什么是計算機輔助制造(CAM)

什么是計算機輔助制造(CAM)

CAM (computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)的核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計算機應用于制造生產過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱為“加工中心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當多的人工，而且容易出錯，最早的CAM便是計算機輔助加工零件編程工作。麻省理工學院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機床的加工零件編程語言APT，它是類似FORTRAN的高級語言。增強了幾何定義、刀具運動等語句，應用APT使編寫程序變得簡單。這種計算機輔助編程是批處理的。

CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據轉換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍，包括計算機數(shù)控，計算機輔助過程設計。

數(shù)控除了在機床應用以外，還廣泛地用于其它各種設備的控制，如沖壓機、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊接機、裝配機、檢查機、自動編織機、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個相應行業(yè)CAM的基矗

計算機輔助制造系統(tǒng)是通過計算機分級結構控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標是開發(fā)一個集成的信息網絡來監(jiān)測一個廣闊的相互關聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據一個總體的管理策略控制每項作業(yè)。

從自動化的角度看，數(shù)控機床加工是一個工序自動化的加工過程，加工中心是實現(xiàn)零件部分或全部機械加工過程自動化，計算機直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動化加工過程，而計算機輔助制造是計算機進入制造過程這樣一個總的概念。

一個大規(guī)模的計算機輔助制造系統(tǒng)是一個計算機分級結構的網絡，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，并對下屬的計算機工作站或微型計算機發(fā)布指令和進行監(jiān)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。

計算機輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等，軟件方面有數(shù)據庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數(shù)控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業(yè)計劃編制與調度、計算機輔助質量控制等。

到目前為止，計算機輔助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個概念。CAM的狹義概念指的是從產品設計到加工制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。這是最初CAM系統(tǒng)的狹義概念。到今天，CAM的狹義概念甚至更進一步縮小為NC編程的同義詞。CAPP已被作為一個專門的子系統(tǒng)，而工時定額的計算、生產計劃的制訂、資源需求計劃的制訂則劃分給MRPⅡ/ERP系統(tǒng)來完成。CAM的廣義概念包括的

內容則多得多，除了上述CAM狹義定義所包含的所有內容外，它還包括制造活動中與物流有關的所有過程（加工、裝配、檢驗、存貯、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。

數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是機床的控制部分，它根據輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機交互的方式生成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經伺服驅動系統(tǒng)帶動機床部件作相應的運動。圖3-4-2為數(shù)控系統(tǒng)的功能示意圖。

傳統(tǒng)的數(shù)控機床（NC）上，零件的加工信息是存儲在數(shù)控紙帶上的，通過光電閱讀機讀取數(shù)控紙帶上的信息，實現(xiàn)機床的加工控制。后來發(fā)展到計算機數(shù)控（CNC），功能得到很大的提高，可以將一次加工的所有信息一次性讀入計算機內存，從而避免了頻繁的啟動閱讀機。更先進的CNC機床甚至可以去掉光電閱讀機，直接在計算機上編程，或者直接接收來自CAPP的信息，實現(xiàn)自動編程。后一種CNC機床是計算機集成制造系統(tǒng)的基礎設備。現(xiàn)代CNC系統(tǒng)常具有以下功能：

(1) 多坐標軸聯(lián)動控制; (2) 刀具位置補償; (3) 系統(tǒng)故障診斷; (4) 在線編程; (5) 加工、編程并行作業(yè); (6) 加工仿真; (7) 刀具管理和監(jiān)控; (8) 在線檢測。

數(shù)控編程原理

所謂數(shù)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(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標準化組織）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）兩種系統(tǒng)。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于檢驗紙帶閱讀機的讀錯信息。一般的數(shù)控程序是由程序字組成，而程序字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼后的數(shù)字和符號組成。每個程序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(shù)控加工指令是若干個程序字組成的，如N012G00G49X070Y055T21中的N012表示第12條指令，G00表示點位控制，G49表示刀補準備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標值，T21表示刀具編號指令。整個指令的意義是：快速運動到點（70，55），一號刀取2號撥盤上刀補值。

數(shù)控編程的方式一般有四種：

（1） 手工編程； （2） 數(shù)控語言編程； （3） CAD/CAM系統(tǒng)編程； （4） 自動編程。