CAD/CAM系統的自動編程
CAD/CAM系統的自動編程原理: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零件，輸入相應的加工參數，計算機就能自動進行必要的數學處理，編制數控加工程序，同時在計算機屏幕上動態顯示刀具的加工軌跡。
CAD/CAM系統中自動編程的特點:將零件加工的幾何建模、刀位計算、圖形顯示和後置處理結合起來，有效地解決了編程的數據源、圖形顯示、刀具軌跡仿真和交互修改等問題，彌補了數控編程的不足；編程過程直接在計算機上與零件的幾何圖形進行交互，用戶不需要編寫零件加工的源程序，因此用戶界面友好，使用簡單、直觀、準確、易於檢查。有利於實現系統的集成，不僅是產品設計(CAD)與數控加工編程(NCP)的集成，而且是與工藝規劃(CAPP)、刀具和量具設計等生產過程的集成。
CAD/CAM系統自動編程步驟:幾何建模、加工過程分析、刀具軌跡生成、刀位驗證和刀具軌跡編輯、後置處理、輸出NC程序。
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CAM(計算機輔助制造)的核心是計算機數控(簡稱CNC)，是將計算機應用於制造過程的過程或系統。1952年，麻省理工學院首先研制出數控銑床。數控的特點是機床由編碼在穿孔紙帶上的程序指令控制。此後又發展出壹系列數控機床，包括被稱為“加工中心”的多功能機床，能自動從刀庫換刀，自動改變工位，能連續完成磨刀、鉆孔、餃子攻絲等多道工序。這些過程都是由程序指令控制的，只要改變程序指令就可以改變加工過程。數控的這種加工柔性就叫做“柔性”。加工程序的編制不僅需要大量的人力，而且容易出錯。最早的CAM是計算機輔助加工零件編程。1950年，麻省理工學院研究開發了類似FORTRAN的高級語言APT。幾何定義、刀具運動等語句增強，APT的應用使得編寫程序變得簡單。這種計算機輔助編程是批量的。
CAM系統壹般有兩個功能:數據轉換和過程自動化。CAM的範圍包括計算機數控和計算機輔助工藝設計。
除了在機床上的應用，數控還廣泛應用於其他設備的控制，如沖床、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、檢驗機、自動針織機、電腦刺繡和服裝裁剪等。，成為各種對應行業CAM的基礎。
計算機輔助制造系統是通過計算機層次結構來控制和管理制造過程的壹項多方面的工作。它的目標是開發壹個集成的信息網絡，以監控各種相互關聯的制造操作，並根據總體管理策略控制每項操作。
從自動化的角度來看，數控機床加工是自動化加工過程，加工中心是實現部分或全部機械加工過程的自動化，計算機直接控制和柔性制造系統是完成某壹族零件或不同族零件的自動化加工過程，計算機輔助制造是計算機進入制造過程的壹個總的概念。
大型計算機輔助制造系統是由兩臺或三臺計算機組成的具有分層計算機結構的網絡。中央計算機控制全局，提供處理過的信息，主計算機管理某項工作，發布指令和監視從屬計算機工作站或微型計算機，它們承擔單壹的過程控制過程或管理工作。
計算機輔助制造系統的組成可分為硬件和軟件:硬件包括數控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等。，軟件包括數據庫、計算機輔助工藝設計、計算機輔助數控編程、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計劃和調度、計算機輔助質量控制等。
