新一代CAM即将兴起

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1、新一代 CAM 即将兴起新一代 CAM 即将兴起近年来CAD是CAD/CAM集成系统技术创新的主角。相比之下，CAM领域却显示出不应有的沉寂。然而， 随着信息化需求的不断增加，企业同样热切企盼CAM,希望技术创新之风能吹进CAM领域，涌现出能够 与CAD系统相匹配的、功能强大、更符合加工工程化概念、易于普及的新一代CAM产品。CAM 作为整个集成系统的重要一级，向上与 CAD、 CAPP 实现无缝集成，向下方便、快捷、智能、高效地 为数控生产服务，这是CAM技术发展永远不变的主题。面向对象、面向工艺特征的新概念已经与CAD技 术中面向对象的设计、特征建模等相呼应，在一些专业化的CAM系统中得到

2、了成功的应用，为新一代CAM 的诞生进行了必要的经验积累、技术储备与思想准备。当今CAM在学习、掌握与应用上的困难，与生产快 速发展对CAM人才迫切要求之间的矛盾日益突出，为新一代CAM的成熟与发展提供了市场基础。制造业 不断涌现的新技术、新工艺诸如高速加工技术等也对CAM技术提出了更高的要求。网络技术的发展使 CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM 集成化体系摆脱空间的约束，能够更好地适应现代企业的生产布局及生产管理 的要求。为适应集成化体系的要求， CAM 的结构体系与功能构成也必然会发生相应的变化。因此我们有理 由认为新一代的CAM技术正处在孕育、发展与成熟之中，新一代CAM会在不远的

3、将来兴起。？ 下面将对CAM技术的发展过程、CAM的应用现状、新技术对CAM的要求等方面进行分析，进而对CAM发 展趋势做一个主观的预测。并对新一代CAM系统的结构体系做一个大胆的设想，希望能够有益于我国CAM 的研究、选型及应用，也希望借此与广大同行交流提高。 ？一、新一代 CAM 产生的必然性与发展趋势CAM 技术发展至今，无论在软、硬件平台、系统结构、功能特点上都发生了翻天覆地的变化。当今流行的 CAM 系统在功能上也存在着巨大的差异。就其具有决定意义的基本处理方式与目标对象上看，主要可分为 两个主要发展阶段，可认为是两代产品。 ？第一代 CAM：APT？20世纪60年代在专业系统上开发

4、的编程机及部分编程软件如：FANOC、Semems编程机，系统结构为专 机形式，基本处理方式是人工或辅助式直接计算数控刀路，编程目标与对象也都是直接是数控刀路。特点 是功能差，操作困难，专机专用。 ？第二代CAM：曲面CAM系统？系统结构一般是 CAD/CAM 混合系统，较好地利用了 CAD 模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成加 工刀路。自动化、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。 基本特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工 艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。尽管该时期

5、的时间跨度达二十年，系统档次差异很大，智能 化水平高低亦不同，但在结构体系上没有质的变化。笔者认为应属于同一代产品。 ？ 纵观 CAM 技术的发展历程，我们可以得出如下结论： ？1. CAM的发展是一个不断吸收和利用CAD及周边相关技术的应用成果，不断发展的过程；是自动化、智能 化水平不断提高的过程；是CAM系统结构及基本处理方式不断向适应工程化概念的方向发展的过程。？ 2系统的基本处理方式，即编程的目标对象对系统的结构、智能化水平等起着决定性作用。CAM系统在APT 时代，编程的目标对象直接计算刀路轨迹。第二代CAM系统以CAD模型为编程的目标对象，自动生成刀 路轨迹。因而系统的自动化、智能

