CAD/CAM系統自動編程
CAD/CAM系統自動編程原理:利用CAD模塊生成的幾何圖形,采用人機交互的實時對話方式,在計算機屏幕上指定被加工部位,輸入相應的加工參數,計算機便可自動進行必要的數學處理並編制出數控加工程序,同時在計算機屏幕上動態地顯示出刀具的加工軌跡.
CAD/CAM系統自動編程特點：將零件加工的幾何造型、刀位計算、圖形顯示和後置處理等作業過程式結合在壹起,有效地解決了編程的數據來源,圖形顯示,走刀模擬和交互修改問題,彌補了數控語言編程的不足;編程過程是在計算機上直接面向零件的幾何圖形交互進行,不需要用戶編制零件加工源程序,用戶界面友好,使用簡便,直觀,準確,便於檢查;有利於實現 系統的集成,不僅能夠實現產品設計(CAD)與數控加工編程(NCP)的集成,還便於與工藝過程設計(CAPP),刀具量具設計等其它生產過程的集成.
CAD/CAM系統自動編程步驟:幾何造型,加工工藝分析,刀具軌跡生成,刀位驗證及刀具軌跡的編輯,後置處理,數控程序的輸出.
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CAM (computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造)的核心是計算機數值控制(簡稱數控)，是將計算機應用於制造生產過程的過程或系統。1952年美國麻省理工學院首先研制成數控銑床。數控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。此後發展了壹系列的數控機床，包括稱為“加工中心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉換工作位置，能連續完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當多的人工，而且容易出錯，最早的CAM便是計算機輔助加工零件編程工作。麻省理工學院於1950年研究開發數控機床的加工零件編程語言APT，它是類似FORTRAN的高級語言。增強了幾何定義、刀具運動等語句，應用APT使編寫程序變得簡單。這種計算機輔助編程是批處理的。
CAM系統壹般具有數據轉換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉及的範圍，包括計算機數控，計算機輔助過程設計。
數控除了在機床應用以外，還廣泛地用於其它各種設備的控制，如沖壓機、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊接機、裝配機、檢查機、自動編織機、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個相應行業CAM的基矗
計算機輔助制造系統是通過計算機分級結構控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標是開發壹個集成的信息網絡來監測壹個廣闊的相互關聯的制造作業範圍，並根據壹個總體的管理策略控制每項作業。
從自動化的角度看，數控機床加工是壹個工序自動化的加工過程，加工中心是實現零件部分或全部機械加工過程自動化，計算機直接控制和柔性制造系統是完成壹族零件或不同族零件的自動化加工過程，而計算機輔助制造是計算機進入制造過程這樣壹個總的概念。
壹個大規模的計算機輔助制造系統是壹個計算機分級結構的網絡，它由兩級或三級計算機組成，中央計算機控制全局，提供經過處理的信息，主計算機管理某壹方面的工作，並對下屬的計算機工作站或微型計算機發布指令和進行監控，計算機工作站或微型計算機承擔單壹的工藝控制過程或管理工作。
計算機輔助制造系統的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等，軟件方面有數據庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計劃編制與調度、計算機輔助質量控制等。