到目前為止，CAM(計算機輔助制造)有狹義和廣義兩個概念。CAM狹義的概念是指從產品設計到加工制造的所有生產準備活動，包括CAPP、NC編程、工時定額的計算、生產計劃的制定、資源需求計劃的制定等。這是原始CAM系統的狹義概念。今天，CAM的狹義概念甚至進壹步淪為數控編程的代名詞。CAPP壹直被視為壹個特殊的子系統，工時定額的計算、生產計劃的制定和資源需求計劃的制定被劃分到MRP ⅱ/ERP系統中來完成。廣義的CAM包括的內容要多得多，除了上述狹義的CAM所包含的全部內容外，還包括制造活動中與物流相關的所有過程(加工、裝配、檢驗、儲存和運輸)的監視、控制和管理。
數控系統
數控系統是機床的控制部分。它根據輸入的圖紙信息、工藝流程和工藝參數，以人機交互的方式生成數控加工程序，然後通過電脈沖的次數，再通過伺服驅動系統，驅動機床部件做出相應的運動。圖3-4-2是數控系統的功能示意圖。
在傳統的數控機床(NC)上，零件的加工信息存儲在NC紙帶上，通過光電閱讀器讀取NC紙帶上的信息來實現機床的加工控制。後來發展成計算機數控(CNC)，功能大大提升。壹次加工的所有信息可以壹次性讀入計算機內存，避免了頻繁啟動閱讀器。更先進的數控機床甚至可以擺脫光電閱讀器，直接在計算機上編程，或者直接從CAPP接收信息，實現自動編程。後者數控機床是計算機集成制造系統的基礎設備。現代數控系統通常具有以下功能:
(1)多軸聯動控制；(2)刀具位置補償；(3)系統故障診斷；(4)在線編程；(5)加工與編程並行操作；(6)加工仿真；(7)工具管理和監控；(8)在線檢測。
數控編程原理
所謂數控編程，就是根據來自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)。ISO碼是七位補碼，即第八位是補碼位；EIA碼是壹個6位奇數補碼，即第5列是奇數補碼位。互補奇偶性和奇奇偶性的目的是檢查紙帶閱讀機的錯誤閱讀信息。壹般數控程序由程序字組成，程序字由英文字母表示的地址碼和地址碼後的數字和符號組成。每個程序代表壹個特殊的功能，如G00為點控制，G33為等螺距螺紋切削，M05為主軸停轉等。壹般壹個數控加工指令由幾個程序字組成，如N012g 00g 49 X 070Y 055t 21，n 012，G00，點控制，G49，刀具補償準備功能，X070和Y055，X和Y，t的坐標值，整個指令的含義是:快速移動到點(70，55)，1號刀從2號撥盤取補償值。
數控編程壹般有四種方式:
(1)手動編程；(2)數控編程；(3) CAD/CAM系統編程；(4)自動編程。
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典型商用CAD和CAM軟件簡介
(CAD/CAM)技術是近年來工程技術領域發展最快、最引人註目的先進技術，已成為工業生產現代化的重要標誌。它對加快工程和產品的開發，縮短產品的設計和制造周期，提高產品質量，降低成本，增強企業的市場競爭力和創新能力具有重要作用。它的應用和發展正在引起產品工程設計和制造的壹場深刻的技術革命，並對產品結構、產業結構、企業結構、管理結構、生產方式和人才知識結構產生重大影響。作為CAD/CAM技術的主要載體，CAD/CAM應用軟件變得越來越重要。面對市場上各種各樣的CAD/CAM軟件，很多企業和應用人員往往會感到迷茫，因為每個人的精力都是有限的，不可能把每壹個應用軟件都學好用好。那麽如何購買和使用壹個或多個應用軟件，並且選擇的軟件符合自己的需求，或者花最少的錢呢？
典型商業軟件簡介:
