電腦輔助製造

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電腦輔助製造(Computer Aided Manufacturing/Computer-Aided Making,CAM)

　　電腦輔助製造(CAM)指用電腦進行生產設備的管理、控制和操作的過程。

　　電腦輔助製造(CAM)的核心是電腦數值控制(簡稱數控)，是將電腦應用於製造生產過程的過程或系統。1952年美國麻省理工學院首先研製成數控銑床。數控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程式指令來控制機床。

　　狹義的電腦輔助製造是指從產品設計到加工製造之間的一切生產準備活動，它包括CAPP、NC編程、工時定額的計算、生產計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。廣義的電腦輔助製造除了包含上述內容外，還包括製造活動中與物流有關的所有過程的監視、控制和管理。

　　電腦輔助製造可劃分為以下幾個層次：

　　(1)基層控制級。常用各種控制機、小型電腦微型機等負責收集信息，整理檢測數據，執行上級電腦下達的命令，直接控制生產過程等任務。

　　(2)協調控制層。一般採用小型電腦控制，任務是對局部生產狀態進行分析、判斷、發出指令、修改基層控制的參數、協調其工作等。

　　(3)管理控制級。一般採用中大型電腦負責管理控制、原材料價格分析等，實現整個系統的綜合管理。

　　電腦輔助製造廣泛應用於船舶、飛機和各種機械製造業上，主要還是用在機械加工上。如最早出現的數控機床，能根據加工要求，自動更換刀具，自動進行車、鏜、銑、刨，進行複雜零件的加工，可達到要求的精度，保證加工零件的質量，減少廢品率，降低成本，縮短生產周期，改善製造人員的工作條件。電腦輔助製造也用於編製加工工藝文件，繪製加工圖表，進行原材料消耗定額管理，產品質量檢驗等等。隨著微型單板機的普及，在通常用的車床、刨床、銑床和鏜床上，可以裝上單板機，實現自動控制，改變傳統的加工方式，提高加工效果。電腦輔助製造與電腦輔助設計有密切的關係，電腦輔助設計的輸出結果常常作為電腦輔助製造的輸入，兩者的區別為CAD偏重於設計過程，CAM偏重於產品的生產過程。

　　電腦輔助製造CAM軟體在數控加工中的應用隨著科學技術的不斷進步，電腦輔助製造(CAM)軟體在數控加工中得到越來越廣泛的應用。數控加工中，CAM軟體的性能將直接影響零件的加工作業、加工質量和生產效率，因此CAM軟體的選擇是數控加工中的一項非常重要的工作，要慎重進行。常見的CAM軟體較多，如Pro/ENGINEER(Pro/E), Uni-graphics(UG), MasterCAM等等。選用這些軟體要遵循的基本原則應當是根據需求選用適宜軟體。一般情況下，首先結合企業現有產品及產品的發展方向，明確數控加工現階段要解決什麼問題，結合未來的發展將要遇到並需解決什麼問題，然後分析所選CAM軟體功能特點，看其如何解決以上問題，能否滿足生產需求。具體來說，要在深入分析零件的特征、加工的工藝決策、生成的刀具軌跡信息文件，以及對後置處理生成的數控加工代碼的要求等等的基礎上，對比現有不同軟體的性能特點，選擇最合適的CAM軟體。

　　一、CAM軟體基本功能分析

　　CAM軟體最基本的功能是前置處理和後置處理功能。 前置處理 系統的數據輸入介面在對一個零件進行數控編程前，必須首先獲得零件的模型信息。許多CAM軟體自身具備CAM造型系統，可直接進行零件造型設計，設計完成後再進行工藝設計，直至數控編程。但在大部分情況下，造型設計工程師和加工設計工程師採用的可能是不同的CAM軟體，需要CAM軟體可以讀取其他CAM軟體完成的設計結果，這就要求CAM軟體的數據輸入介面應該能夠正確讀取多種常用CAM軟體的輸出數據。大多數CAM軟體能提供多種格式的數據輸入介面，比如IGES,DXF,STL,SAT等通用介面，有的還具有針對一些著名的CAM軟體如 Pro/E,UG,CAYIA的專門介面。但不同的CAM軟體所“專長“的數據格式不同，支持的程度也有所差異，因此最好選用幾個有代表性的零件，對 CAM軟體支持的數據格式做實驗，檢查其是否能正確讀取數據信息。

