浅谈CAM软件在实际生产中的应用

企业信息化

本文选自中国制造业企业信息化门户网e-works，CAM专栏
到目前为止，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。

    到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。CAPP已被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订则划分给MRPⅡ/ERP系统来完成。

    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。

    而本文将对狭义的CAM中NC编程(CAM软件)进行分析，并结合实际使用中发现的问题进行说明。

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2 目前现状

    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”。

    前面说了CAM技术是指产品从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动。

    因此CAM并不能单独存在，而是承接CAD技术依靠CAD技术以及CAPP来提供原始的数据，进行后续的数据编程活动(如图1)。

图1 CAD、CAM、CAPP的关系

    2.1 数控编程原理

    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。

    数控系统是机床的控制部分，它根据输入的零件图纸信息、工艺过程和工艺参数，按照人机交互的方式生成数控加工程序，然后通过电脉冲数，再经伺服驱动系统带动机床部件作相应的运动。

    传统的数控机床（NC）上，零件的加工信息是存储在数控纸带上的，通过光电阅读机读取数控纸带上的信息，实现机床的加工控制。后来发展到计算机数控（CNC），功能得到很大的提高，可以将一次加工的所有信息一次性读入计算机内存，从而避免了频繁的启动阅读机。更先进的CNC机床甚至可以去掉光电阅读机，直接在计算机上编程，或者直接接收来自CAPP的信息，实现自动编程。后一种CNC机床是计算机集成制造系统的基础设备。现代CNC系统常具有以下功能：

    (1)多坐标轴联动控制；(2)刀具位置补偿；(3)系统故障诊断；(4)在线编程；(5)加工、编程并行作业；(6)加工仿真；(7)刀具管理和监控；(8)在线检测。

    然而大多数的编程软件并不是单纯的CAM软件，而是集CAD，CAE，CAM与一体的高级设计软件，亦或者时集CAD，CAM与一体。因而我们接触到的就是CAD/CAM技术。

2.2 具体事例

    例如某进口品牌3D激光切管机，其使用的编程软件为自身设计（设备自带），编程软件本身具备：

    ①制品设计以及绘图功能。见图2。

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图2 绘图功能

    通过上述功能，可以制作常见的管材截面尺寸。也就是说软件具备简单的CAD功能。

    ②刀具位置补偿。通过补偿减少光束的影响(如图3)。

图3 刀具位置补偿

    ③系统故障诊断/加工仿真(如图4)。

图4 加工仿真

    以上说明本CAM软件已经具备目前较先进的CNC软件的大部分功能。

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另外一款针对某激光切割机开发的国产2D激光切割排版软件同样具备CAD功能，可以构建二维图形，并进行编辑。同时具备以下功能：

    (1)多坐标轴联动控制；(2)刀具位置补偿；(3)系统故障诊断；(4)加工、编程并行作业；(5)加工仿真。

    结合以上两款CAM编程软件以及其他编程软件可以分析得出大部分的CAM软件集CAD与一体。

图5 CAM软件集CAD与一体

    这也是目前CAM编程软件的趋势。因此CAM/CAD集成化、一体化、自动化、智能化成为可能。

    另外，上述两款软件除了上述功能外，还有其他功能。

图6 CAM软件的其他功能

    从上图中可以看出，CAM软件编程中有“光束补偿”功能，主要作用为减少激光切割时割炬对尺寸的影响。此外“自动回避”功能，可以合理调整切割时的切割角度，在切割异型管时，可以有效避开管壁避免干涉。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。同时面向整体模型的形式也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，使工艺知识积累、学习、运用成为可能。

    但是我们通过上图可以看出，CAM软件目前向一体化发展，但是却没有发现CAPP的踪影。

图7 CAM软件一体化发展与CAPP的关系

    我们在使用CAM软件编程的时候，通过人机交互，最终编制出NC程序。但是却没有也不能同时做出工艺性文件。必须在后续使用纯人工方式补充完成相应NC程序的工艺文件，来指导生产进行完成的工作。

3 总结

    经过对部分CAM软件进行实际使用以及分析，我们可知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对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。我们调查后发现单纯的现场操作人员有对CAM编程软件有比较强烈的操作需求，但是因为不具备CAD技能，不能较好的运用。而编程人员对现场操作不了解，仅仅从理论层面上进行设置知识库，利用现有知识库，使之与现场操作造成断层。如要真正合理使用则需要1至3年的培训实践才能成为称职的工作人员。因此对CAM的应用普及造成了极大的困难，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。

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