在中國，提到CAD軟件，大多數人會想到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版本到後來的R13，R14，2000到現在的2002版本，AutoCAD產品在國內市場已經走過了十幾年，從最早的DOS操作命令到現在。AutoCAD軟件最初是為二維設計和繪圖而開發的。隨著其產品的成熟，該軟件在二維繪圖領域已經比較完善，而隨著產品設計的發展，越來越多的產品設計不再是二維設計領域，而是朝著三維產品設計方向發展。所以在AutoCADR12中，R13的版本增加了三維設計的部分，並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。由於本軟件開發中自身的原因，本軟件存在壹些不足，例如，本軟件在二維設計中不能做參數化和完全相關的尺寸處理；三維設計中的實體建模能力不足。但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，使用也相對簡單，所以用戶還是很多的。該軟件為我國CAD軟件的發展做出了壹定的貢獻。總的來說，軟件作為壹套二維繪圖軟件是非常有用的。
ParametricTechnologyCrop公司(PTC)的Pro/Engineer以其參數化、基於特征、全相關等概念在CAD領域享有盛名。該軟件的應用領域主要針對產品三維實體模型的建立、三維實體零件的加工和設計產品的有限元分析。該公司推出的新Pro/Engineer2000i2在原有Pro/E產品的基礎上增加了靈活的工程技術，包括VisualSearch、BehaviorModeling、ShapeIndexing、FeatureAgility、CDRERendering和FatiguePnediction。這些面向用戶的人性化設計技術，可以讓設計師把主要精力放在優化設計和產品創新上，從而提高設計效率。軟件的參數化特征建模功能是其主要功能之壹，貫穿於整個系統，包括特征、曲面、曲線和線框模型。而且經過多年的努力，該系統已經將參數化建模技術應用於工程設計的各個模塊，如繪圖、工程分析、數控編程、布線設計、概念設計等。但由於其系統不是基於Windows操作平臺開發的，軟件也不是窗口對話框，給學習者帶來壹些麻煩。同時，軟件不支持布爾運算等局部建模操作，限制了其使用。因為軟件的功能非常強大，所以軟件是先賣給用戶的基礎操作系統，然後用戶根據自己的實際需要購買軟件的其他功能模塊，比如支持數控加工的CAM模塊，工程分析的FEM模塊，所以軟件的價格比較高。但由於其功能強大，國內壹些大型企業仍是其主要用戶。另外，值得壹提的是，軟件分為工作站版和微機版。微機版對電腦性能要求較高，安裝的系統必須是Windows2000、WindowsNT、WindowsXP。而且由於其動態實體建模功能，相對需要的內存和硬盤空間較大。例如，內存至少需要128M。
UnigraphicsSolutions的UG起源於航空、汽車企業(美國麥道航空公司)，應用範圍與Pro/E基本相似，是以Parasolid幾何造型核心為基礎，采用基於約束的特征造型技術和傳統幾何造型為壹體的復合造型技術。在三維實體建模中，由於幾何約束和尺寸約束是在建模過程中捕獲的，因此生成的幾何圖形始終是完全約束的，約束類型為三維，並且可用於控制參數化曲面。基於約束的建模環境支持各種傳統的建模方法，如布爾運算、掃描和曲面拼接。該軟件的主要缺點是不允許定義零件之間的約束。而UG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。軟件也很強大。普遍認為UG是業界最好的、最具代表性的數控軟件，它提供了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。其銷售類似於Pro/E，采用模塊化銷售的方式。目前國內很多航空企業都在使用這個軟件，比如江西洪都航空集團公司、陜西飛機制造公司等。這個軟件的最高版本是UG18。同樣，UG軟件的安裝對微機的要求也更高:CPU需要運行III566；內存需要256MB；顯卡需要16MB內存，有3D加速功能；鼠標需要pc鼠標。它的安裝環境和上面提到的Pro/E基本相同。UG使用起來比較復雜，軟件相對難以掌握。
