新一代CAM即將興起

1、百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我新一代CAM即將興起近年來(lái)CAD是CAD/CAM 集成系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新的主角。相比之下，CAM領(lǐng)域卻顯示出不應(yīng)有的沉寂。然而，隨著信息化需求的不斷增加，企業(yè)同樣熱切企盼CAM,希望技術(shù)創(chuàng)新之風(fēng)能吹進(jìn) CAM領(lǐng)域，涌現(xiàn)出能夠與 CAD系統(tǒng)相匹配的、功能強(qiáng)大、更符合加工工程 化概念、易于普及的新一代CAM產(chǎn)品。CAM作為整個(gè)集成系統(tǒng)的重要一級(jí)，向上與 CAD、CAPP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，向下方便、 快捷、智能、高效地為數(shù)控生產(chǎn)服務(wù)，這是CAM技術(shù)發(fā)展永遠(yuǎn)不變的主題。面向?qū)ο蟆⒚嫦蚬に囂卣鞯男赂拍钜呀?jīng)與CAD技術(shù)中面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)、特征建模等相呼應(yīng)，在一些專業(yè)化的CAM系統(tǒng)中得到

2、了成功的應(yīng)用，為新一代CAM的誕生進(jìn)行了必要的經(jīng)驗(yàn)積累、技術(shù)儲(chǔ)備與思想準(zhǔn)備。當(dāng)今 CAM在學(xué)習(xí)、掌握與應(yīng)用上的困難，與生產(chǎn)快速發(fā)展對(duì)CAM人才迫切要求之間的矛盾日益突出，為新一代CAM的成熟與發(fā)展提供了市場(chǎng)基礎(chǔ)。制造業(yè)不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、新工藝諸如高速加工技術(shù)等也對(duì)CAM技術(shù)提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM 集成化體系擺脫空間的約束，能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)布局及生產(chǎn)管理的要求。為適應(yīng)集成化體系的要求，CAM的結(jié)構(gòu)體系與功能構(gòu)成也必然會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。因此我們有理由認(rèn)為新一代的CAM技術(shù)正處在孕育、發(fā)展與成熟之中，新一代CAM會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)興起。下面

3、將對(duì)CAM技術(shù)的發(fā)展過(guò)程、 CAM的應(yīng)用現(xiàn)狀、新技術(shù)對(duì) CAM的要求等方面進(jìn) 行分析，進(jìn)而對(duì) CAM發(fā)展趨勢(shì)做一個(gè)主觀的預(yù)測(cè)。并對(duì)新一代 CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系做一 個(gè)大膽的設(shè)想，希望能夠有益于我國(guó) CAM的研究、選型及應(yīng)用， 也希望借此與廣大同行 交流提高。一、新一代CAM產(chǎn)生的必然性與發(fā)展趨勢(shì)CAM技術(shù)發(fā)展至今，無(wú)論在軟、硬件平臺(tái)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)上都發(fā)生了翻天覆地 的變化。 當(dāng)今流行的CAM系統(tǒng)在功能上也存在著巨大的差異。就其具有決定意義的基本 處理方式與目標(biāo)對(duì)象上看，主要可分為兩個(gè)主要發(fā)展階段，可認(rèn)為是兩代產(chǎn)品。第一代 CAM : APT20世紀(jì)60年代在專業(yè)系統(tǒng)上開發(fā)的編程機(jī)及部分編

4、程軟件如：FANOC、Semems編程機(jī)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為專機(jī)形式， 基本處理方式是人工或輔助式直接計(jì)算數(shù)控刀路，編程目標(biāo)與對(duì)象也都直接是數(shù)控刀路。特點(diǎn)是功能差，操作困難，專機(jī)專用。第二代CAM :曲面CAM系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般是 CAD/CAM 混合系統(tǒng)，較好地利用了 CAD模型，以幾何信息作為最終 的結(jié)果，自動(dòng)生成加工刀路。自動(dòng)化、智能化程度得到了大幅度提高，具有代表性的是UG、 DUCT、Cimatron、MarsterCAM等?；咎攸c(diǎn)是面向局部曲面的加工方式，表現(xiàn)為編程的 難易程度與零件的復(fù)雜程度直接相關(guān)，而與產(chǎn)品的工藝特征、工藝復(fù)雜程度等沒(méi)有直接相關(guān)關(guān)系。盡管該時(shí)期的時(shí)間跨度達(dá)二十年，系統(tǒng)檔

