基本介紹
- 中文名：計算機輔助製造
- 外文名：Computer Aided Manufacturing
- 公司：CNC software公司
- 公司所在地：美國
- 套用領域：數控工具機編程、加工工藝規劃
- 軟體所需知識：機械製圖
基本信息,原理,存在問題,智慧型方向,軟體介紹,軟體套用,特殊要求,
基本信息
CAM(computer Aided Manufacturing，計算機輔助製造)的核心是計算機數值控制（簡稱數控），是將計算機套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。數控的特徵是由編碼在穿孔紙帶上的程式指令來控制工具機。此後發展了一系列的數控工具機，包括稱為“加工中心”的多功能工具機，能從刀庫中自動換刀和自動轉換工作位置，能連續完成銳、鑽、鉸、攻絲等多道工序，這些都是通過程式指令控制運作的，只要改變程式指令就可改變加工過程，數控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。
CAM(computer Aided Manufacturing，計算機輔助製造)：利用計算機來進行生產設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容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡(刀位檔案)和數控程式。
計算機輔助製造系統是通過計算機分級結構控制和管理製造過程的多方面工作，它的目標是開發一個集成的信息網路來監測一個廣闊的相互關聯的製造作業範圍，並根據一個總體的管理策略控制每項作業。
一個大規模的計算機輔助製造系統是一個計算機分級結構的網路，它由兩級或三級計算機組成，中央計算機控制全局，提供經過處理的信息，主計算機管理某一方面的工作，並對下屬的計算機工作站或微型計算機發布指令和進行監控，計算機工作站或微型計算機承擔單一的工藝控制過程或管理工作。
計算機輔助製造系統的組成可以分為硬體和軟體兩方面：硬體方面有數控工具機、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等，軟體方面有資料庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數控程式編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計畫編制與調度、計算機輔助質量控制等。
原理
所謂數控編程是根據來自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下生成數控代碼的過程。常用的數控代碼有ISO（國際標準化組織）和EIA（美國電子工業協會）兩種系統。其中ISO代碼是七位補偶代碼，即第8位為補偶位；而EIA代碼是六位補奇碼，即第5列為補奇位。補偶和補奇的目的是為了便於檢驗紙帶閱讀機的讀錯信息。一般的數控程式是由程式字組成，而程式字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼後的數字和符號組成。每個程式都代表著一個特殊功能，如G00表示點位控制，G33表示等螺距螺紋切削，M05表示主軸停轉等。一般情況下，一條數控加工指令是若干個程式字組成的。
存在問題
CAD/CAPP/CAM需要在信息流上集成一體、無縫連線，但往往忽略了企業在生產組織與管理上要。CAD、CAPP、CAM在套用場合、操作人員、系統功能上按照生產布局合理安排。網路技術的成功套用已經為此奠定了基礎。CAM系統及操作人員遠離生產現場，致使因不了解現場情況造成不應有的反覆，浪費了時間，降低了效率，甚至造成廢品。
CAM軟體
CAM軟體傳統的CAM系統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套用技巧。一般需1至3個月專門培訓入門，1至3年的實踐才能成為稱職的工作人員。對CAM的套用普及造成了極大的困難，使CAM後備人員嚴重不足，因而造成人才競爭異常激烈、生產隊伍不穩定，產生嚴重人才管理問題，我國的廣大國營企業，情況更加嚴峻。故企業迫切需要新一代的易學易用、易於普及、高智慧型化、專業性強的CAM系統。
