計(jì)算機(jī)輔助制造基本介紹

除cam的狹義定義外，國(guó)際計(jì)算機(jī)輔助制造組織（ cam-i ）關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助制造有一個(gè)廣義的定義：“通過直接的或間接的計(jì)算機(jī)與企業(yè)的物質(zhì)資源或人力資源的聯(lián)接界面，把計(jì)算機(jī)技術(shù)有效地應(yīng)用于企業(yè)的管理、控制和加工操作?！卑凑者@一定義，計(jì)算機(jī)輔助制造包括企業(yè)生產(chǎn)信息管理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad ）和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)、制造3部分。計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn) 、制造又包括連續(xù)生產(chǎn)過程控制和離散零件自動(dòng)制造兩種計(jì)算機(jī)控制方式。這種廣義的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)又稱為整體制造系統(tǒng)（ims）。采用計(jì)算機(jī)輔助制造零件、部件，可改善對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和品種多變的適應(yīng)能力，提高加工速度和生產(chǎn)自動(dòng)化水平，縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

計(jì)算機(jī)輔助制造的支撐環(huán)境總的來說可分為硬件和軟件兩大方面，具體來說可分為計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)與通信等。

計(jì)算機(jī)硬件一般是指計(jì)算機(jī)的實(shí)體，是相對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件而言，計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)必須同時(shí)具備硬件和軟件才能工作。

計(jì)算機(jī)硬件通常可分為主機(jī)和外部設(shè)備兩部分。主機(jī)通常包括運(yùn)算器、控制器、電源、接口電路、輸入輸出通道（總線）、內(nèi)存儲(chǔ)器等。外部設(shè)備通常是指輸入裝置、輸出裝置、外存儲(chǔ)器等。

計(jì)算機(jī)軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和支持軟件，支持軟件一般指為用戶進(jìn)行二次開發(fā)的工具（或平臺(tái)），應(yīng)用軟件是指用戶自行開發(fā)的專用軟件。

數(shù)據(jù)庫(kù)是通用化的綜合性的數(shù)據(jù)集合，可以提供各種用戶共享而具有最小的多余度和較高的數(shù)據(jù)和程序的獨(dú)立性，能有效地、及時(shí)地處理數(shù)據(jù)，并提供安全性及可靠性。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的，它由計(jì)算機(jī)硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、用戶及其應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理員等組成。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理上分散配制而又具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)相互連接，形成資源共享的計(jì)算機(jī)群體。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩大部分組成。網(wǎng)絡(luò)硬件包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、終端設(shè)備、通信傳輸設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)軟件包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信協(xié)議、通信控制程序等。

數(shù)據(jù)通信是指信息的傳輸、交換和處理。它是繼電報(bào)、電話之后的第三代通信。它不是單純的數(shù)據(jù)通信，而是把原始信息進(jìn)行整理、系統(tǒng)化，將其精華在適當(dāng)?shù)臅r(shí)空進(jìn)行傳輸，以發(fā)揮起作用。

計(jì)算機(jī)輔助制造的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(簡(jiǎn)稱數(shù)控)，是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機(jī)床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱為“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫(kù)中自動(dòng)換刀和自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銑、鉆、鉸、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)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(dāng)多的人工，而且容易出錯(cuò)，最早的CAM便是計(jì)算機(jī)輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機(jī)床的加工零件編程語(yǔ)言APT，它是類似FORTRAN的高級(jí)語(yǔ)言。增強(qiáng)了幾何定義、刀具運(yùn)動(dòng)等語(yǔ)句，應(yīng)用APT使編寫程序變得簡(jiǎn)單。這種計(jì)算機(jī)輔助編程是批處理的。

CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動(dòng)化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍，包括計(jì)算機(jī)數(shù)控，計(jì)算機(jī)輔助過程設(shè)計(jì)。

數(shù)控除了在機(jī)床應(yīng)用以外，還廣泛地用于其它各種設(shè)備的控制，如沖壓機(jī)、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動(dòng)繪圖儀、焊接機(jī)、裝配機(jī)、檢查機(jī)、自動(dòng)編織機(jī)、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個(gè)相應(yīng)行業(yè)CAM的基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測(cè)一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。