5、次差異很大， 智能化水平高低亦不同， 但在結(jié)構(gòu)體系上沒(méi)有質(zhì)的變化。筆者認(rèn)為應(yīng)屬于同一代產(chǎn)品。縱觀CAM技術(shù)的發(fā)展歷程，我們可以得出如下結(jié)論：1. CAM的發(fā)展是一個(gè)不斷吸收和利用CAD及周邊相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用成果，不斷發(fā)展的過(guò)程；是自動(dòng)化、智能化水平不斷提高的過(guò)程；是 CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及基本處理方式不斷向適應(yīng) 工程化概念的方向發(fā)展的過(guò)程。2. 系統(tǒng)的基本處理方式， 即編程的目標(biāo)對(duì)象對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、智能化水平等起著決定性作用。CAM系統(tǒng)在APT時(shí)代，編程的目標(biāo)對(duì)象直接計(jì)算刀路軌跡。第二代 CAM系統(tǒng)以CAD模 型為編程的目標(biāo)對(duì)象，自動(dòng)生成刀路軌跡。因而系統(tǒng)的自動(dòng)化、 智能化水平得到了大幅度提高，系統(tǒng)的操

6、作也更符合工程化概念。3. 第二代CAM系統(tǒng)以CAD模型的局部幾何特征為目標(biāo)對(duì)象的基本處理形式已經(jīng)成為智能化、自動(dòng)化水平進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。只有突破當(dāng)今的固有模式，發(fā)展新一代的CAM系統(tǒng)：即面向模型、面向工藝特征的CAM系統(tǒng)，才能夠?qū)?CAM的自動(dòng)化、智能化水平提高到一個(gè)新的高度。4可以預(yù)見(jiàn)正在孕育、成熟、發(fā)展的新一代CAM系統(tǒng)將采用面向?qū)ο蟆⒚嫦蚬に囂卣鞯幕咎幚矸绞?，使系統(tǒng)的自動(dòng)化水平、智能化程度大大提高。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將獨(dú)立于 CAD、CAPP系統(tǒng)而存在，為 CAPP的發(fā)展留下空間，更符合網(wǎng)絡(luò)集成化的要求。二、CAM的創(chuàng)新方向CAM作為應(yīng)用性、實(shí)踐性極強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)，直接面向數(shù)控生產(chǎn)實(shí)際。生產(chǎn)

7、實(shí)際的需求 是所有技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的原動(dòng)力。分析總結(jié)當(dāng)今CAM的應(yīng)用現(xiàn)狀、與生產(chǎn)實(shí)際要求間的差距及其原因、新工藝、新技術(shù)對(duì)CAM的特殊需要以及相關(guān)外圍技術(shù)發(fā)展與要求等，有助于更好地了解今后 CAM的發(fā)展趨勢(shì)。1. CAM的應(yīng)用現(xiàn)狀及與實(shí)際需求間的差距因?yàn)閼?yīng)用的實(shí)踐性更強(qiáng)，專業(yè)化分工更明確，就總體而言，CAM的專業(yè)化水平高于 CAD的發(fā)展。縱觀當(dāng)今占主導(dǎo)地位的CAM系統(tǒng)，無(wú)論其界面好壞、功能強(qiáng)弱，都存在著共同的缺陷。(1) CAD/CAM混合化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系CAD功能與CAM功能交*使用，不是面向整體模型的編程形式，工藝特征需由人工提取，或需進(jìn)一步 CAD處理產(chǎn)生。該結(jié)構(gòu)體系的形成是歷史的產(chǎn)物。多

8、年前，集成系統(tǒng)特別 是網(wǎng)絡(luò)化集成的觀念還沒(méi)有成為系統(tǒng)開發(fā)的主體思想，模型的建立與編程在同一地點(diǎn)由同一個(gè)操作者完成。由此會(huì)造成如下的問(wèn)題。1) 不適應(yīng)當(dāng)今集成化的要求現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)要求網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)的模塊分布、功能側(cè)重必須與企業(yè)的組織形式、生產(chǎn)布局相匹配。系統(tǒng)混合化不等于集成化，更不利于網(wǎng)絡(luò)集成化的實(shí)現(xiàn)。2) 不適合現(xiàn)代企業(yè)專業(yè)化分工的要求混合化系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與加工在管理上的分工，增加了生產(chǎn)管理與分工的難度，也極大地阻礙了智能化、自動(dòng)化水平的提高。另外，混合化系統(tǒng)要求操作者在CAD與CAM兩個(gè)方面都要有深厚的背景與經(jīng)驗(yàn)才能很好地完成工作，增加了學(xué)習(xí)掌握與使用系統(tǒng)的難 度。一般需13年的實(shí)踐才能成

