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1、目 录第 1章 概 述 .11.1 CIMS是工业自动化的发展方向 .11.2 选择 CAD/CAM软件的原则 .2第 2章 CAM 系统的概念和发展趋势 .5第 3章 CAM 关键技术及应用状况 .103.1 CAM的关键技术 .103.2 CAD/CAM技术应用状况 .10第 4章 CAM 系统中孔加工路径的优化处理 .154.1 数学描述 .154.2 程序算法 .174.3 实际验证 .18第 5章 柔性制造系统(FMS) .205.1柔性制造系统的规模 .205.2 关键技术 .215.3 发展趋势 .23第 6章 结语 .25参考文献： .26 第 1 章 概述 1第 1 章 概
2、述1.1CIMS 是工业自动化的发展方向作为 CIMS 核心技术的 CAD/CAM 系统，主要支持和实现产品对象的设计、分析、工艺规划、数控编程等一系列生产活动的自动化处理。近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展，CAD/CAM 已逐渐进入实用化阶段，广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具等行业。特别是数控机床的普遍使用，使得 CAD/CAM 技术成为企业实现高度自动化设计及加工的有效手段之一。目前CAD/CAM 系统运行的硬、软件环境主要有两种：一是工作站，另一是微机。随着硬件技术的发展，在图形处理方面工作站与微机之间的差异逐渐缩小。由于微机的硬件投资远运低于工作站，且易于掌握
3、，便于用户进行软件开发、移植和扩充，微机与各种数控装置的通讯技术成熟，因此微机逐渐成为各类 CAD/CAM 软件的主要运行平台。CAD/CAM 系统的工作性能，既取决于硬件系统的好坏，又受到软件性能的制约。一个良好的 CAD/CAM 软件系统，将有助于更快地编程和处理更复杂的加工作业，有助于改善工作质量、提高生产效率和利润。因此，选择合适的 CAD/CAM 软件包是十分重要的事情。下面着重介绍市场上常见的基于微机的 CAD/CAM 软件包的性能和特点，以及选择原则与方法。 第 1 章 概述 21.2 选择 CAD/CAM 软件的原则首先应广泛了解和对比各种软件性能及价格。每一种软件都有自己的优
4、点和不足之处，最适用的软件才是最好的软件。选择软件时，应以满足需要为前提，除价格因素外，应考虑以下几方面问题。(1)操作使用的方便性首先应注意软件的安装对操作系统及硬件的要求，能否直接运行于普通配置的微机上，需要增加哪些专用配件。其次再检查软件的各个子系统，比如界面设计是否符合逻辑和便于阅读，各级子菜单如何管理和显示，用户如何与系统交流等。一个好的软件还应便于初学者掌握，操作简便实用，一般应包含供初学者使用的学习模块和即时帮助系统。 (2)软件的集成化程度一个完整的 CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模
5、块应该以工程数据库为基础，进行统一管理。这样既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运动时间。有些 CAD/CAM软件则以文件管理为基础，导致数据冗余度大，占用存储空间大，缺乏数据安全保护措施，不利于工程数据管理。(3)CAD功能应能设计制作出既满足设计使用要求又适合 CAM加工的零件模型。优秀的 CAD系统是一个高效的设计工具，应具有参数化设计功 第 1 章 概述 3能，三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联。CAD 可分为自动设计和交互设计两类。自动设计效率高，但灵活性差，只适用于标准化程度高、产品结构固定的产品；交互设计灵活性大，能充分发挥设计人员的主观
6、能动性，但效率低，交互愈多愈复杂效率愈低。实际上，几乎没有纯粹的自动设计或纯粹的交互设计软件，好的软件能根据产品对象恰当地处理自动设计和交互设计的配合。另外，开放型的结构不仅便于用户进行二次开发，同时也使软件系统本身能够不断地扩充与完善。当然，还要考虑它与其它 CAD/CAM软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，看它能支持哪几种图形文件转换，是否能从其它系统读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其它系统。(4)CAM功能CAM 功能应能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。CAM功能检测应注意以下几方面：建立二维和三维刀具路径的难易程度；加
7、工方法的多样性；刀具路径是否易于编辑和修改；是否有刀具和材料数据库，使系统能自动生成进给速度和主轴转速；有无内置的防碰撞和防过切功能；能否手动超调任何机加工缺省值(如进给速度，主轴转速等)；能否对加工过程进行模拟和估算加工时间。(5)后处理程序及数控码输出一般的 CAD/CAM系统使用后处理程序提供用户化的数控码输 第 1 章 概述 4出，使用户能够灵活地使用不同的数控装置。选择软件时，应了解以下几方面：提供哪些后处理和程序。是否包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序；后处理程序能否细调，以使数控输出符合用户的要求；能否将 NC程序反向处理，显示刀具路径。(6)升级方法和技
8、术支援应该了解该公司近几年来更新版本的情况，确认升级方法；公司在我国或当地有无办事处，可提供哪些技术支援；是否需要技术培训，采用什么方式等。3、结束语选择合适的基于微机的 CAD/CAM软件，将微机与 CNC机床组成面向车间的系统，将大大提高设计效率和设计质量，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产水平，实现系统集成和设计制造一体化。 第 2 章 CAM 系统的概念和发展趋势 5第 2 章 CAM 系统的概念和发展趋势2. 1 什么是 CAM 系统？CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零
9、件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。2.2 CAM 系统的发展趋势2.2.1 国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统
10、实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 第 2 章 CAM 系统的概念和发展趋势 6在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 CAD/CAM中的设定量，因而影响 CNC的工作效率和产品加工质量。传统 CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了 CNC向多变量智
11、能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，对数控技术实行变革势在必行。2.2.2数控技术发展趋势1.性能发展方向(1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 CPU芯片、RISC 芯片、多 CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系
12、统的效能。(3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子 880系统控制轴 第 2 章 CAM 系统的概念和发展趋势 7数可达 24轴。(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了
13、实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。2.功能发展方向(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科