從自動(dòng)化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個(gè)工序自動(dòng)化的加工過程，加工中心是實(shí)現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過程自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動(dòng)化加工過程，而計(jì)算機(jī)輔助制造是計(jì)算機(jī)進(jìn)入制造過程這樣一個(gè)總的概念。

一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級(jí)或三級(jí)計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對(duì)下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過程或管理工作。

計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲(chǔ)裝置、檢測(cè)裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。

在CAD/CAM系統(tǒng)中，人們利用計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達(dá)、工程信息的傳輸與轉(zhuǎn)化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具備以下基本功能：

1、產(chǎn)品與過程的建模如何用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)（信息）來表達(dá)描述產(chǎn)品。如產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的描述、產(chǎn)品加工特性的描述、如何將有限元分析所需要的網(wǎng)格及邊界條件描述出來等等。

2、圖形與圖象處理在CAD/CAM系統(tǒng)中，圖形圖象仍然是產(chǎn)品形狀與結(jié)構(gòu)的主要表達(dá)形式，因此，如何在計(jì)算機(jī)中表達(dá)圖形、對(duì)圖形進(jìn)行各種變換、編輯、消隱、光照等處理是CAD/CAM的基本功能。

3、信息存儲(chǔ)與管理設(shè)計(jì)與制造過程會(huì)產(chǎn)生大量、種類繁多的數(shù)據(jù)，如設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型有圖形圖象、文字?jǐn)?shù)字、聲音、視頻等；有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)等。怎樣將CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生這些大量的電子信息存儲(chǔ)與管理好，是CAD/CAM的必備功能。

4、工程分析與優(yōu)化計(jì)算體積、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算、數(shù)值計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

5、工程信息傳輸與交換信息交換有CAD/CAM系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息交換和同一CAD/CAM系統(tǒng)中不同功能模塊的信息交換。

6、模擬與仿真為了檢察產(chǎn)品的性能，往往需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行各種試驗(yàn)與測(cè)試，需要專門的設(shè)備與生產(chǎn)出樣品，并具有破壞性，時(shí)間長(zhǎng)，成本大。通過建立產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字化模式，采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以解決這一問題。如加工軌跡仿真，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，工件、刀具和機(jī)床碰撞與干涉檢驗(yàn)等。

7、人機(jī)交互數(shù)據(jù)輸入、路線與方案的選擇等，都需要人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話。人機(jī)對(duì)話交互的方式有軟件界面與設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)等）

8、信息的輸入與輸出信息的輸入與輸出有人機(jī)交互式輸入輸出與自動(dòng)輸入輸出。

成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它從50年代出現(xiàn)的成組加工，發(fā)展到60年代的成組工藝，出現(xiàn)了成組生產(chǎn)單元和成組加工流水線，其范圍也從單純的機(jī)械加工擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品的制造過程。70年代以后，成組工藝與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)結(jié)合，發(fā)展成為成組技術(shù)，出現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)對(duì)零件進(jìn)行分類編碼、以成組技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性制造系統(tǒng)，并被系統(tǒng)地運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、生產(chǎn)管理等諸多領(lǐng)域，形成了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造，以及有成組技術(shù)特色的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。

成組技術(shù)是一門涉及多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，其理論基礎(chǔ)是相似性，核心是成組工藝。成組工藝與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、相似論、方法論、系統(tǒng)論等相結(jié)合，就形成了成組技術(shù)，在現(xiàn)階段更有計(jì)算機(jī)輔助成組技術(shù)的特色。

成組工藝是把尺寸、形狀、工藝相近似的零件組成一個(gè)個(gè)零件族，按零件族制定工藝進(jìn)行生產(chǎn)制造，這樣就擴(kuò)大了批量，減少了品種，便于采用高效率的生產(chǎn)方式，從而提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，為多品種、小批量生產(chǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益開辟了一條途徑。

零件在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性。以基本相似性為基礎(chǔ)，在制造、裝配的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。因此，二次相似性是基本相似性的發(fā)展，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

成組工藝的基本原理表明，零件的相似性是實(shí)現(xiàn)成組工藝的基本條件。成組技術(shù)就是揭示和利用基本相似性和二次相似性，是工業(yè)企業(yè)得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和信息，獲得經(jīng)濟(jì)效益，并為建立集成信息系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