到目前為止，計算機輔助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個概念。CAM的狹義概念指的是從產品設計到加工制造之間的壹切生產準備活動，它包括CAPP、NC編程、工時定額的計算、生產計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。這是最初CAM系統的狹義概念。到今天，CAM的狹義概念甚至更進壹步縮小為NC編程的同義詞。CAPP已被作為壹個專門的子系統，而工時定額的計算、生產計劃的制訂、資源需求計劃的制訂則劃分給MRPⅡ/ERP系統來完成。CAM的廣義概念包括的內容則多得多，除了上述CAM狹義定義所包含的所有內容外，它還包括制造活動中與物流有關的所有過程（加工、裝配、檢驗、存貯、輸送）的監視、控制和管理。
數控系統
數控系統是機床的控制部分，它根據輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數，按照人機交互的方式生成數控加工程序，然後通過電脈沖數，再經伺服驅動系統帶動機床部件作相應的運動。圖3-4-2為數控系統的功能示意圖。
傳統的數控機床（NC）上，零件的加工信息是存儲在數控紙帶上的，通過光電閱讀機讀取數控紙帶上的信息，實現機床的加工控制。後來發展到計算機數控（CNC），功能得到很大的提高，可以將壹次加工的所有信息壹次性讀入計算機內存，從而避免了頻繁的啟動閱讀機。更先進的CNC機床甚至可以去掉光電閱讀機，直接在計算機上編程，或者直接接收來自CAPP的信息，實現自動編程。後壹種CNC機床是計算機集成制造系統的基礎設備。現代CNC系統常具有以下功能：
(1) 多坐標軸聯動控制; (2) 刀具位置補償; (3) 系統故障診斷; (4) 在線編程; (5) 加工、編程並行作業; (6) 加工仿真; (7) 刀具管理和監控; (8) 在線檢測。
數控編程原理
所謂數控編程是根據來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動或在人工幹預下生成數控代碼的過程。常用的數控代碼有ISO（國際標準化組織）和EIA（美國電子工業協會）兩種系統。其中ISO代碼是七位補偶代碼，即第8位為補偶位；而EIA代碼是六位補奇碼，即第5列為補奇位。補偶和補奇的目的是為了便於檢驗紙帶閱讀機的讀錯信息。壹般的數控程序是由程序字組成，而程序字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼後的數字和符號組成。每個程序都代表著壹個特殊功能，如G00表示點位控制，G33表示等螺距螺紋切削，M05表示主軸停轉等。壹般情況下，壹條數控加工指令是若幹個程序字組成的，如N012G00G49X070Y055T21中的N012表示第12條指令，G00表示點位控制，G49表示刀補準備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標值，T21表示刀具編號指令。整個指令的意義是：快速運動到點（70，55），壹號刀取2號撥盤上刀補值。
數控編程的方式壹般有四種：
（1） 手工編程； （2） 數控語言編程； （3） CAD/CAM系統編程； （4） 自動編程。
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典型的商品化CAD、CAM軟件簡介
（CAD/CAM）技術是近年來工程技術領域中發展最迅速、最引人註目的壹項高級技術，它已成為工業生產現代化的重要標誌。它對加速工程和產品的開發、縮短產品設計制造周期、提高產品質量、降低成本、增強企業市場競爭能力與創新能力發揮著重要作用。它的應用及發展正引起壹場產品工程設計與制造深刻的技術革命，並對產品結構、產業結構、企業結構、管理結構、生產方式以及人才知識結構方面帶來巨大影響。作為CAD/CAM技術的主要載體，CAD/CAM方面的應用軟件就顯得越來越重要，面對市場上的各種各樣的CAD/CAM軟件，很多企業及應用人員經常會感到很困惑，因為每壹個人的精力都是有限的，不可能把每壹種應用軟件都學會、用好，那末如何購買及使用壹種或幾種應用軟件，並且所選用的軟件是符合自己需求的，或者說花最少的錢、買到最好的軟件、起到最好的利用價值，這就是筆者想在這裏探討的問題。
壹．典型商品化軟件的簡介：
