CAM技术

主讲：胡俊课程：《现代制造业信息化技术》CAM技术一、CAM简介二、CAM技术的发展状况三、CAM技术现状及发展趋势四、我国CAM应用现状一、CAM简介CAM是英文ComputerAidedManufacturing“计算机辅助制造”的缩写。广义的CAM一般是指利用计算机辅助完成从毛坯、加工、装配成产品的制造过程中的全部活动。包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制、数控机床、机器人、其它计算机控制的设备及由数控机床等组成的生产单元、生产线如FMC、FMS、FTL等直到CIMS（计算机集成制造系统）等等。也即涵盖了整个制造过程中所有一切运用计算机的领域。狭义的CAM常指工艺准备或其中某个活动的计算机的应用，如数控程序的辅助编制。在集成的CAD/CAM中的CAM一般均是指数控程序的编制。美国麻省理工学院首先研制成功数控铣床，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，能连续完成锐、钻、饺、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所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。数控除了在机床应用以外，还广泛地用于其它各种设备的控制，如冲压机、火焰或等离子弧切割、激光束加工、自动绘图仪、焊接机、装配机等，成为各个相应行业CAM的基础。市场上的CAM软件佼佼者主要有有:UGNX、Pro/E、CATIA、MasterCAM等。NXCAD/CAM典型工作流程二、CAM技术的发展1.机器语言时期（1952~上世纪50年代末期）1952年美国麻省理工学院首先研制成功数控铣床，那时的数控程序是用机器语言即0和1不同组合的语句来编写，此时计算机起的作用，只是将输入的机器语言转换成数控机床所能识别的穿孔纸带。2.高级语言编程（1955年~上世纪70年代末）1955年美国率先推出APT（为AutomaticallyProgrammedTools自动编程工具的缩写）系统。实质上是面向数控编程的高级语言，由专门定义的标识符号（如字母、数字、标点符号、算术运算符号等）词汇（如几何元素词汇、与计算有关的和函数类词汇、加工工艺词汇以及与刀具运动有关的词汇等，共约300多个）和语句组成。3.代码格式编程（上世纪70年代末至今）在上世纪70年代，美国电子工业协会（EIA）和国际标准组织（ISO）先后对数控机床坐标轴和运动方向、数控程序编程的代码、字符和程序段格式等制定了若干标准和规范（我国按照ISO也制订了相应的国家标准），从而出现了用代码和标识符号，按照严格的格式（Format）书写的源程序。代码只有5种，即用G、M、S、F、T及跟随这些字母后的1~3位数字组成。G代码最为重要，被称为准备功能指令。包含选择程序原点、设立工件坐标系、加工坐标平面选择、快速定位、各种类型插补、各种类型的刀具半径和长度补偿、绝对坐标及增量坐标编程、厂家自定义的多种固定循环和宏指令调用等指令。M代码被称为辅助功能指令，包含程序停止、主轴启动及顺和逆时针旋转以及主轴停止、换刀、冷却液开和关、程序结束并返回等指令。S代码被称为主轴速度功能指令，用S之后的两位或三位数表达主轴的具体转速。F代码被称为进给速度/进给率功能指令，用F之后两位或三位数表达。T代码被称为刀具功能指令，用于选择刀具库（或刀塔）中某一刀具指令，用T之后两位或三位数表达。这种编写源程序技术的重大进步，给CAM带来具有里程碑意义的突破。4.人机对话编程和动态仿真（上世纪80年代至今）在1985年，几家顶尖数控系统生产商推出了无需任何代码和字符格式，只需要通过MDI将被加工的工件图形输入后，按菜单提示，即可完成源程序编辑，再通过仿真，模拟出刀具轨迹和工件形状来验证程序。自80年代以来，这种编程方法已成为了主流数控编程技术。三、CAM技术现状及发展趋势CAM作为应用性、实践性极强的专业技术，直接面向数控生产实际。纵观当今占主导地位的CAM系统，无论其界面好坏、功能强弱，都存在着共同的缺陷：1.CAD／CAM混合化的系统结构体系。CAD功能与CAM功能交叉使用，不是面向整体模型的编程形式，工艺特征需由人工提取，或需进一步CAD处理产生，因此会造成如下3个问题：（1）不适应当今集成化的要求。（2）不适合现代企业专业化分工的要求。（3）没有给CAPP的发展留下空间与可能。2.面向曲面、以局部加工为基本处理方式。当今CAM系统一般都是曲面CAM系统，是面向局部加工的处理方式，而数控加工是以模型为结果，以工艺为核心的工程过程会造成如下问题：（1）不能有效地利用CAD模型的几何信息，无法自动提取。模型的工艺特征，只能够人工提取，无疑增大了操作的烦琐性，影响了编程质量与效率。致使系统的自动化程度与智能化程度都很低。（2）局部加工计算方式靠人工或半自动进行防“过切”处理，系统没有从根本上杜绝“过切”现象产生的可能，因而不适合高速加工等新工艺在高速条件下对安全性的要求。展望新一代CAM系统的基本特点:1.面向对象、面向工艺特征的CAM系统.系统将能够按照工艺要求（CAPP要求）自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域，使CAD、CAPP、CAM的集成化、一体化、自动化、智能化成为可能。2.基于知识的智能化的CAM系统。新一代的CAM系统不仅可继承并智能化判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率更高。3.能够独立运行的CAM系统。实现与CAD系统在功能上分离，在网络环境下集成。这需要CAM系统必须具备相当的智能化水平。4.使相关性编程成为可能。尺寸相关、参数式设计、修改的灵活性等CAD领域的特性，自然希望被引伸到CAM系统之中。5.提供更方便的工艺管理手段。四、我国的CAM应用现状中国现已成为世界制造业大国，制造业增加值已居世界第4位（名次为美、日、德、中），80多种产品的产量居世界第一。制造业对中国的意义不仅仅是国家经济高速增长的发动机,也是推动国民经济和社会信息化的基础产业。但是制造业大国不等于制造业强国,中国还没有一家制造企业进入世界500强。所需高技术含量产品的80%以上尚依赖进口，重大装备制造业中的70%数控机床被国外产品占领。21世纪的机械制造业,总的发展趋势为:柔性化、灵捷化、智能化、信息化。为制造业提供强力技术支持并起关键性作用的CAD/CAM技术的高低，对发展和振兴我国装备制造业，同样也扮演着关键性的角色。经过近几十年的发展,我国CAD/CAM技术有了长足发展,CAD/CAM技术已被广泛用于我国企业，我国CAD/CAM软件（例如PICAD，CAXA，金银花，开目，高华等系统）的开发水平也逐渐接近国外水平。整体来说，我国目前CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家尚有不小差距。但是，我们也应该看清自己的优势，比如说了解本国市场，提供技术支持方便，价格便宜等。在政府的高度重视下，企业自身对质量控制的追求，这些差距会不断地被缩小，中国的制造业定会成为东方的“德国制造”。谢谢！