计算机辅助制造

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计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing/Computer-Aided Making,CAM)

　　计算机辅助制造(CAM)指用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的过程。

　　计算机辅助制造(CAM)的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。

　　狭义的计算机辅助制造是指从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。广义的计算机辅助制造除了包含上述内容外，还包括制造活动中与物流有关的所有过程的监视、控制和管理。

　　计算机辅助制造可划分为以下几个层次：

　　(1)基层控制级。常用各种控制机、小型计算机微型机等负责收集信息，整理检测数据，执行上级计算机下达的命令，直接控制生产过程等任务。

　　(2)协调控制层。一般采用小型计算机控制，任务是对局部生产状态进行分析、判断、发出指令、修改基层控制的参数、协调其工作等。

　　(3)管理控制级。一般采用中大型计算机负责管理控制、原材料价格分析等，实现整个系统的综合管理。

　　计算机辅助制造广泛应用于船舶、飞机和各种机械制造业上，主要还是用在机械加工上。如最早出现的数控机床，能根据加工要求，自动更换刀具，自动进行车、镗、铣、刨，进行复杂零件的加工，可达到要求的精度，保证加工零件的质量，减少废品率，降低成本，缩短生产周期，改善制造人员的工作条件。计算机辅助制造也用于编制加工工艺文件，绘制加工图表，进行原材料消耗定额管理，产品质量检验等等。随着微型单板机的普及，在通常用的车床、刨床、铣床和镗床上，可以装上单板机，实现自动控制，改变传统的加工方式，提高加工效果。计算机辅助制造与计算机辅助设计有密切的关系，计算机辅助设计的输出结果常常作为计算机辅助制造的输入，两者的区别为CAD偏重于设计过程，CAM偏重于产品的生产过程。

　　计算机辅助制造CAM软件在数控加工中的应用随着科学技术的不断进步，计算机辅助制造(CAM)软件在数控加工中得到越来越广泛的应用。数控加工中，CAM软件的性能将直接影响零件的加工作业、加工质量和生产效率，因此CAM软件的选择是数控加工中的一项非常重要的工作，要慎重进行。常见的CAM软件较多，如Pro/ENGINEER(Pro/E), Uni-graphics(UG), MasterCAM等等。选用这些软件要遵循的基本原则应当是根据需求选用适宜软件。一般情况下，首先结合企业现有产品及产品的发展方向，明确数控加工现阶段要解决什么问题，结合未来的发展将要遇到并需解决什么问题，然后分析所选CAM软件功能特点，看其如何解决以上问题，能否满足生产需求。具体来说，要在深入分析零件的特征、加工的工艺决策、生成的刀具轨迹信息文件，以及对后置处理生成的数控加工代码的要求等等的基础上，对比现有不同软件的性能特点，选择最合适的CAM软件。

　　一、CAM软件基本功能分析

　　CAM软件最基本的功能是前置处理和后置处理功能。 前置处理 系统的数据输入接口在对一个零件进行数控编程前，必须首先获得零件的模型信息。许多CAM软件自身具备CAM造型系统，可直接进行零件造型设计，设计完成后再进行工艺设计，直至数控编程。但在大部分情况下，造型设计工程师和加工设计工程师采用的可能是不同的CAM软件，需要CAM软件可以读取其他CAM软件完成的设计结果，这就要求CAM软件的数据输入接口应该能够正确读取多种常用CAM软件的输出数据。大多数CAM软件能提供多种格式的数据输入接口，比如IGES,DXF,STL,SAT等通用接口，有的还具有针对一些著名的CAM软件如 Pro/E,UG,CAYIA的专门接口。但不同的CAM软件所“专长“的数据格式不同，支持的程度也有所差异，因此最好选用几个有代表性的零件，对 CAM软件支持的数据格式做实验，检查其是否能正确读取数据信息。

　　二、加工支持的走刀方式及其他工艺适应性

　　加工质量与CAM软件对加工工艺的支持密切相关，比如走刀方式跟加工表面质量就有很大的关系。铣削加工中，单纯的直线往复走刀行切，在加工平面轮廓时表面质量还可以，但是加工曲面齿廓、则需要沿轮廓线进行环形走刀行切才可以达到较高的表面质量。因此对于不同零件或同一个零件的不同部位，不同轮廓形状处，需要不同的走刀方式。除了走刀方式之外，还要注意到软件是否提供过切保护，刀杆的干涉检查，甚至是加工过程的模拟仿真表现形式等辅助功能。 后置处理后置处理是数控加工中的一个重要环节，主要任务是把CAM软件前置处理生成的刀轨和工参信息文件，转换成特定机床控制器可接受的特定格式的数控代码文件 ——NC程序。刀轨文件不能直接驱动机床，因为不同机床控制对程序格式和指令都有不同要求。不同机床，即使加工相同，代码及格式也不尽相同。只有结合特定机床要求的格式，生成该机床能够识别的NC程序，才能驱动机床，这就要求CAM软件能够提供多种不同机床的后置处理，要有用户化后置处理功能，以便用户能直接编辑、修改已有的后处理文件。后置处理后，需要将得到的数控代码传输到数控机床引导机床进行加工，过去常采用RS232接口进行数据传输，需要专门的软件支持，现在许多CAM软件本身就具有该数据传输功能。

　　三、应用CAM软件的原则和方法

　　只有最适用的才是最好的。满足前置处理和后置处理等基本功能的CAM软件有多种，每一种都有自己的不同特点，我们应广泛了解和对比，以满足需要为前提进行选择，见下图。

　　选择时，除价格因素外，还应考虑以下几方面:

　　1.操作使用的方便性一致友好的操作界面及简洁实用的操作方法，对于使用者来说是无形的帮助。Windows系统操作风格的软件，不用培训就可以摸索着进行操作，要比Unix 系统上的软件容易学习和使用。为此首先应注意软件的安装对操作系统及硬件的要求，其次，软件功能及操作的简洁一致非常重要。

　　2.集成化程度不少CAM软件是CAD/CAM的集成，通常由多个功能模块组成，如三维绘画、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础，进行统一管理，这样既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运行时间。

　　3.CAD功能性能完善的CAM软件的CAD模块是一个高效的造型设计工具，应具有参数化设计功能、三维实体模型与二维工程图形相互转化并关联的功能。当然，还要考虑与其他CAD/CAM软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，能支持哪几种图形文件转换，能否从其他系统顺利读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其他系统。

　　4.CAM功能及检测 CAM软件的CAM功能应能提供一种交互编程并产生加工轨迹的方法，它包括刀具路径、刀具参数、切削参数设置等内容。 CAM功能检测应注意以下几方面:

　　(1)建立二维和三维刀具路径的难易程度；

　　(2)加工方法的多样性；

　　(3)刀具路径是否易于编辑和修改；

　　(4)是否具有刀具和材料数据库，能否自动生成进给速度和主轴转速等切削参数；

　　(5)有无内置的防碰撞和防过切功能；

　　(6)能否手动调节机加工参数及缺省值；

　　(7)能否对加工过程进行模拟和估算加工时间。

5.后处理程序及数控加工代码的输出一般的CAM软件利用后处理程序提供用户化的数控加工代码的输出，使用户能够灵活地将NC程序用于不同的数控系统。 选择软件时，应了解以下几方面:

　　(1)提供哪些后处理和数据加工程序，是否包括线切割、电火花、车削或多轴数控加工编程的后处理程序；

　　(2)后处理输出的加工程序能否细调，以使数控加工代码的输出符合用户的要求；

　　(3)能否将NC程序反向处理，显示刀具路径。