在國內，壹提及CAD軟件絕大多數的人都會想到AutoCAD，AutoCAD系列軟件是Autodesk公司的產品，也是最早進入國內市場的CAD軟件之壹，從最早的2.0版到以後的R13、R14、2000直到如今的2002版，AutoCAD的產品在國內的市場上走過了十幾年的歷程了，從最早期的DOS操作命令到現在的Windows窗口式的操作界面，是大家所最熟悉的CAD軟件。AutoCAD軟件最早是針對二維設計繪圖而開發的，隨著其產品的日益成熟，在二維繪圖領域該軟件已經比較的完善，而且隨著產品設計的發展需要，越來越多的產品設計已經不在停留在二維的設計領域，正在越來越多的朝著三維的產品設計發展，因此在AutoCADR12，R13的版本中已經加入了三維設計的部分，而且隨著版本的不斷更新三維設計的部分也在越來越多的發展，由於該軟件開發中的自身原因，使的該軟件存在壹些的不足之處，比如，該軟件在二維設計中無法做到參數化的全相關的尺寸處理；三維設計中的-實體造型能力不足。但是由於該軟件進入國內市場較早，價格較便宜，對使用的微機要求較低，使用比較簡單，因此使用者還是比較多，該軟件為中國的CAD軟件發展還是起到了壹定的貢獻。總的來說該軟件作為壹套二維的繪圖軟件還是非常好用的。
ParametricTechnologyCrop公司（PTC）的Pro/Engineer以其參數化、基於特征、全相關等概念聞名於CAD界。該軟件的應用領域主要是針對產品的三維實體模型建立、三維實體零件的加工、以及設計產品的有限元分析。該公司新推出的Pro/Engineer2000i2是在原Pro/E的產品上新增了柔性工程技術，包括可視化檢查（VisualSearch），行為建模技術（BehaviorModeling），形狀索引（ShapeIndexing），特征靈活性（FeatureAgility），CDRE渲染（CDRERendering），疲勞預測（FatiguePnediction）。這些針對用戶的人性化的設計技術可以使得設計人員把主要的精力集中到優化設計及產品的創新上，從而提高設計效率。該軟件的參數化特性造型的功能是它的壹個主要功能，它貫穿與整個系統，包括特征、曲面、曲線以及線框模型等。而且系統經過多年的努力，已經把參數化的造型技術應用到工程設計的各個模塊，如繪圖、工程分析、數控編程、布線設計和概念設計等。但是由於它的系統不是基於Windows操作平臺開發的，因此該軟件並非窗口式的對話框，這樣壹來就給學習者帶來了壹定的麻煩。同時該軟件不支持布爾運算以及其它局部造型操作，限制了它的使用。因為該軟件的功能十分強大，所以該軟件在銷售上是先賣給用戶基本操作系統，然後用戶根據自己的實際需要再去購買該軟件的其它功能模塊，比如支持數控加工的（CAM）模快，進行工程分析的有限元分析模快，因此該軟件的價格相對較高，但由於它的功能很強大，國內的壹些大型企業依然是它的主要用戶。另外，值得壹提的是該軟件分為工作站版和微機版，微機版對計算機的性能要求較高，安裝的系統必須是Windows2000、WindowsNT、WindowsXP，而且由於它的動態實體造型功能，相對要求的內存及硬盤空間都要較大，比如，內存就要求至少128M。
UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源於航空、汽車企業（美國麥道航空公司），它的應用範圍基本和Pro/E相似，它以Parasolid幾何造型核心為基礎，采用基於約束的特征建模技術和傳統的幾何建模為壹體的復合建模技術。在三維實體造型時，由於幾何和尺寸約束在造型的過程中被捕捉，生成的幾何體總是完全約束的，約束類型是3D的，而且可用於控制參數曲面。在基於約束的造型環境中支持各種傳統的造型方法，如布爾運算、掃描、曲面縫合等。該軟件的主要缺點是不允許在零件之間定義約束。但UG具有統壹的數據庫，實現了CAD、CAE、CAM之間無數據交換的自由轉換，實現了22.5軸，35軸聯動的復雜曲面加工和鏜銑加工，該軟件的功能也非常的強大，壹般認為UG是業界最好、最具有代表性的數控軟件，它提供了功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車、銑、線切割等完善的加工方法。它的銷售也和Pro/E相似，采用分模塊銷售的辦法，目前我國很多的航空企業都在使用這種軟件，比如江西洪都航空集團公司，陜西飛機制造公司等。該軟件目前的最高版本為UG18。同樣UG軟件的安裝對微機的要求較高：CPU需要奔III566；內存需要256MB；顯卡需要16MB顯存，具有3D加速功能；鼠標要求三鍵鼠標。它的安裝環境與上文提到的Pro/E的安裝環境基本壹致，UG使用起來比較復雜，軟件相對較難掌握。
