CAM软件

基本介绍

计算机辅助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狭义和广义的两个概念。CAM的狭义概念指的是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。这是最初CAM系统的狭义概念。CAM的广义概念包括的内容则多得多，除了上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。

基本信息

CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)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。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成铣、钻、铰、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。

CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。

计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。

一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息，主计算机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控，计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作。

计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。

原理

所谓数控编程是根据来自CAD的零件几何信息和来自CAPP的零件工艺信息自动或在人工干预下生成数控代码的过程。常用的数控代码有ISO（国际标准化组织）和EIA（美国电子工业协会）两种系统。其中ISO代码是七位补偶代码，即第8位为补偶位；而EIA代码是六位补奇码，即第5列为补奇位。补偶和补奇的目的是为了便于检验纸带阅读机的读错信息。一般的数控程序是由程序字组成，而程序字则是由用英文字母代表的地址码和地址码后的数字和符号组成。每个程序都代表着一个特殊功能，如G00表示点位控制，G33表示等螺距螺纹切削，M05表示主轴停转等。一般情况下，一条数控加工指令是若干个程序字组成的。

存在问题

CAD/CAPP/CAM需要在信息流上集成一体、无缝连接，但往往忽略了企业在生产组织与管理上要。CAD、CAPP、CAM在应用场合、操作人员、系统功能上按照生产布局合理安排。网络技术的成功应用已经为此奠定了基础。CAM系统及操作人员远离生产现场，致使因不了解现场情况造成不应有的反复，浪费了时间，降低了效率，甚至造成废品。

传统的CAM系统不仅要求操作人员有深厚的工艺知识背景，还需要有很高的CAD应用技巧。一般需1至3个月专门培训入门，1至3年的实践才能成为称职的工作人员。对CAM的应用普及造成了极大的困难，使CAM后备人员严重不足，因而造成人才竞争异常激烈、生产队伍不稳定，产生严重人才管理问题，我国的广大国营企业，情况更加严峻。故企业迫切需要新一代的易学易用、易于普及、高智能化、专业性强的CAM系统。

整个过程流程中，使用者(编程人员)起主导作用，CAM软件替代了单调枯燥的数值运算(刀路点位计算)。策略选择、加工流程、特征筛选和参数选择是软件使用者，而这些是否合理又取决于使用者的经验、知识、对工艺的理解，甚至是责任心。人为的因素的影响，导致同样一个零件的加工程序，不同编程员出来的程序差别很大，加工出来的零件也会有质量、效率、成本的差别。

特色功能

智能方向

如何预测可能的智能化方向？智能化CAM软件有两个方向：

1、大数据匹配策略，简单说就是让软件搜索相似(相同)零件的历史加工过程，复制到新的零件上。这个如同人学习复制他人的加工过程。数据库里存储的是做过零件加工模板，随着不同编程人员把做过的零件加入大数据库中，里面的历史模板会迅速增加，那么大多数新的零件总能找到相似(相同)的结构，一个零件做完整个流程之后，并且被认可结果，那么就可以再加入数据库中，如此它可以自动完成升级与迭代。技术上难度不大，现有的技术组合就可以实现，只是一个数据库查询、对比和识别问题，添加其中的数据(事例)要求符合某种规范、流程、格式。

但是，大数据库的方法确有几个致命的因素制约它，一是涉及产品保密因素，军事产品天生就要求保密，不能与人分享，逆向分析甚至可以把整个零部件完整还原，会泄密；二是软件用户商业上的技术保密，企业彼此独立，同行是竞争对手(至少是潜在的)，利益的驱使他们拒绝；三是，软件厂商之间的利益竞争关系，不太会彼此开放接口、算法，统一数据格式，这阻止大数据模式形成。

大数据模式会抹平软件之间的技术代沟，缩小彼此的差距，而且大数据发展的极致是，只有最强大的一两个软件会存活，其他会自动被淘汰。

2、软件的智能化，开发出智能算法，如同人一样的处理问题，并且自动学习升级。智能CAM软件的一个目的是简化编程编制，降低编程的劳动量，把人的重复劳动减至最低，大数据模式以人工智能这两种途径都有制约，那么有没有其他(第三种)变通的途径呢?就算不能实现完全的自动编程，简化重复的劳动，降低难度也可以的。

软件介绍

1、CAD/CAM一体化软件

CAD/CAM一体化软件有UG、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展。

2、相对独立的CAM软件

相对独立的CAM系统有Edgecam、Mastercam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。

3、国内CAM软件

国内CAM软件的代表有CAXA制造工程师，中望收购的VX。这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合我国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。

软件应用

1、在生产优化设计中的应用

在实际生产设备中加入数控装置，在生产设备装置中提前设定数值可进行远程控制操作。CAM软件的运用中可使工程设计师打破固有的画板设计方法，利用计算机软件设计设备结构元件。这种设计方法可保证结构所有元件之间精准相连，同时促使结构设计变得更加精准，对于生产设计质量的提升有着重要作用。在机械生产中，操控者可利于数控技术对仪器进行远程调控，操控者通过提前设置参数值可以使仪器实现自动化运行，有效提升仪器的工作效率和工作质量。在实际的生产设计中，编程设计由手工转为自动，CAM软件通常应用于图形绘制和设计流程方面，将数据技术与CAM软件结合可进一步实现软件的优化设计，不但不会改变原有的优势，反而在实际生产中发挥更大作用，应用范围也会得到拓展。在机械机床运行过程中，夹板装卡次数明显减少，机床位置安排也会变得更加科学合理化，大幅缩减生产占用面积和生产周期，有效提升企业生产效益。