CATIA是由法國達索系統公司(DassaultSystems)開發，美國IBM收購的CAD/CAM/CAE/PDM綜合應用系統。CATIA具有生成裝配草圖的獨特工具，支持無約束裝配草圖和裝配圖中零件之間連接的定義，可用於快速概念設計。支持參數化建模、布爾運算等建模方法，支持繪圖與數控加工的雙向數據關聯。CATIA的造型設計和風格設計為零件設計提供了集成工具，軟件具有強大的曲面造型功能，集成開發環境獨特。同樣，CATIA也可以進行有限元分析。特別是壹般的三維建模軟件是在三維空間觀察零件，而CATIA可以觀察四維空間。也就是說，軟件可以模擬觀察者的視野進入零件內部觀察零件，也可以模擬真人裝配。比如，只要用戶輸入性別、身高等特征，就會出現壹個虛擬的裝配工人。可惜這個軟件價格也不便宜。目前我見過的CATIA應用軟件的最高工作站版本是CATIAV5。該軟件的微機版對微機的性能要求較低。CPU選擇P41GHz以上，需要大內存，還需要專業顯卡。目前，哈爾濱飛機制造公司的飛機、汽車等產品都是由CATIA軟件開發設計的。
SDRC公司的IDeasMasterSeries系列是壹個高度集成的CAD/CAE/CAM軟件系統。在單壹數字模型中完成從產品設計、仿真分析和測量直接數控加工的產品開發全過程。附加的CAM部分IDeasCamand可以方便地模擬刀具和機床的運動，可以加工從簡單的2軸和2.5軸加工到7軸和5軸聯動的極其復雜的工件。並且可以自動控制和優化數控加工過程:采用VGX (Variable Geometry Extended)技術，擴展了可變的產品結構，允許用戶實時直接設計和修改壹個完整的三維數字產品，從幾何建模、設計過程、特征到設計約束，可以在全約束和非全約束下順利完成建模。它結合了直接的幾何描述和歷史樹描述。模型修改允許改變形狀的幾種拓撲關系，操作簡單方便。不僅僅是像參數化技術壹樣大小驅動，所有操作都是“拖拽”。還支持動態導航、登錄、查看等功能。工程分析是其專業，具有多種求解器功能，求解器是IDeas集成軟件的重要組成部分。IDeasMasterSeries技術先進，它的出現引起了人們的關註。據筆者了解，國外很多大型制造企業使用兩種設計軟件，壹種是IDeasMasterSeries，用於完成產品設計，另壹種是UG，用於完成設計產品制造。
Solidwoks公司的Solidwoks系列軟件是壹套功能相當強大的三維建模軟件，三維建模是該軟件的主要優勢。從最早的Solidwoks98版本開始，軟件就提出了三個特點:功能強大、易學易用、技術創新。根據筆者的體驗，軟件完全采用Windows的窗口界面，操作非常簡單，支持各種計算功能。可以進行全相關的實時參數化尺寸驅動。例如，當設計者修改任何零件尺寸時，裝配圖和工程圖中的尺寸將相應地改變。此外，軟件界面友好，采用中文窗口菜單操作，為用戶學習提供了方便。軟件的最新版本是新推出的Solidwoks2001Plus，繼承了Solidwoks原有的碰撞檢測、智能裝配等功能，增加了動態運動模擬、直觀幹涉檢測、照片級產品加工效果、符合GB的二維圖紙等功能，使軟件功能化。另外，由於很多用戶不滿足於簡單的產品設計，要求CAD和CAM相結合，Solidwoks2001開發了壹個CAM模塊——CAM works。利用該模塊，可以將設計的產品快速轉換成數控加工的g代碼和M指令，使CAD與CAM有機結合。這款軟件的另壹個優勢是價格低廉，所以被很多單位和個人使用，比如國內相當多的中小企業。總的來說，Solidwoks系列產品作為三維建模和設計軟件，使用起來相當方便、靈活、易用。
