CAM編程軟件的發(fā)展歷史

1、知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯CAM編程軟件的發(fā)展近年來CAD CAD/CA喋成系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新的主角。相比之下， CAM頁 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) CAMe域，涌現(xiàn)出能夠 與CA晾統(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CAV品。CAM作為整個(gè)集成系統(tǒng)的重要一級(jí)，向上與 CAD CAP哼現(xiàn)無 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 CADK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)中得到了成功的應(yīng)

2、用，為新一代CAM勺誕生進(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才迫切要求之間的矛盾日益突出，為新一代 CAM勺成熟與發(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)CA雌術(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/PDW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勺結(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CA僦術(shù)正處在孕育、發(fā)展與成熟之中，新 一代CAM在不遠(yuǎn)的將來興起。下面將對(duì)

3、CA雌術(shù)的發(fā)展過程、CAM 的應(yīng)用現(xiàn)狀、新技術(shù)對(duì)CAM勺要求等方面進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)CAMt展趨勢(shì)做一個(gè)主觀的預(yù)測(cè)。并對(duì)新一代CAM（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勺研究、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"生的必然性與發(fā)展趨勢(shì)CAM技術(shù)發(fā)展至今，無論在軟、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CA底統(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 CAIM APT20世紀(jì)60年代在專業(yè)系統(tǒng)上開發(fā)的編程機(jī)及部分編程軟件 如

4、：FANOCSemem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)象也都是直接是數(shù)控 路路。特點(diǎn)是功能差，操作困難，專機(jī)專用。第二代CAIM曲面CAMK統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般是CAD/CAMS合系統(tǒng)，較好地利用了 CAD更型，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)檔次差異很

5、大，智能化水平高低亦不同， 但在結(jié)構(gòu)體系上沒有質(zhì)的變化。筆者認(rèn)為應(yīng)屬于同一代產(chǎn)品?？v觀CA雌術(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)展的過程；是自動(dòng)化、智能化水平不斷提高的過程；是 CAM（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 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（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 CA底統(tǒng)以CAD莫型為編程的目標(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)的操作也更符

6、合工程化概念。3 .第二代CA底統(tǒng)以CADJI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、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（統(tǒng)：即面向模型、面向工 藝特征的CAM（統(tǒng)，才能夠?qū)AM勺自動(dòng)化、智能化水平提高到一個(gè) 新的高度。4 .可以預(yù)見正在孕育、成熟、發(fā)展的新一代CA底統(tǒng)將采用面向 對(duì)象、面向工藝特征的基本處理方式，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 CAP晾統(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勺創(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。

7、生產(chǎn)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勺應(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勺特殊需要以及相關(guān)外圍技術(shù)發(fā)展與要求等，有助于更知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯好地了解今后CAM勺發(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勺專業(yè)化水平高于CAD勺發(fā)展?？v觀當(dāng)今占主導(dǎo)地位的CA陳統(tǒng), 無論其界面好壞、功能強(qiáng)弱，都存在著共同的缺陷。（1）CAD/CAM昆合化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系CA的能與CAMfe能交叉使用，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 CA說理產(chǎn)生。該結(jié)構(gòu)體系

8、 的形成是歷史的產(chǎn)物。多年前，集成系統(tǒng)特別是網(wǎng)絡(luò)化集成的觀念還 沒有成為系統(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)造成如下的問題。1）不適應(yīng)當(dāng)今集成化的要求系統(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CADW CA曬個(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)

9、踐才能成為稱職的CAM®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）沒有給CAPP勺發(fā)展留下空間與可能知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯眾所周知，CAP匿CAD/CAMK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勺智能與自動(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CAP晾統(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 CA僧技術(shù)的成功應(yīng)用，工藝庫、知識(shí)庫的完善，將來CAPP 也會(huì)有相應(yīng)的發(fā)展。逐步以實(shí)現(xiàn) CAD/CAPP/CA版科學(xué)意義

10、上的一體 化集成。而混合化的系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上的一體化集成。 而混合化的系統(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CA底統(tǒng)一般者B是曲面CA陳統(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)造成一系列的問題。1)不能有效地利用CA醵型的幾何信息，無法自動(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)算來取得必要的控 制信息，無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

11、靠人工或半自動(dòng)進(jìn)行仿過切處理，因不 是面向整體模型為編程對(duì)象，系統(tǒng)沒有從根本上杜絕過切現(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)安全的要求。2 .當(dāng)今CAME用在生產(chǎn)組織與管理上的問題知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯 CAD/CAPP/CAM要在信息流上集成一體、無縫連接，但往往 忽略了企業(yè)在生產(chǎn)組織與管理上要求 CAD CAPP CA帳應(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)。CA幅統(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CA麻統(tǒng)不僅要求操作人員有深厚的工藝知識(shí)背景