9、為稱職的 CAM操作人員，對(duì)企業(yè)人才的管理造成了極大 的負(fù)面影響。3）沒(méi)有給CAPP的發(fā)展留下空間與可能眾所周知，CAPP是CAD/CAM 一體化集成的橋梁，CAD/CAPP/CAM 混合化體系決定 了永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn) CAM的智能化與自動(dòng)化。因?yàn)樯a(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化程度低，受到生產(chǎn)設(shè)備、 刀具、管理等因素的影響， 至今沒(méi)有一個(gè)成熟的，以創(chuàng)成法或派生法為推理機(jī)制的商品化的CAPP系統(tǒng)。CAPP轉(zhuǎn)向了類似于開發(fā)環(huán)境類軟件系統(tǒng)的開發(fā)與研究。但隨著企業(yè)CAD、CAM等技術(shù)的成功應(yīng)用，工藝庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的完善，將來(lái) CAPP也會(huì)有相應(yīng)的發(fā)展。逐步實(shí)現(xiàn) CAD-CAPP-CAM 按科學(xué)意義上的一體化集成。而混合化

10、的系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上為今后的發(fā)展留下了不可彌補(bǔ)的隱患。（2 ）面向曲面、以局部加工為基本處理方式當(dāng)今CAM系統(tǒng)一般都是曲面 CAM系統(tǒng)，是面向局部加工的處理方式，而數(shù)控加工是 以模型為結(jié)果，以工藝為核心的工程過(guò)程。 應(yīng)該采取面向整體模型、 面向工藝特征的處理方 式。這種非工程化概念的處理方式肯定會(huì)造成一系列的問(wèn)題。1）不能有效地利用 CAD模型的幾何信息，無(wú)法自動(dòng)提取模型的工藝特征，只能夠人工提取，甚至靠重新模擬計(jì)算來(lái)取得必要的控制信息，無(wú)疑增大了操作的煩瑣性，影響了編程質(zhì)量與效率。致使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與智能化程度很低。2）局部加工計(jì)算方式靠人工或半自動(dòng)進(jìn)行仿過(guò)切處理，因不是面向整體模型為編程對(duì)象，

11、系統(tǒng)沒(méi)有從根本上杜絕過(guò)切現(xiàn)象產(chǎn)生的可能，因而不適合高速加工等新工藝在高速條件下對(duì)安全性的要求。2 當(dāng)今CAM應(yīng)用在生產(chǎn)組織與管理上的問(wèn)題CAD/CAPP/CAM 需要在信息流上集成一體、無(wú)縫連接，但往往忽略了企業(yè)在生產(chǎn)組織 與管理上要求 CAD、CAPP、CAM在應(yīng)用場(chǎng)合、操作人員、系統(tǒng)功能上按照生產(chǎn)布局合理 安排。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成功應(yīng)用已經(jīng)為此奠定了基礎(chǔ)。CAM系統(tǒng)及操作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，致使因不了解現(xiàn)場(chǎng)情況造成不應(yīng)有的反復(fù)，浪費(fèi)了時(shí)間，降低了效率，甚至造成廢品。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)不僅要求操作人員有深厚的工藝知識(shí)背景，還需要有很高的CAD應(yīng)用技巧。一般需1至3個(gè)月專門培訓(xùn)入門，1至3年的實(shí)踐才能成

12、為稱職的工作人員。對(duì)CAM的應(yīng)用普及造成了極大的困難，使CAM后備人員嚴(yán)重不足，因而造成人才競(jìng)爭(zhēng)異常激烈、生產(chǎn)隊(duì)伍不穩(wěn)定，產(chǎn)生嚴(yán)重人才管理問(wèn)題，我國(guó)的廣大國(guó)營(yíng)企業(yè)，情況更加嚴(yán)峻。故企 業(yè)迫切需要新一代的易學(xué)易用、易于普及、高智能化、專業(yè)性強(qiáng)的CAM系統(tǒng)。3.制造業(yè)新技術(shù)對(duì) CAM的特殊要求毋庸置疑，近年來(lái)制造業(yè)新技術(shù)的最大熱點(diǎn)是高速加工技術(shù)。據(jù)最新的工藝研究表明， 高速加工技術(shù)在簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝與工序，減少后續(xù)處理工作量、提高加工效率、提高表面質(zhì)量等幾個(gè)方面，能夠極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期。高速加工技術(shù)對(duì)CAM也提出了新的特殊要求。（1）安全性要求高速加工采用小切削深度、小切削