Cimatron公司的Cimatron是基於CAD/CAM/PDM的產品。該軟件針對性強，在模具開發設計中應用廣泛。該軟件可為用戶提供全面的標準模架，方便用戶在模具設計中進行分型面和抽芯，並可在運行中進行動態檢查。可以說這個軟件在模具設計領域是非常優秀的。華南地區的壹些模具企業都在用這個軟件，但是Cimatron因為專業性強，更多的是用在模具制造上，而其他行業的用戶較少，而且這個軟件的價格也比較貴。
上述軟件主要是進口和國外的。國內的CAD/CAM系統是近幾年才起步的，主要依靠高校發展。這類軟件有很多種，如清華大學自主版權開發的GHGEMSCAD(高華CAD)；浙江大學開發的集三維功能、有限元分析和數控加工於壹體的GS-CAD；華中科技大學開發的具有參數化功能和裝配設計功能的穆凱CAD也是壹款結合CAD/CAM/CAPP的軟件，目前在國內市場上也有廣泛應用。北航海爾的CAXA系統是基於STEP的CAD/CAM集成制造系統，具有拖放式實體建模，結合了智能抓取和三維球定位技術。在國內市場出現的比較早，功能也比較強大，在國內應用也比較廣泛。以上大部分國產應用軟件符合中國人的繪圖習慣，符合中國的繪圖和制造標準，界面全中文，符合中國人的使用習慣。因此，國產軟件近年來逐漸獲得了用戶的廣泛關註。而且，國產軟件的價格也是與國外軟件競爭的有利武器。壹般國產軟件的價格在幾千到壹萬元左右，比國外幾十萬甚至上百萬的軟件便宜很多。但平心而論，國外軟件的功能和技術還是國產軟件望塵莫及的。
2.系統軟件的選擇原則:
上面簡單介紹了各種CAD/CAM軟件，但是如何選擇合適的軟件呢？根據作者的經驗，壹般應考慮以下因素:
系統功能和能力配置
目前，市場上支持CAD/CAM系統的系統軟件和配套軟件很多，且大多采用模塊化結構和即插即用的連接安裝方式。不同的功能由不同的軟件模塊實現，不同模塊的軟件組裝成不同規模和功能的系統。因此，需要根據系統的功能需求，確定系統所需的軟件模塊和規模。
軟件性能價格比
和硬件系統壹樣，目前CAD/CAM軟件的廠商和供應商也很多。不同廠商生產的相同功能的軟件在性能和價格上有很大的差異，在不同的供應渠道上價格也有壹定的差異。因此，在選擇軟件產品時，也要進行系統的研究和比較，選擇符合要求、運行穩定可靠、容錯性好、人機界面友好、性價比好的產品。同時要註意要購買的軟件的版本號、上線日期以及與之前版本相比的功能改進。
與硬件的兼容性
不同的軟件往往需要不同的硬件環境支持。如果軟件和硬件都需要配置，先選軟件，再選硬件。軟件決定了CAD/CAM系統的功能。如果現有硬件只配備軟件，就要考慮硬件能力，配備相應等級的軟件。大部分軟件分為工作站版和微機版，有些是跨平臺的。比如AutoCAD、IDEAS、PROE、UG分別有工作站版和微機版。
二次開發能力和環境
為了高質量、高效率地發揮CAD/CAM軟件的作用，通常需要進行二次開發。需要了解所選軟件是否具有二次開發的可能性，開放程度，為二次開發提供的工具，二次開發需要的環境和編程語言。壹些支撐軟件提供專門的二次開發語言，壹些使用通用匯編語言進行二次開發。前者專業性強，學習訓練量大，但使用效率高，後者則相反。
公開
所選用的軟件應具有良好的接口、數據格式轉換和與CAD/CAM系統中設備的集成能力、其他軟件和通用數據庫、驅動繪圖儀和打印機的接口、升級能力，便於系統的應用和擴展。
另外，和硬件系統設計壹樣，還要考慮供應商的發展趨勢、信譽、經營狀況和售後服務能力，是否有維修服務機構、手段和響應效率，是否能提供有效的技術支持、培訓、故障排除和技術文檔，產品的市場占有率和現有用戶的反饋。
可靠性
選用的軟件應該能夠應對壹些極端的處理情況和壹些誤操作，而不會出現系統崩潰和系統崩潰的情況。
三。結束語
上述軟件在我個人看來都是成熟可靠的。當然，由於篇幅所限，很多軟件無法詳細介紹。請見諒，由於種種原因，上述軟件還不全。請批評指正。