6、化水平得到了大幅度提高，系统的操作也更符合工程化概念。 ？ 3第二代CAM系统以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式已经成为智能、自动化水平进 一步发展的制约因素。只有突破当今的固有模式，发展新一代的CAM系统：即面向模型、面向工艺特征的 CAM 系统，才能够将 CAM 的自动化、智能化水平提高到一个新的高度。 ？4可以预见正在孕育、成熟、发展的新一代CAM系统将采用面向对象、面向工艺特征的基本处理方式，使 系统的自动化水平、智能化程度大大提高。系统结构将独立于CAD、CAPP系统而存在，为CAPP的发展留 下空间，更符合网络集成化的要求。二、 CAM 的创新方向?CAM 作为应用

7、性、实践性极强的专业技术，直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创 新的原动力。分析总结当今 CAM 的应用现状、与生产实际要求间的差距及其原因、新工艺、新技术对 CAM 的特殊需要以及相关外围技术发展与要求等，有助于更好地了解今后 CAM 的发展趋势。 ?1. CAM 的应用现状及与实际需求间的差距因为应用的实践性更强，专业化分工更明确，就总体而言，CAM的专业化水平高于CAD的发展。纵观当今 占主导地位的 CAM 系统，无论其界面好坏、功能强弱，都存在着共同的缺陷。 ?（1）CAD/CAM 混合化的系统结构体系?CAD功能与CAM功能交叉使用，不是面向整体模型的编程形式，工艺

8、特征需由人工提取，或需进一步CAD 处理产生。该结构体系的形成是历史的产物。多年前，集成系统特别是网络化集成的观念还没有成为系统 开发的主体思想，模型的建立与编程在同一地点由同一个操作者完成。由此会造成如下的问题。 ?1）不适应当今集成化的要求系统的模块分布、功能侧重必须与企业的组织形式、生产布局相匹配。系统混 合化不等于集成化，更不利于网络集成化的实现。 ?2）不适合现代企业专业化分工的要求? 混合化系统，无法实现设计与加工在管理上的分工，增加了生产管 理与分工的难度，也极大地阻碍了智能化、自动化水平的提高。另外，混合化系统要求操作者在CAD与 CAM 两个方面都要有深厚的背景与经验才能很好

9、地完成工作，增加了学习掌握与使用系统的难度。一般需 13年的实践才能成为称职的CAM操作人员，对企业人才的管理造成了极大的负面影响。？3）没有给CAPP的发展留下空间与可能？众所周知，CAPP是CAD/CAM 一体化集成的桥梁，CAD/CAPP/CAM 混合化体系决定了永远不可能实现CAM的智能与自动化。因为生产工艺的标准化程度低，受到生产设备、 刀具、管理等因素的影响，至今没有一个成熟的，以创成法或派生法为推理机制的商品化的CAPP系统。 CAPP转向了类似于开发环境类软件系统的开发与研究。但随着企业CAD、CAM等技术的成功应用，工艺 库、知识库的完善，将来CAPP也会有相应的发展。逐步以

10、实现CAD/CAPP/CAM按科学意义上的一体化集 成。而混合化的系统从结构上的一体化集成。而混合化的系统从结构上为今后的发展留下了不可弥补的隐 患。 ？（2）面向曲面、以局部加工为基本处理方式？当今CAM系统一般都是曲面CAM系统，是面向局部加工的处理方式，而数控加工是以模型为结果，以工 艺为核心的工程过程。应该采取面向整体模型、面向工艺特征的处理方式。这种非工程化概念的处理方式 肯定会造成一系列的问题。 ？1）不能有效地利用CAD模型的几何信息，无法自动提取模型的工艺特征，只能够人工提取，甚至靠重新模 拟计算来取得必要的控制信息，无疑增大了操作的烦琐性，影响了编程质量与效率。致使系统的自动

11、化程 度与智能化程度很低。 ？2）局部加工计算方式靠人工或半自动进行仿过切处理，因不是面向整体模型为编程对象，系统没有从根本 上杜绝过切现象产生的可能，因而不适合高速加工等新工艺在高速条件下对安全的要求。 ？2. 当今CAM应用在生产组织与管理上的问题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求 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C