整個過程流程中，使用者(編程人員)起主導作用，CAM軟體替代了單調枯燥的數值運算(刀路點位計算)。策略選擇、加工流程、特徵篩選和參數選擇是軟體使用者，而這些是否合理又取決於使用者的經驗、知識、對工藝的理解，甚至是責任心。人為的因素的影響，導致同樣一個零件的加工程式，不同編程員出來的程式差別很大，加工出來的零件也會有質量、效率、成本的差別。
智慧型方向
如何預測可能的智慧型化方向？智慧型化CAM軟體有兩個方向：
1、大數據匹配策略，簡單說就是讓軟體搜尋相似(相同)零件的歷史加工過程，複製到新的零件上。這個如同人學習複製他人的加工過程。資料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資料庫中，裡面的歷史模板會迅速增加，那么大多數新的零件總能找到相似(相同)的結構，一個零件做完整個流程之後，並且被認可結果，那么就可以再加入資料庫中，如此它可以自動完成升級與疊代。技術上難度不大，現有的技術組合就可以實現，只是一個資料庫查詢、對比和識別問題，添加其中的數據(事例)要求符合某種規範、流程、格式。
但是，大資料庫的方法確有幾個致命的因素制約它，一是涉及產品保密因素，軍事產品天生就要求保密，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；二是軟體用戶商業上的技術保密，企業彼此獨立，同行是競爭對手(至少是潛在的)，利益的驅使他們拒絕；三是，軟體廠商之間的利益競爭關係，不太會彼此開放接口、算法，統一數據格式，這阻止大數據模式形成。
大數據模式會抹平軟體之間的技術代溝，縮小彼此的差距，而且大數據發展的極致是，只有最強大的一兩個軟體會存活，其他會自動被淘汰。
2、軟體的智慧型化，開發出智慧型算法，如同人一樣的處理問題，並且自動學習升級。智慧型CAM軟體的一個目的是簡化編程編制，降低編程的勞動量，把人的重複勞動減至最低，大數據模式以人工智慧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?就算不能實現完全的自動編程，簡化重複的勞動，降低難度也可以的。
軟體介紹
1、CAD/CAM一體化軟體
CAD/CAM一體化軟體有UG、CATIA等。這類軟體的特點是優越的參數化設計、變數化設計及特徵造型技術與傳統的實體和曲面造型功能結合在一起，加工方式完備，計算準確，實用性強，可以從簡單的2軸加工到以5軸聯動方式來加工極為複雜的工件表面，並可以對數控加工過程進行自動控制和最佳化，同時提供了二次開發工具允許用戶擴展。
2、相對獨立的CAM軟體
相對獨立的CAM系統有Edgecam、Mastercam等。這類軟體主要通過中性檔案從其它CAD系統獲取產品幾何模型。系統主要有互動工藝參數輸入模組、刀具軌跡生成模組、刀具軌跡編輯模組、三維加工動態仿真模組和後置處理模組。
3、國內CAM軟體
國內CAM軟體的代表有CAXA製造工程師，中望收購的VX。這些軟體價格便宜，主要面向中小企業，符合我國國情和標準，所以受到了廣泛的歡迎，贏得了越來越大的市場份額。
軟體套用
1、在生產最佳化設計中的套用
在實際生產設備中加入數控裝置，在生產設備裝置中提前設定數值可進行遠程控制操作。CAM軟體的運用中可使工程設計師打破固有的畫板設計方法，利用計算機軟體設計設備結構元件。這種設計方法可保證結構所有元件之間精準相連，同時促使結構設計變得更加精準，對於生產設計質量的提升有著重要作用。在機械生產中，操控者可利於數控技術對儀器進行遠程調控，操控者通過提前設定參數值可以使儀器實現自動化運行，有效提升儀器的工作效率和工作質量。在實際的生產設計中，編程設計由手工轉為自動，CAM軟體通常套用於圖形繪製和設計流程方面，將數據技術與CAM軟體結合可進一步實現軟體的最佳化設計，不但不會改變原有的優勢，反而在實際生產中發揮更大作用，套用範圍也會得到拓展。在機械工具機運行過程中，夾板裝卡次數明顯減少，工具機位置安排也會變得更加科學合理化，大幅縮減生產占用面積和生產周期，有效提升企業生產效益。
