CAM编程软件的发展历史

1、CAM编程软件的发展历史 CAM编程软件得发展 近年来CAD就是CAD/CA集成系统技术创新得主角。相比之下，CAM 领域却显示出不应有得沉寂。然而，随着信息化需求得不断增加，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系统相匹配得、功能强大、更符合加工工程化概念、易于普 及得新一代CAM产品。 CAM作为整个集成系统得重要一级，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，这就是 CAM技术发展永远不变得主题。面向对象、面向工艺特征得新概念已 经与CAD技术中面向对象得设计、特征建模等相呼应，在一些专业化 得CAM系统中

2、得到了成功得应用，为新一代CAM得诞生进行了必要得 经验积累、技术储备与思想准备。当今 CAM在学习、掌握与应用上得 困难，与生产快速发展对CAM人才迫切要求之间得矛盾日益突出， 为 新一代CAM得成熟与发展提供了市场基础。制造业不断涌现得新技 术、新工艺诸如高速加工技术等也对 CAM技术提出了更高得要求。网 络技术得发展使 CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM成化体系摆脱空间得约 束，能够更好地适应现代企业得生产布局及生产管理得要求。为适应 集成化体系得要求，CAM得结构体系与功能构成也必然会发生相应得 变化。因此我们有理由认为新一代得 CAM技术正处在孕育、发展与成 熟之中，新一代CA

3、M会在不远得将来兴起。下面将对CAM技术得发 展过程、CAM得应用现状、新技术对CAM#要求等方面进行分析，进 而对CAM发展趋势做一个主观得预测。并对新一代CAM系统得结构体 系做一个大胆得设想，希望能够有益于我国CAM得研究、选型及应用， 也希望借此与广大同行交流提高。 一、新一代CAM产生得必然性与发展趋势 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得变化。当今流行得CAM系统在功能上也存在 着巨大得差异。就其具有决定意义得基本处理方式与目标对象上瞧， 主要可分为两个主要发展阶段，可认为就是两代产品。 第一代 CAMI APT 20世纪60年代在专业系

4、统上开发得编程机及部分编程软件 如：FANOCSemem编程机，系统结构为专机形式，基本处理方式就 是人工或辅助式直接计算数控刀路，编程目标与对象也都就是直接就 是数控刀路。特点就是功能差，操作困难，专机专用。 第二代CAM曲面CAM系统系统结构一般就是 CAD/CAM 混合系统，较好地利用了 CAD模型，以几何信息作为最终得结果，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 性得就是 UG DUCT Cimatron、MarsterCAM等。基本特点就是面向 局部曲面得加工方式，表现为编程得难易程度与零件得复杂程度直接 相关，而与产品得工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关

5、关系。尽 管该时期得时间跨度达二十年，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得变化。笔者认为应属于同一代产品。 纵观CAM技术得发展历程，我们可以得出如下结论： 1、CAM导发展就是一个不断吸收与利用 CAD及周边相关技术得应 用成果，不断发展得过程；就是自动化、智能化水平不断提高得过程； 就是CAM系统结构及基本处理方式不断向适应工程化概念得方向发 展得过程。 2、系统得基本处理方式，即编程得目标对象对系统得结构、智 能化水平等起着决定性作用。CAM系统在APT时代，编程得目标对象 直接计算刀路轨迹。第二代 CAM系统以CAD模型为编程得目标对象， 自动生成刀路轨迹。

6、因而系统得自动化、智能化水平得到了大幅度提 高，系统得操作也更符合工程化概念。 3、第二代CAM系统以CAD模型得局部几何特征为目标对象得基 本处理形式已经成为智能、自动化水平进一步发展得制约因素。只有 突破当今得固有模式，发展新一代得 CAM系统：即面向模型、面向工 艺特征得CAM系统，才能够将CAM得自动化、智能化水平提高到一个 新得高度。 4、可以预见正在孕育、成熟、发展得新一代 CAM系统将采用面 向对象、面向工艺特征得基本处理方式，使系统得自动化水平、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 得发展留下空间，更符合网络集成化得要求。 二、CAM得创

7、新方向 CAM作为应用性、实践性极强得专业技术，直接面向数控生 产实际。生产实际得需求就是所有技术发展与创新得原动力。分析总 结当今CAM得应用现状、与生产实际要求间得差距及其原因、新工艺、 新技术对CAM得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得发展趋势。 1、CAM得应用现状及与实际需求间得差距 因为应用得实践性更强，专业化分工更明确，就总体而言， CAM得专业化水平高于CAD得发展。纵观当今占主导地位得 CAM系统, 无论其界面好坏、功能强弱，都存在着共同得缺陷。 （1）CAD/CAM混合化得系统结构体系 CAD功能与CAM功能交叉使用，不就是面向整体模型得编