由法國DassaultSystems（達索）公司開發，後被美國IBM公司收購的CATIA是壹個全面的CAD/CAM/CAE/PDM應用系統，CATIA具有壹個獨特的裝配草圖生成工具，支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零件之間的連接定義，可以進行快速得概念設計。它支持參數化造型和布爾操作等造型手段，支持繪圖與數控加工的雙向數據關聯。CATIA的外形設計和風格設計為零件設計提供了集成工具，而且該軟件具有很強的曲面造型功能，集成開發環境也別具壹格，同樣，CATIA也可進行有限元分析，特別的是，壹般的三維造型軟件都是在三維空間內觀察零件，但是CATIA能夠進行四維空間的觀察，也就是說該軟件能夠模擬觀察者的視野進入到零件的內部去觀察零件，並且它還能夠模擬真人進行裝配，比如使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會出現壹個虛擬裝配的工人。但遺憾的是這套軟件的價格也不便宜，目前筆者見過的最高的工作站版的CATIA應用軟件是CATIAV5，該軟件的微機版對微機的性能要求不太高，CPU選用P41GHz以上的，內存要求較大，另外還需要壹塊專業顯卡。目前哈爾濱飛機制造公司的飛機、汽車等產品就是應用CATIA軟件開發設計的。
SDRC公司的IDeasMasterSeries是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統。在單壹數字模型中完成從產品設計、仿真分析、測量直置數控加工的產品研發全過程，附加的CAM部分IDeasCamand可以方便地仿真刀具及機床的運動，可以從簡單的2軸，2.5軸加工到以7軸5聯動方式來加工極為復雜的工件，並可以對數控加工過程進行自動控制和優化：采用VGX（VaiationalGeometryExtended，即超變量化幾何）技術，VGX技術擴展了變量化產品結構，允許用戶對壹個完整的三維數字產品從幾何造型、設計過程、特征到設計約束，都可以實時直接設計和修改，在全約束和非全約束的情況下均可順利地完成造型，它把直接幾何描述和歷史樹描述結合起來，從而提供了易學易用的特性。模型修改允許形狀幾拓撲關系變化，操作簡便，並非象參數化技術那樣僅僅是尺寸驅動，所有操作均為“拖放”方式，它還支持動態導航、登陸、核對等功能。工程分析是它的特長，並具有多種解算器功能，解算器是IDeas集成軟件的壹個重要組成部分。IDeasMasterSeries在技術上是先進的，它的出現引起了人們的重視。據筆者了解國外很多大型的制造企業都是使用兩種設計軟件，壹種是IDeasMasterSeries，用它來完成產品的設計，另壹種是UG，用它來完成設計產品的制造。
Solidwoks公司的Solidwoks系列軟件是壹套功能相當強大的三維造型軟件，三維造型是該軟件的主要優勢，該軟件從最早的Solidwoks98版開始，就提出了功能強大、易學易用、技術創新這三大特點，就筆者的經驗，該軟件完全采用Windows的窗口界面，操作非常簡單，支持各種運算功能，可以進行實時的全相關性的參數化尺寸驅動，比如，當設計人員修改了任意壹個零件尺寸，就會使得裝配圖、工程圖中的尺寸均隨之變動。另外該軟件的界面友好，使用全中文的窗口式菜單操作，這樣壹來就給使用者提供了學習便利，該軟件的最新版本是新近推出的Solidwoks2001Plus，它秉承了Solidwoks原有特征，如碰撞檢查、智能裝配等，又新增了如動態運動模擬、直觀的幹涉檢查、照片級的產品處理效果、符合GB的二維圖紙等功能，使得該軟件的功能日益強大。另外由於很多的使用者不滿足與單純的產品設計而要求CAD與CAM的結合，Solidwoks2001又開發了CAM模塊——CAMWORKS，使用該模塊能夠很快的將設計好的產品轉換為能夠進行數控加工的G代碼、M指令，使得CAD能和CAM有機的結合，該軟件的另外壹大優勢是價格便宜，因此使用的單位及個人較多，比如國內的相當多的中小型企業都在使用Solidwoks軟件。總的來說，Solidwoks系列產品作為三維的造型、設計軟件還是相當的方便靈活好用的。