12、，還需 要有很高的CADS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)踐才能成為稱職的工作人員。對(duì)CAM勺應(yīng)用普及造成了極大的 困難，使CAMB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（統(tǒng)。3 .制造業(yè)新技術(shù)對(duì)CAM勺特殊要求毋庸置疑，近年來制造業(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

13、產(chǎn)周期。高速加工技術(shù)對(duì) CAMi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2000知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯 8000mm/min）,在高速進(jìn)給條件下，一旦發(fā)生過切，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（統(tǒng)靠人工 或半自動(dòng)防過切處理方式，沒有從根本上杜絕過切現(xiàn)象的發(fā)生。 靠操 作者的細(xì)心、責(zé)任心等人的因素是沒有安全保障的。 所以無法滿足高 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

14、/切出等，故要求CA底統(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（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 NURB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（統(tǒng)采用面向局部曲面的編程方式， 系統(tǒng)無 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

15、巧。迫切需要具有高速加工知 識(shí)庫的、智能化程度高的、面向整體模型的、新一代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嘴。知識(shí)是人類進(jìn)步的階梯綜上所述，當(dāng)今的CAMK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勺誕生與發(fā)展成為必需。CA械術(shù)中面向?qū)ο?、面?特征的建模方式的巨大成功，為新一代 CAM勺發(fā)展提供了參考模式，

16、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為CAM勺專業(yè)化分離與系統(tǒng)集成提供了可能。通過以上的分 析，新一代CA底統(tǒng)的大致輪廓已經(jīng)顯現(xiàn)。三、新一代CAM勺基本結(jié)構(gòu)與主要特征預(yù)測(cè)1 .新一代CAM勺軟硬件平臺(tái)WinTel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&雌術(shù)的應(yīng)用將會(huì)使系統(tǒng)集成更 方便。今后CAM勺軟件平臺(tái)無疑將是Windows NT或Windows 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勺專業(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)

17、展。2 .新一代CAM（統(tǒng)的界面形式今后將挨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勺集成 打下基礎(chǔ)。3.新一代CAM!統(tǒng)的基本特點(diǎn)(1)面向?qū)ο?、面向工藝特征的CA陳統(tǒng)傳統(tǒng)CAM1布曲面為目標(biāo)的體系結(jié)構(gòu)將被改變面向整體模型(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集成化、一體化、自動(dòng)化、智能化成為可能。(2)基于知識(shí)的智能化的CA陳統(tǒng)新一代的CAM!(統(tǒng)不僅可繼承并智能化判斷工藝特征，而且具有模型對(duì)比、殘余模型分

18、析與判斷功能，使刀具路徑更優(yōu)化，效率 更高。同時(shí)面向整體模型的形式也具有對(duì)工件包括夾具的防過切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工藝要求，并 開放工藝相關(guān)聯(lián)的工藝庫、知識(shí)庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識(shí)積 累、學(xué)習(xí)、運(yùn)用成為可能。(3)能夠獨(dú)立運(yùn)行的CAM(統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與CAD系統(tǒng)在功能上分離，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下集成。這需要CA幅統(tǒng)必須具備相當(dāng)?shù)闹悄芑健AM(統(tǒng)不需要借助CA物能， 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 CA曲域的特征，自然 希望被引伸到CAM

19、(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 WorkN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)化來實(shí)現(xiàn) CA嘛程的自動(dòng)化。當(dāng)模型發(fā)生變化后，只要按原來的工藝路線重新計(jì)算，即 實(shí)現(xiàn)CAM勺自動(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。另據(jù)報(bào)導(dǎo)，已有 公司試圖直接將參數(shù)化的概念引入 CAMK據(jù)稱是同一數(shù)據(jù)庫的方式 來解決參數(shù)化編程問題。據(jù)筆者了解，至今未見成功的應(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

20、參數(shù)化設(shè)計(jì)是在有限參數(shù) 下的特殊概念，CA娓按照工藝要求對(duì)模型進(jìn)行的離散化處理，具有 無限化(或不確定)參數(shù)的特性。因而與參數(shù)化CADt著完全不同的特 點(diǎn)。就象參數(shù)化的概念一直無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又t。按加工的工程化概念，CAMFT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)入深入研究，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CA雌術(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