12、AM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。一般需1至 3个月专门培训入门，1至3年的实践才能成为称职的工作人员。对CAM的应用普及造成了极大的困难， 使CAM后备人员严重不足，因而造成人才竞争异常激烈、生产队伍不稳定，产生严重人才管理问题，我国 的广大国营企业，情况更加严峻。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。3制造业新技术对CAM的特殊要求？ 毋庸置疑，近年来制造业新技术的最大热点是高速加工技术。据最新的工艺研究表明，高速加工技术在简 化生产工艺与工序，减少后续处理工作量、提高加工效率、提高表面质量等几个方面，能够极大

13、地提高产 品质量、降低生产成本、缩短生产周期。高速加工技术对 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、小切削量、高进给速度，特征加工的一般切削速度（F值）为传统加工的10倍以 上（F可达到20008000mm/min）,在高速进给条件下，一旦发生过切，几何干涉等，后果将是灾难性的， 故安全性要求是第一位的。传统的 CAM 系统靠人工或半自动防过切处理方式，没有从根本上杜绝过切现象 的发生。靠操作者的细心、责任心等人的因素是没有安全保障的。所以无法满足高速加工安全性的基本要 求。？（2）工艺性要求？ 高速加工要求刀路的平稳性，避免刀路轨迹的尖角（刀路突然转向）、

14、尽量避免空刀切削、减少切入/切出等， 故要求 CAM 系统具有基于残余模型的智能化分析处理功能、刀路光顺化处理功能、符合高速加工工艺的优 化处理功能及进给量（F值）优化处理功能（切削优化处理）等。为适应高速加工设备的高档数控系统，CAM应 支持最新的 NURBS 编程技术。 ？（3）高效率要求？ 高效率体现在两个方面：1）编程的高效率：高速加工的工艺性要求比传统数控加工高了很多，刀路长度是 传统加工的上百倍，一般编程时间远大于加工时间，故编程效率已成为影响总体效率的关键因素之一。传 统的 CAM 系统采用面向局部曲面的编程方式，系统无法自动提供工艺特征，编程复杂程度很大，对编程人 员除工艺水平

15、之外（基本要求），还要求有很高的使用技巧。迫切需要具有高速加工知识库的、智能化程度 高的、面向整体模型的、新一代CAM系统。2）优化的刀路确保高效率的数控加工，如基于残余模型的智能 化编程可有效地避免空刀，进给量（F值）优化处理可提高切削效率30%等。？综上所述，当今的 CAM 系统虽然为现代制造业的发展立了汗马功劳，但在生产管理、操作使用上存在着与 实际要求的巨大矛盾；在结构上、功能专业化等方面与网络下系统集成化的要求存在严重的不协调；基本 处理方式严重阻碍智能化、自动化水平的提高。这一切都使新一代CAM的诞生与发展成为必需。CAD技术 中面向对象、面向特征的建模方式的巨大成功，为新一代CA

16、M的发展提供了参考模式，网络技术为CAM 的专业化分离与系统集成提供了可能。通过以上的分析，新一代CAM系统的大致轮廓已经显现。？ 三、新一代 CAM 的基本结构与主要特征预测1新一代CAM的软硬件平台？WinTel结构体系因优异的价格性能比、方便的维护、优异的表现、平实的外围软件支持，已经取代UNIX 操作系统成为CAD/CAM集成系统的支持平台。OLE技术及D&M技术的应用将会使系统集成更方便。今后CAM的软件平台无疑将是Windows NT或Windows 2000,硬件平台将是高档PC或NT工作站系列。随着 高档NC控制系统的PC化、网络化及CAM的专业化与智能化的发展，甚至机上编程也可能会有较大的发 展。2新一代CAM系统的界面形式？今后将摈弃多层菜单式的界面形式，取而代之的是Windows界面，操作简便，并附有项目管理、工艺管理 树结构，为 PDM 的集成打下基础。3新一代CAM