8、程 形式，工艺特征需由人工提取，或需进一步 CAD处理产生。该结构体 系得形成就是历史得产物。多年前，集成系统特别就是网络化集成得 观念还没有成为系统开发得主体思想，模型得建立与编程在同一地点 由同一个操作者完成。由此会造成如下得问题。 1）不适应当今集成化得要求系统得模块分布、功能侧重必须与 企业得组织形式、生产布局相匹配。系统混合化不等于集成化，更不 利于网络集成化得实现。 2）不适合现代企业专业化分工得要求 混合化系统，无法实现设计与加工在管理上得分工，增加了生 产管理与分工得难度，也极大地阻碍了智能化、自动化水平得提高。 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

9、得背 景与经验才能很好地完成工作，增加了学习掌握与使用系统得难度。 一般需13年得实践才能成为称职得 CAM操作人员，对企业人才得 管理造成了极大得负面影响。 3）没有给CAPP得发展留下空间与可能 众所周知，CAPP就是CAD/CAM一体化集成得桥梁， CAD/CAPP/CA混合化体系决定了永远不可能实现 CAM得智能与自动 化。因为生产工艺得标准化程度低，受到生产设备、刀具、管理等因 素得影响，至今没有一个成熟得，以创成法或派生法为推理机制得商 品化得CAPP系统。CAPP专向了类似于开发环境类软件系统得开发与 研究。但随着企业CAD CAM等技术得成功应用，工艺库、知识库得 完善，将来C

10、APP也会有相应得发展。逐步以实现CAD/CAPP/CA按科 学意义上得一体化集成。而混合化得系统从结构上得一体化集成。 而 混合化得系统从结构上为今后得发展留下了不可弥补得隐患。 (2) 面向曲面、以局部加工为基本处理方式 当今CAM系统一般都就是曲面CAM系统，就是面向局部加工得处 理方式，而数控加工就是以模型为结果，以工艺为核心得工程过程。 应该采取面向整体模型、面向工艺特征得处理方式。这种非工程化概 念得处理方式肯定会造成一系列得问题。 1) 不能有效地利用CAD模型得几何信息，无法自动提取模型 得工艺特征，只能够人工提取，甚至靠重新模拟计算来取得必要得控 制信息，无疑增大了操作得烦琐

11、性，影响了编程质量与效率。致使系 统得自动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 就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 得可能，因而不适合高速加工等新工艺在高速条件下对安全得要求。 2、当今CAM应用在生产组织与管理上得问题 CAD/CAPP/CA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。网络技术得成功应用 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得反复，浪费了时间，降

12、低了效率，甚至造 成废品。 传统得CAM系统不仅要求操作人员有深厚得工艺知识背景，还需 要有很高得CAD应用技巧。一般需1至3个月专门培训入门，1至3 年得实践才能成为称职得工作人员。对CAM得应用普及造成了极大得 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，我国得广大国营企业，情况更 加严峻。故企业迫切需要新一代得易学易用、易于普及、高智能化、 专业性强得CAM系统。 3、制造业新技术对CAM得特殊要求 毋庸置疑，近年来制造业新技术得最大热点就是高速加工技术。 据最新得工艺研究表明，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、

13、提高加工效率、提高表面质量等几个方面，能够极 大地提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期。高速加工技术对 CAM也提出了新得特殊要求。 （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 工得一般切削速度（F值）为传统加工得10倍以上（F可达到2000 8000mm/mi n）,在高速进给条件下，一旦发生过切，几何干涉等，后 果将就是灾难性得，故安全性要求就是第一位得。传统得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得发生。 靠操作者得细心、责任心等人得因素就是没有安全保障得。 所以无法 满足高速加工安全性得基本要求。 （2）工艺性要求 高速加工要

14、求刀路得平稳性，避免刀路轨迹得尖角（刀路突然 转向）、尽量避免空刀切削、减少切入/切出等，故要求CAM系统具有 基于残余模型得智能化分析处理功能、刀路光顺化处理功能、符合高 速加工工艺得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得高档数控系统， CAM应支持最新得 NURB编程技术。 （3）高效率要求 高效率体现在两个方面：1）编程得高效率：高速加工得工 艺性要求比传统数控加工高了很多，刀路长度就是传统加工得上百 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 得关键因素之一。传统得CAM系统采用面向局部曲面得编程方式， 系 统无法自动提供工

15、艺特征，编程复杂程度很大，对编程人员除工艺水 平之外（基本要求），还要求有很高得使用技巧。迫切需要具有高速加 工知识库得、智能化程度高得、面向整体模型得、新一代CAM系统。 2）优化得刀路确保高效率得数控加工，如基于残余模型得智能化编程 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，当今得CAM系统虽然为现代制造业得发展立了汗 马功劳，但在生产管理、操作使用上存在着与实际要求得巨大矛盾； 在结构上、功能专业化等方面与网络下系统集成化得要求存在严重得 不协调；基本处理方式严重阻碍智能化、自动化水平得提高。这一切 都使新一代CAM得诞生与发展成为必需。CAD术中面向对