2、在生产操作流程中的应用

数控技术在生产中的具体操作流程如下，首先应在数控系统中预先设置合理的零件类型和具体的设计参数，它们的预先设置对于生产设备仪器运行起着重要的指挥导向作用。其次，通过CAM软件可设计出准备生产成型产品的对应零件、工作平面图、实体模型图等。然后，在制造软件中输入加工产品类型的工艺参数，利用制造软件和制作流程的输入，设备仪器可有效实现自动化运行，促使仪器在生产操作流程所有设定环节中顺利运行。其次，必须对轨迹文件的真实可靠性进行核对，确保其可行性。并经过刀具轨迹的仿真流程，以上工序是为了确保后期的工艺操作可以顺利完成，生产零件才可真正达到标准要求。此外，针对后置处理文件，可由工作者对代码进行修改完善，从而形成新的处理文件。生产后置处理文件可进一步产生新的代码文件，而代码文件的产生可以进行备份留底，对于机床生产起着极大促进作用，使其在规范流程下顺利展开。除了对生成代码文件进行处理以外，还需对其他相关文件进行加工执行处理，在文件核对工序和有关代码文件内容更新完成之后，就可以将其直接投入机床零件加工，进行加工工艺的优化创新。

3、在生产质量检验方面的应用

质量检验是生产过程中的关键环节，数控与CAM软件技术在生产质量检验方面的应用也是产品质量把控的关键环节。在原有的设备基础上，利用该技术进行工艺设置和生产操作代码，不仅可以实现机器运行的自动化，同时还可以实现对生产机械设备生产的产品进行标准化的质检工序，对产品质量进行严格把控。这些对机械操作行业的发展来说意义重大。另外，该技术在生产质检方面的应用，也可以提前设置工艺参数、标准品数值、标准品模型等，利用模板合成和再次核对，从而为由自动化工艺设备生产加工的各项元件达到标准要求提供保障。质量检查还有产品性能的检查，性能检查可采取随机抽检的方式，并进一步检验抽检产品的各项操作性能，通过这道检查工序可确保生产产品的整体质量。促使数控与CAM软件技术在机控的实践操作中可以充分发挥其高效的优势。一旦发现质量问题，便可及时通过已备份的代码文件迅速展开调查，找到质量问题产生的原因、尽快解决，避免因工艺参数、产品数值等输入错误造成不必要的经济损失和资源浪费。

特殊要求

毋庸置疑，近年来制造业新技术的最大热点是高速加工技术。据最新的工艺研究表明，高速加工技术在简化生产工艺与工序，减少后续处理工作量、提高加工效率、提高表面质量等几个方面，能够极大地提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期。高速加工技术对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、高进给速度，特征加工的一般切削速度(F值)为传统加工的10倍以上(F可达到2000～8000mm/min)，在高速进给条件下，一旦发生过切，几何干涉等，后果将是灾难性的，故安全性要求是第一位的。传统的CAM系统靠人工或半自动防过切处理方式，没有从根本上杜绝过切现象的发生。靠操作者的细心、责任心等人的因素是没有安全保障的。所以无法满足高速加工安全性的基本要求。?

(2)工艺性要求

高速加工要求刀路的平稳性，避免刀路轨迹的尖角(刀路突然转向)、尽量避免空刀切削、减少切入/切出等，故要求CAM系统具有基于残余模型的智能化分析处理功能、刀路光顺化处理功能、符合高速加工工艺的优化处理功能及进给量(F值)优化处理功能(切削优化处理)等。为适应高速加工设备的高档数控系统，CAM应支持最新的NURBS编程技术。

(3)高效率要求

高效率体现在两个方面：1)编程的高效率：高速加工的工艺性要求比传统数控加工高了很多，刀路长度是传统加工的上百倍，一般编程时间远大于加工时间，故编程效率已成为影响总体效率的关键因素之一。传统的CAM系统采用面向局部曲面的编程方式，系统无法自动提供工艺特征，编程复杂程度很大，对编程人员除工艺水平之外(基本要求)，还要求有很高的使用技巧。迫切需要具有高速加工知识库的、智能化程度高的、面向整体模型的、新一代CAM系统。2)优化的刀路确保高效率的数控加工，如基于残余模型的智能化编程可有效地避免空刀，进给量(F值)优化处理可提高切削效率30%等。

综上所述，当今的CAM系统虽然为现代制造业的发展立了汗马功劳，但在生产管理、操作使用上存在着与实际要求的巨大矛盾；在结构上、功能专业化等方面与网络下系统集成化的要求存在严重的不协调；基本处理方式严重阻碍智能化、自动化水平的提高。这一切都使新一代CAM的诞生与发展成为必需。CAD技术中面向对象、面向特征的建模方式的巨大成功，为新一代CAM的发展提供了参考模式，网络技术为CAM的专业化分离与系统集成提供了可能。通过以上的分析，新一代CAM系统的大致轮廓已经显现。