什么是計算機(jī)輔助制造(CAM)

CAM (computer Aided Manufacturing，計算機(jī)輔助制造)的核心是計算機(jī)數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學(xué)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(jī)床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱為“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)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(dāng)多的人工，而且容易出錯，最早的CAM便是計算機(jī)輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機(jī)床的加工零件編程語言APT，它是類似FORTRAN的高級語言。增強(qiáng)了幾何定義、刀具運動等語句，應(yīng)用APT使編寫程序變得簡單。這種計算機(jī)輔助編程是批處理的。

CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jī)數(shù)控，計算機(jī)輔助過程設(shè)計。

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

計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過計算機(jī)分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)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(jī)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(jī)械加工過程自動化，計算機(jī)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(jī)輔助制造是計算機(jī)進(jìn)入制造過程這樣一個總的概念。

一個大規(guī)模的計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個計算機(jī)分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級或三級計算機(jī)組成，中央計算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計算機(jī)管理某一方面的工作，并對下屬的計算機(jī)工作站或微型計算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計算機(jī)工作站或微型計算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過程或管理工作。

計算機(jī)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(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計、計算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計算機(jī)輔助工裝設(shè)計、計算機(jī)輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。

到目前為止，計算機(jī)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(chǎn)品設(shè)計到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動，它包括CAPP、NC編程、工時定額的計算、生產(chǎn)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(jìn)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(chǎn)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(nèi)容則多得多，除了上述CAM狹義定義所包含的所有內(nèi)容外，它還包括制造活動中與物流有關(guān)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(jī)床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)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(jīng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)帶動機(jī)床部件作相應(yīng)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(jī)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(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實現(xiàn)機(jī)床的加工控制。后來發(fā)展到計算機(jī)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(jī)內(nèi)存，從而避免了頻繁的啟動閱讀機(jī)。更先進(jìn)的CNC機(jī)床甚至可以去掉光電閱讀機(jī)，直接在計算機(jī)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(jī)床是計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。現(xiàn)代CNC系統(tǒng)常具有以下功能：

(1) 多坐標(biāo)軸聯(lián)動控制; (2) 刀具位置補(bǔ)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(jù)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(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)偶代碼，即第8位為補(bǔ)偶位；而EIA代碼是六位補(bǔ)奇碼，即第5列為補(bǔ)奇位。補(bǔ)偶和補(bǔ)奇的目的是為了便于檢驗紙帶閱讀機(jī)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(zhuǎn)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(bǔ)準(zhǔn)備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標(biāo)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(bǔ)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。