CAM輔助軟體
CAM輔助軟體2、在生產操作流程中的套用
數控技術在生產中的具體操作流程如下，首先應在數控系統中預先設定合理的零件類型和具體的設計參數，它們的預先設定對於生產設備儀器運行起著重要的指揮導向作用。其次，通過CAM軟體可設計出準備生產成型產品的對應零件、工作平面圖、實體模型圖等。然後，在製造軟體中輸入加工產品類型的工藝參數，利用製造軟體和製作流程的輸入，設備儀器可有效實現自動化運行，促使儀器在生產操作流程所有設定環節中順利運行。其次，必須對軌跡檔案的真實可靠性進行核對，確保其可行性。並經過刀具軌跡的仿真流程，以上工序是為了確保後期的工藝操作可以順利完成，生產零件才可真正達到標準要求。此外，針對後置處理檔案，可由工作者對代碼進行修改完善，從而形成新的處理檔案。生產後置處理檔案可進一步產生新的代碼檔案，而代碼檔案的產生可以進行備份留底，對於工具機生產起著極大促進作用，使其在規範流程下順利展開。除了對生成代碼檔案進行處理以外，還需對其他相關檔案進行加工執行處理，在檔案核對工序和有關代碼檔案內容更新完成之後，就可以將其直接投入工具機零件加工，進行加工工藝的最佳化創新。
3、在生產質量檢驗方面的套用
質量檢驗是生產過程中的關鍵環節，數控與CAM軟體技術在生產質量檢驗方面的套用也是產品質量把控的關鍵環節。在原有的設備基礎上，利用該技術進行工藝設定和生產操作代碼，不僅可以實現機器運行的自動化，同時還可以實現對生產機械設備生產的產品進行標準化的質檢工序，對產品質量進行嚴格把控。這些對機械操作行業的發展來說意義重大。另外，該技術在生產質檢方面的套用，也可以提前設定工藝參數、標準品數值、標準品模型等，利用模板合成和再次核對，從而為由自動化工藝設備生產加工的各項元件達到標準要求提供保障。質量檢查還有產品性能的檢查，性能檢查可採取隨機抽檢的方式，並進一步檢驗抽檢產品的各項操作性能，通過這道檢查工序可確保生產產品的整體質量。促使數控與CAM軟體技術在機控的實踐操作中可以充分發揮其高效的優勢。一旦發現質量問題，便可及時通過已備份的代碼檔案迅速展開調查，找到質量問題產生的原因、儘快解決，避免因工藝參數、產品數值等輸入錯誤造成不必要的經濟損失和資源浪費。
特殊要求
毋庸置疑，近年來製造業新技術的最大熱點是高速加工技術。據最新的工藝研究表明，高速加工技術在簡化生產工藝與工序，減少後續處理工作量、提高加工效率、提高表面質量等幾個方面，能夠極大地提高產品質量、降低生產成本、縮短生產周期。高速加工技術對CAM也提出了新的特殊要求。
(1)安全性要求
高速加工採用小切削深度、小切削量、高進給速度，特徵加工的一般切削速度(F值)為傳統加工的10倍以上(F可達到2000～8000mm/min)，在高速進給條件下，一旦發生過切，幾何干涉等，後果將是災難性的，故安全性要求是第一位的。傳統的CAM系統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象的發生。靠操作者的細心、責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性，避免刀路軌跡的尖角(刀路突然轉向)、儘量避免空刀切削、減少切入/切出等，故要求CAM系統具有基於殘餘模型的智慧型化分析處理功能、刀路光順化處理功能、符合高速加工工藝的最佳化處理功能及進給量(F值)最佳化處理功能(切削最佳化處理)等。為適應高速加工設備的高檔數控系統，CAM應支持最新的NURBS編程技術。
(3)高效率要求
高效率體現在兩個方面：1)編程的高效率：高速加工的工藝性要求比傳統數控加工高了很多，刀路長度是傳統加工的上百倍，一般編程時間遠大於加工時間，故編程效率已成為影響總體效率的關鍵因素之一。傳統的CAM系統採用面向局部曲面的編程方式，系統無法自動提供工藝特徵，編程複雜程度很大，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、智慧型化程度高的、面向整體模型的、新一代CAM系統。2)最佳化的刀路確保高效率的數控加工，如基於殘餘模型的智慧型化編程可有效地避免空刀，進給量(F值)最佳化處理可提高切削效率30%等。
