(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，必須對軌跡文件的真實(shí)可靠性進(jìn)行核對，確保其可行性。并經(jīng)過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，針對后置處理文件，可由工作者對代碼進(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。除了對生成代碼文件進(jìn)行處理以外，還需對其他相關(guān)文件進(jìn)行加工執(zhí)行處理，在文件核對工序和有關(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)行的自動化，同時還可以實(shí)現(xiàn)對生產(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，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控。這些對機(jī)械操作行業(yè)的發(fā)展來說意義重大。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，從而為由自動化工藝設(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。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，便可及時通過已備份的代碼文件迅速展開調(diào)查，找到質(zhì)量問題產(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)靠人工或半自動防過切處理方式，沒有從根本上杜絕過切現(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有安全保障的。所以無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，刀路長度是傳統(tǒng)加工的上百倍，一般編程時間遠(yuǎn)大于加工時間，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)無法自動提供工藝特征，編程復(fù)雜程度很大，對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庫的、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蟆⒚嫦蛱卣鞯慕７绞降木薮蟪晒?，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。通過以上的分析，新一代CAM系統(tǒng)的大致輪廓已經(jīng)顯現(xiàn)。