零件信息描述

輸入零件信息是進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)的第一步，零件信息描述是計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其技術(shù)難度大、工作量大，是影響整個(gè)工藝設(shè)計(jì)效率的重要因素。

零件信息描述的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和完整性將直接影響所設(shè)計(jì)的工藝過程的質(zhì)量、可靠性和效率。因此，對(duì)零件的信息描述應(yīng)滿足以下要求：

（1）信息描述要準(zhǔn)確、完整。所謂完整是指要能夠滿足在進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)時(shí)的需要，而不是要描述全部信息；

（2）信息描述要易于被計(jì)算機(jī)接受和處理，界面友好，使用方便，工效高；

（3）信息描述要易于被工程技術(shù)人員理解和掌握，便于被操作人員運(yùn)用；

（4）由于是計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)，信息描述系統(tǒng)（模塊或軟件）應(yīng)考慮計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)等多方面的要求，以便能夠信息共享。

CAD/CAM系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)是指可觸摸到的物理設(shè)備，如主機(jī)設(shè)備、終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備、輸入輸出設(shè)備，數(shù)控加工及控制設(shè)備等。軟件系統(tǒng)通常是指程序及其相關(guān)文檔的總和，軟件系統(tǒng)一般分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件 。

從不同的角度，CAD/CAM系統(tǒng)可分為不同的類型 。

從硬件角度，分為兩大類：

1、以大型機(jī)或小型計(jì)算機(jī)為主機(jī)的、多用戶分時(shí)系統(tǒng)。主機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)：1)外圍設(shè)備和用戶工作站與主機(jī)相連，用戶工作站中至少有一臺(tái)圖型工作站和一套圖形處理設(shè)備（如圖形終端，圖形輸入輸出設(shè)備等）。2)優(yōu)點(diǎn)：主機(jī)功能強(qiáng)，可處理大量信息，如分析計(jì)算、模擬，使用性能取決于軟件水平。3）缺點(diǎn)：系統(tǒng)專用性強(qiáng)，比較封閉，終端過多，系統(tǒng)速度變慢，價(jià)格較高。另外，系統(tǒng)的可靠性取決于主機(jī)（主機(jī)發(fā)生故障，整個(gè)系統(tǒng)都將癱瘓） 。

2、工程工作站或微機(jī)系統(tǒng)的單用戶系統(tǒng)。此系統(tǒng)特點(diǎn)：1）每一個(gè)工程工作站或微機(jī)系統(tǒng)都能獨(dú)立完成CAD/CAM系統(tǒng)所要求的各項(xiàng)任務(wù)；2）價(jià)格較低；3）可靠性高 。

按功能劃分，CAD/CAM系統(tǒng)可分為CAD、CAM、CAD/CAM 。

1、CAD系統(tǒng)：專門為設(shè)計(jì)而建立的系統(tǒng)，可完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，如造型、會(huì)圖、工程分析仿真與模擬，文檔管理等。不具備數(shù)控編程、加工仿真、生產(chǎn)控制及管理等 。

2、CAM系統(tǒng)：具備數(shù)控編程、加工仿真、生產(chǎn)控制及管理等功能，幾乎不具備造型、會(huì)圖、工程分析仿真與模擬等功能 。

3、CAD/CAM系統(tǒng)：具備CAD與CAM的所有功能，并可進(jìn)行信息的自動(dòng)交換。已成為主流 。

根據(jù)是否使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，CAD/CAM系統(tǒng)又可分為單機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通信線路連接起來的自治的計(jì)算機(jī)集合。包括三個(gè)含義：1、必須有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接在一起，達(dá)到資源共享的目的；2、連接在一起的計(jì)算機(jī)必須有一條信息交換的通道；3、在同一網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換，必須遵循共同的約定與規(guī)則即協(xié)議 。

1、單機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)：具備所有CAD/CAM的軟件與硬件功能。但不能與其他CAD/CAM進(jìn)行信息交換。信息不能共享 。

2、網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)：將具備CAD/CAM的軟件與硬件功能的各個(gè)節(jié)點(diǎn)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信線路進(jìn)行連接就形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAM系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)資源與信息共享。已成為主流。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星型、環(huán)型、總線型和網(wǎng)絡(luò)等形式。由于總線型具有兼容性強(qiáng)，開放性和可擴(kuò)展性良好等特性，因此，總線已成為主流 。