13、量、高進(jìn)給速度，特征加工的一般切削速度（F值）為傳統(tǒng)加工的10倍以上（F可達(dá)到20008000mm/min ），在高速進(jìn)給條件下，一旦發(fā)生過(guò) 切，幾何干涉等，后果將是災(zāi)難性的，故安全性要求是第一位的。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)靠人工或半自動(dòng)防過(guò)切處理方式，沒(méi)有從根本上杜絕過(guò)切現(xiàn)象的發(fā)生?？坎僮髡叩募?xì)心、責(zé)任心等人的因素是沒(méi)有安全保障的。所以無(wú)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(wěn)性，避免刀路軌跡的尖角（刀路突然轉(zhuǎn)向）、盡量避免空刀切 削、減少切入/切出等，故要求 CAM系統(tǒng)具有基于殘余模型的智能化分析處理功能、刀路 光順化處理功能、符合高速加工工藝的優(yōu)化處理功能及進(jìn)給量（

14、F值）優(yōu)化處理功能（切削優(yōu)化處理）等。為適應(yīng)高速加工設(shè)備的高檔數(shù)控系統(tǒng)，CAM應(yīng)支持最新的NURBS編程技術(shù)。（3）高效率要求高效率體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）編程的高效率：高速加工的工藝性要求比傳統(tǒng)數(shù)控加工高 了很多，刀路長(zhǎng)度是傳統(tǒng)加工的上百倍，一般編程時(shí)間遠(yuǎn)大于加工時(shí)間，故編程效率已成為影響總體效率的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)采用面向局部曲面的編程方式，系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)提供工藝特征，編程復(fù)雜程度很大，對(duì)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(shí)庫(kù)的、智能化程度高的、面向整體模型的、 新一代的CAM系統(tǒng)。2）優(yōu)化的刀路確保高效率的數(shù)控加工，如基于殘余模型的

15、智能化編程可有效地避免空刀，進(jìn)給量（F值）優(yōu)化處理可提高切削效率30%等。綜上所述，當(dāng)今的 CAM系統(tǒng)雖然為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展立了汗馬功勞，但在生產(chǎn)管理、 操作使用上存在著與實(shí)際要求的巨大矛盾；在結(jié)構(gòu)上、功能專業(yè)化等方面與網(wǎng)絡(luò)下系統(tǒng)集成化的要求存在嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)；基本處理方式嚴(yán)重阻礙智能化、自動(dòng)化水平的提高。 這一切都使新一代CAM的誕生與發(fā)展成為必需。CAD技術(shù)中面向?qū)ο?、面向特征的建模方式的巨大成功，為新一?CAM的發(fā)展提供了參考模式，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為CAM的專業(yè)化分離與系統(tǒng)集成提供了可能。通過(guò)以上的分析，新一代CAM系統(tǒng)的大致輪廓已經(jīng)顯現(xiàn)。三、新一代CAM的基本結(jié)構(gòu)與主要特征預(yù)測(cè)1.新一代CAM

16、的軟硬件平臺(tái)Win Tel結(jié)構(gòu)體系因優(yōu)異的價(jià)格性能比、方便的維護(hù)、優(yōu)異的表現(xiàn)、平實(shí)的外圍軟件支 持，已經(jīng)取代UNIX操作系統(tǒng)成為 CAD/CAM集成系統(tǒng)的支持平臺(tái)。OLE技術(shù)及D&M技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)使系統(tǒng)集成更方便。今后CAM的軟件平臺(tái)無(wú)疑將是 Windows NT或Window s 2000,硬件平臺(tái)將是高檔 PC或NT工作站系列。隨著高檔 NC控制系統(tǒng)的PC化、網(wǎng)絡(luò) 化及CAM的專業(yè)化與智能化的發(fā)展，甚至機(jī)上編程也可能會(huì)有較大的發(fā)展。2. 新一代CAM系統(tǒng)的界面形式今后將擯棄多層菜單式的界面形式，取而代之的是Windows界面，操作簡(jiǎn)便，并附有項(xiàng)目管理、工藝管理樹結(jié)構(gòu)，為PDM的集成