16、象、面向 特征得建模方式得巨大成功，为新一代 CAM得发展提供了参考模式， 网络技术为CAM得专业化分离与系统集成提供了可能。通过以上得分 析，新一代CAM系统得大致轮廓已经显现。 三、新一代CAM得基本结构与主要特征预测 1、新一代CAM得软硬件平台 Win Tel结构体系因优异得价格性能比、方便得维护、优异 得表现、平实得外围软件支持，已经取代UNIX操作系统成为CAD/CAM 集成系统得支持平台。OLE技术及D&M技术得应用将会使系统集成更 方便。今后CAM得软件平台无疑将就是 Windows NT或 Windows 2000,硬件平台将就是高档 PC或NT工作站系列。随着高 档NC空制

17、系统得PC化、网络化及CAM得专业化与智能化得发展，甚 至机上编程也可能会有较大得发展。 2、新一代CAM系统得界面形式 今后将摈弃多层菜单式得界面形式，取而代之得就是 Windows界面，操作简便，并附有项目管理、工艺管理树结构，为PDM 得集成打下基础。 3、新一代CAM系统得基本特点 (1)面向对象、面向工艺特征得CAM系统 传统CAM局布曲面为目标得体系结构将被改变面向整体模型 (实体)、面向工艺特征得结构体系。系统将能够按照工艺要求(CAPP 要求)自动识别并提取所有得工艺特征及具有特定工艺特征得区域， 使CAD/CAPP/CA得集成化、一体化、自动化、智能化成为可能。 (2) 基于

18、知识得智能化得CAM系统 新一代得CAM系统不仅可继承并智能化判断工艺特征，而且 具有模型对比、残余模型分析与判断功能，使刀具路径更优化，效率 更高。同时面向整体模型得形式也具有对工件包括夹具得防过切、防 碰撞修理功能，提高操作得安全性，更符合高速加工得工艺要求，并 开放工艺相关联得工艺库、知识库、材料库与刀具库，使工艺知识积 累、学习、运用成为可能。 (3) 能够独立运行得CAM系统 实现与CAD系统在功能上分离，在网络环境下集成。这需要 CAM系统必须具备相当得智能化水平。CAM系统不需要借助CAD功能， 根据工艺规程文件自动进行编程，大大降低了对操作人员得要求，也 使编程过程更符合数控加

19、工得工程化要求。 (4) 使相关性编程成为可能 尺寸相关、参数式设计、修改得灵活性等 CAD领域得特征，自然 希望被引伸到CAM系统之中。据笔者观察，在该方向得研究有两条不 同得思路，以Delcam公司得PowerMILL及 WorkNC为代表，采用面向 工艺特征得处理方式，系统以工艺特征提取得自动化来实现 CAM编程 得自动化。当模型发生变化后，只要按原来得工艺路线重新计算，即 实现CAM得自动修改。由计算机自动进行工艺特征与工艺区域得重新 判断并全自动处理，使相关性编程成为可能。目前已有成熟得产品上 市，并为北美、欧洲等发达国家得工模具界所接受。另据报导，已有 公司试图直接将参数化得概念引

20、入 CAM中,据称就是同一数据库得方 式来解决参数化编程问题。据笔者了解，至今未见成功得应用实例及 相关报道。从技术角度上，笔者认为，实体得参数化设计就是在有限 参数下得特殊概念，CAM就是按照工艺要求对模型进行得离散化处理， 具有无限化(或不确定)参数得特性。因而与参数化CAD有着完全不同 得特点。就象参数化得概念一直无法成功地引申到曲面CAD中一样， CAM得参数化也将面临着巨大得困难。按加工得工程化概念，CAM不 就是以几何特征，而应就是以工艺特征为目标进行处理。 几何特征与 工艺特征之间没有必然得、唯一得相关关系，而当几何参数发生变化 时，工艺特征得变化没有相关性，存在着某些工艺特征消失或新得工 艺特征产生得可能性。所以真正要实现参数式 CAM需要对几何参数 与工艺特征间得相关性进入深入研究， 并得出确切得，而且就是唯一 得相关关系之后，才能真正实现。所以就系统得实用性、成功得可能 性而言，笔者在技术上更倾向于前者。或许两者会殊途同归。我们将 时刻关注并热切希望后者能在技术上有所突破，使CAM技术在参数化 道路上实现质得飞跃。 (5) 提供更方便得工艺管理手段 CAM得工艺管理就