　　二、加工支持的走刀方式及其他工藝適應性

　　加工質量與CAM軟體對加工工藝的支持密切相關，比如走刀方式跟加工錶面質量就有很大的關係。銑削加工中，單純的直線往複走刀行切，在加工平面輪廓時錶面質量還可以，但是加工曲面齒廓、則需要沿輪廓線進行環形走刀行切才可以達到較高的錶面質量。因此對於不同零件或同一個零件的不同部位，不同輪廓形狀處，需要不同的走刀方式。除了走刀方式之外，還要註意到軟體是否提供過切保護，刀桿的干涉檢查，甚至是加工過程的模擬模擬表現形式等輔助功能。 後置處理後置處理是數控加工中的一個重要環節，主要任務是把CAM軟體前置處理生成的刀軌和工參信息文件，轉換成特定機床控制器可接受的特定格式的數控代碼文件 ——NC程式。刀軌文件不能直接驅動機床，因為不同機床控制對程式格式和指令都有不同要求。不同機床，即使加工相同，代碼及格式也不盡相同。只有結合特定機床要求的格式，生成該機床能夠識別的NC程式，才能驅動機床，這就要求CAM軟體能夠提供多種不同機床的後置處理，要有用戶化後置處理功能，以便用戶能直接編輯、修改已有的後處理文件。後置處理後，需要將得到的數控代碼傳輸到數控機床引導機床進行加工，過去常採用RS232介面進行數據傳輸，需要專門的軟體支持，現在許多CAM軟體本身就具有該數據傳輸功能。

　　三、應用CAM軟體的原則和方法

　　只有最適用的才是最好的。滿足前置處理和後置處理等基本功能的CAM軟體有多種，每一種都有自己的不同特點，我們應廣泛瞭解和對比，以滿足需要為前提進行選擇，見下圖。

　　選擇時，除價格因素外，還應考慮以下幾方面:

　　1.操作使用的方便性一致友好的操作界面及簡潔實用的操作方法，對於使用者來說是無形的幫助。Windows系統操作風格的軟體，不用培訓就可以摸索著進行操作，要比Unix 系統上的軟體容易學習和使用。為此首先應註意軟體的安裝對操作系統及硬體的要求，其次，軟體功能及操作的簡潔一致非常重要。

　　2.集成化程度不少CAM軟體是CAD/CAM的集成，通常由多個功能模塊組成，如三維繪畫、圖形編輯、曲面造型、數控加工、有限元分析、模擬模擬、動態顯示等。這些模塊應該以工程資料庫為基礎，進行統一管理，這樣既保持了底層數據的完整性和一致性，實現了數據共用，又節約了系統資源和運行時間。

　　3.CAD功能性能完善的CAM軟體的CAD模塊是一個高效的造型設計工具，應具有參數化設計功能、三維實體模型與二維工程圖形相互轉化並關聯的功能。當然，還要考慮與其他CAD/CAM軟體的兼容性，註意軟體所帶的圖形文件介面，能支持哪幾種圖形文件轉換，能否從其他系統順利讀取圖形文件，或將本系統的圖形文件傳送到其他系統。

　　4.CAM功能及檢測 CAM軟體的CAM功能應能提供一種交互編程並產生加工軌跡的方法，它包括刀具路徑、刀具參數、切削參數設置等內容。 CAM功能檢測應註意以下幾方面:

　　(1)建立二維和三維刀具路徑的難易程度；

　　(2)加工方法的多樣性；

　　(3)刀具路徑是否易於編輯和修改；

　　(4)是否具有刀具和材料資料庫，能否自動生成進給速度和主軸轉速等切削參數；

　　(5)有無內置的防碰撞和防過切功能；

　　(6)能否手動調節機加工參數及預設值；

　　(7)能否對加工過程進行模擬和估算加工時間。

5.後處理程式及數控加工代碼的輸出一般的CAM軟體利用後處理程式提供用戶化的數控加工代碼的輸出，使用戶能夠靈活地將NC程式用於不同的數控系統。 選擇軟體時，應瞭解以下幾方面:

　　(1)提供哪些後處理和數據加工程式，是否包括線切割、電火花、車削或多軸數控加工編程的後處理程式；

　　(2)後處理輸出的加工程式能否細調，以使數控加工代碼的輸出符合用戶的要求；

　　(3)能否將NC程式反向處理，顯示刀具路徑。