17、打下基礎(chǔ)。3. 新一代CAM系統(tǒng)的基本特點(diǎn)(1)面向?qū)ο蟆⒚嫦蚬に囂卣鞯腃AM系統(tǒng)傳統(tǒng)CAM局布曲面為目標(biāo)的體系結(jié)構(gòu)將被改變成面向整體模型(實(shí)體)、面向工藝特 征的結(jié)構(gòu)體系。系統(tǒng)將能夠按照工藝要求(CAPP要求)自動(dòng)識(shí)別并提取所有的工藝特征及具有特定工藝特征的區(qū)域，使CAD/CAPP/CAM 的集成化、一體化、自動(dòng)化、智能化成為可(2)基于知識(shí)的智能化的 CAM系統(tǒng)統(tǒng)不需要借助 CAD功能，根據(jù)工藝規(guī)程文件自動(dòng)進(jìn)行 編程，大大降低了對(duì)操作人員的要求，也使編程過(guò)程更符合數(shù)控加工的工程化要求。(4 )使相關(guān)性編程成為可能尺寸相關(guān)、參數(shù)式設(shè)計(jì)、修改的靈活性等CAD領(lǐng)域的特性，自然希望被引伸到CAM系

18、統(tǒng)之中。據(jù)筆者觀察，在該方向的研究有兩條不同的思路，以Delcam公司的PowerMILL及WorkNC為代表，采用面向工藝特征的處理方式，系統(tǒng)以工藝特征提取的自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)CAM編程的自動(dòng)化。當(dāng)模型發(fā)生變化后，只要按原來(lái)的工藝路線重新計(jì)算，即實(shí)現(xiàn)CAM的自動(dòng)修改。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行工藝特征與工藝區(qū)域的重新判斷并全自動(dòng)處理，使相關(guān)性編程成為可能。目前已有成熟的產(chǎn)品上市，并為北美、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的工模具界所接受。另?yè)?jù)報(bào)導(dǎo)，已有公司試圖直接將參數(shù)化的概念引入CAM中，據(jù)稱是同一數(shù)據(jù)庫(kù)的方式來(lái)解決參數(shù)化編程問(wèn)題。據(jù)筆者了解，至今未見(jiàn)成功的應(yīng)用實(shí)例及相關(guān)報(bào)道。從技術(shù)角度上，筆者認(rèn)為，實(shí)體的參數(shù)化設(shè)計(jì)是在有

19、限參數(shù)下的特殊概念，CAM是按照工藝要求對(duì)模型進(jìn)行的離散化處理，具有無(wú)限化(或不確定)參數(shù)的特性。因而與參數(shù)化CAD有著完全不同的特點(diǎn)。就象參數(shù)化的概念一直無(wú)法成功地引申到曲面CAD中一樣，CAM的參數(shù)化也將面臨著巨大的困難。按加工的工程化概念，CAM不是以幾何特征，而應(yīng)是以工藝特征為目標(biāo)進(jìn)行處理。幾何特征與工藝特征之間沒(méi)有必然的、唯一的相關(guān)關(guān)系，而當(dāng)幾何參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，工藝特征的變化沒(méi)有相關(guān)性，存在著某些工藝特征消失或新的工藝特征產(chǎn)生的可能性。所以真正要實(shí)現(xiàn)參數(shù)式 CAM，需要對(duì)幾何參數(shù)與工藝特征間的相關(guān)性進(jìn)行深入研究，并得出確 切的，而且是唯一的相關(guān)關(guān)系之后，才能真正實(shí)現(xiàn)。所以就系統(tǒng)的實(shí)用

20、性、成功的可能性而言，筆者在技術(shù)上更傾向于前者?；蛟S兩者會(huì)殊途同歸。我們將時(shí)刻關(guān)注并熱切希望后者能 在技術(shù)上有所突破，使 CAM技術(shù)在參數(shù)化道路上實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。(5)提供更方便的工藝管理手段CAM的工藝管理是數(shù)控生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán)，也是PDM的重要組成部分。新一代CAM系統(tǒng)的工藝管理樹結(jié)構(gòu)，為工藝管理及實(shí)時(shí)修改提供了條件。較領(lǐng)先的CAM系統(tǒng)已經(jīng)具有CAPP開發(fā)環(huán)境或可編輯式工藝摸板，可由有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，CAM系統(tǒng)可按工藝規(guī)程全自動(dòng)批處理。另外，新一代的CAM系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)生成圖文并茂的工藝指導(dǎo)文件，并可以以超文本格式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)瀏覽。4. 新一代CAM技術(shù)對(duì)生產(chǎn)與管理方式產(chǎn)生積極的影響新一代的CAM系統(tǒng)將CAM的智能化、自動(dòng)化