Cimatron公司的Cimatron是基於CAD/CAM/PDM的產品，這套軟件的針對性較強，被更多的應用到模具開發設計中，該軟件能夠給應用者提供壹套全面的標準模架庫，方便於使用者進行模具設計中的分型面、抽芯等工作，而且在操作過程中都能進行動態的檢查，可以說該軟件在模具設計領域是非常出色的，國內南方的壹些模具企業都在使用這套軟件，但由於它針對的專業性強，因此Cimatron更多的被應用於模具的生產制造業，而其他行業的使用者較少，另外該軟件的價格相對較貴。
以上介紹的主要都是壹些進口的、國外的軟件，國內的CAD/CAM系統是進幾年才起步的，主要依靠於高等院校的開發研制，這壹類的軟件種類較多，比如具有自主版權的清華大學開發的GHGEMSCAD（高華CAD）；具有三維功能並與有限元分析、數控加工集成的浙江大學開發的GS——CAD；具有參數化功能和裝配設計功能的華中理工大學開發的開目CAD，該軟件也是CAD/CAM/CAPP結合的軟件，目前在國內的市場中使用也較多；北航海爾的CAXA系統是基於STEP的CAD/CAM集成制造系統，具有拖放式的實體造型並結合智能捕捉與三維球定位技術，在國內市場中出現較早，其功能也相對比較強大，在國內的應用也較為廣泛。以上種種國內的應用軟件大都符合中國人的繪圖習慣，符合中國的制圖、制造標準，而且是全中文的界面，符合中國人的使用習慣，因此進幾年國產軟件也慢慢的得到了應用者的廣泛註意。而且國產軟件的價格也是起與洋軟件競爭的壹個有利武器，國產軟件的價格壹般都在幾千至萬元左右，比起國外的動輒幾十萬，甚至上百萬的軟件實在是便宜的多。但憑心而論，國外軟件的功能與技術仍是國產軟件所不能達到的。
二．系統軟件的選用原則：
以上簡單介紹了種種CAD/CAM軟件，但是應該如何選擇合適自己的軟件呢？根據筆者的經驗壹般應考慮以下幾個因素：
系統功能與能力配置
目前，市場上支持CAD/CAM系統的系統軟件和支撐軟件很多，且大多采用了模塊化結構和即插即用的連接與安裝方式。不同的功能通過不同的軟件模塊實現，通過組裝不同模塊的軟件構成不同規模和功能的系統。因此，要根據系統的功能要求確定系統所需要的軟件模塊和規模。
軟件性能價格比
與硬件系統壹樣，目前CAD/CAM軟件的生產廠家和供貨商很多，同樣功能的軟件，不同廠家生產的在性能價格方面有較大的差異，不同供貨渠道，價格上也有壹定的差異，因此，選定軟件產品時，也要進行系統的調研與比較，選擇滿足要求、運行穩定可靠、容錯性好、人機界面友好、具有良好性能價格比的產品。同時，要註意欲購軟件的版本號，該版本推出的日期及與以前壹版本比較的功能改進等方面。
與硬件匹配性
不同的軟件往往要求不同的硬件環境支持。如果軟、硬件都需配置，則要先選軟件，再選硬件，軟件決定著CAD/CAM系統的功能。如果已有硬件，只配軟件，則要考慮硬件能力，配備相應檔次的軟件。大多數軟件分工作站版和微機版，有的是跨平臺的，如AutoCAD，IDEAS，PROE，UG等分別有工作站版和微機版。
二次開發能力與環境
為高質、高效地充分發揮CAD/CAM軟件作用，通常都需要進行二次開發，要了解所選軟件是否具備二次開發的可能性，開放性程度，所提供的二次開發工具，進行二次開發所需要的環境和編程語言。有的支撐軟件提供專用的二次開發語言，有的采用通用的匯編語言進行二次開發，前者的專業性強，學習和培訓量大，但使用中效率較高，而後者則相反。
開放性
所選軟件應與CAD/CAM系統中的設備、其它軟件和通用數據庫具有良好的接口、數據格式轉換和集成能力，具備驅動繪圖機及打印機等設備的接口，具備升級能力，便於系統的應用和擴展。
除此之外，與硬件系統設計壹樣，也要考慮供應商的發展變換趨勢、信譽、經營狀況和售後服務能力，是否具有維護服務機構、手段、維護服務響應效率，能否提供有效的技術支持、培訓、故障檢修和技術文檔資料，產品的市場占有率和已有用戶的反映情況等。
可靠性
所選軟件應在遇到壹些極限處理情況和某些誤操作時，能進行相應處理而不產生系統死機和系統崩潰。
三、結束語
以上介紹的種種軟件都是筆者個人認為比較成熟的、比較可靠的軟件，當然由於篇幅限制，很多的軟件不能壹壹詳細的介紹到，請讀者見諒，而且由於種種原因以上介紹的軟件還有些不盡完備之處，請讀者批評指正。