計(jì)算機(jī)輔助制造數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控編程原理

（一）數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)交互的方式生

成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)機(jī)床部件作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。圖3-4-2為數(shù)控系統(tǒng)的功能示意圖。

傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床（NC）上，零件的加工信息是存儲(chǔ)在數(shù)控紙帶上的，通過光電閱讀機(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工控制。后來發(fā)展到計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），功能得到很大的提高，可以將一次加工的所有信"_blank" href="/item/計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)">計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)常具有以下功能：

(1) 多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制;

(2) 刀具位置補(bǔ)償;

(3) 系統(tǒng)故障診斷;

(4) 在線編程;

(5) 加工、編程并行作業(yè);

(6) 加工仿真;

(7) 刀具管理和監(jiān)控;

(8) 在線檢測(cè)。

（二）數(shù)控編程原理

所謂數(shù)控編程是根據(jù)來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動(dòng)或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）兩種系統(tǒng)。其中ISO代碼是七位補(bǔ)偶代碼，即第8位為補(bǔ)偶位；而EIA代碼是六位補(bǔ)奇碼，即第5列為補(bǔ)奇位。補(bǔ)偶和補(bǔ)奇的目的是為了便于檢驗(yàn)紙帶閱讀機(jī)的讀錯(cuò)信息。一般的數(shù)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后的數(shù)字和符號(hào)組成。每個(gè)程序都代表著一個(gè)特殊功能，如G00表示點(diǎn)位控制，G33表示等螺距螺紋切削，M05表示主軸停轉(zhuǎn)等。一般情況下，一條數(shù)控加工指令是若干個(gè)程序字組成的，如N012G00G49X070Y055T21中的N012表示第12條指令，G00表示點(diǎn)位控制，G49表示刀補(bǔ)準(zhǔn)備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標(biāo)值，T21表示刀具編號(hào)指令。整個(gè)指令的意義是：快速運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)（70，55），一號(hào)刀取2號(hào)撥盤上刀補(bǔ)值。常用地址碼的含義如表1所示。

表1 地址碼及其含義

數(shù)控編程的方式一般有四種：

（1） 手工編程； （2） 數(shù)控語(yǔ)言編程； （3） CAD/CAM系統(tǒng)編程； （4） 自動(dòng)編程。

計(jì)算機(jī)輔助制造手工編程

手工編程是編程人員按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的加工程序段和指令格式，手工編寫出待加工零件的數(shù)控加工程序。手工編程的主要步驟如下：

（1） 根據(jù)零件圖紙對(duì)零件進(jìn)行工藝分析；

（2） 確定加工路線和工藝參數(shù)（裝夾順序、表面加工先后順序、切削參數(shù)）；

（3） 確定刀具移動(dòng)軌跡（起點(diǎn)、終點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)形式）；

（4） 計(jì)算機(jī)床運(yùn)動(dòng)所需要數(shù)據(jù)；

（5） 書寫零件加工程序單；

（6） 紙帶穿孔；

可見，手工編程同時(shí)也包括了制定工藝規(guī)程的內(nèi)容，手工編程目前已用得很少。

計(jì)算機(jī)輔助制造數(shù)控語(yǔ)言編程

使用數(shù)控語(yǔ)言編程往往被稱為“自動(dòng)編程”，這種叫法來源于APT（Automatically Programmed Tools）數(shù)控編程語(yǔ)言。事實(shí)上，它并不是自動(dòng)化的編程工具，只是比手工編程前進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)了用“高級(jí)編程語(yǔ)言”來編寫數(shù)控程序。這種編程系統(tǒng)的工作過程如圖3-4-3所示。 圖3-4-3 數(shù)控語(yǔ)言編程過程

用數(shù)控語(yǔ)言編程就是用專用的語(yǔ)言和符號(hào)來描述零件的幾何形狀和刀具相對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的軌跡、順序和其他

工藝參數(shù)等，由于采用類似于計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的數(shù)控語(yǔ)言來描述加工過程，大大簡(jiǎn)化了編程過程，特別是省去了數(shù)值計(jì)算過程，提高了編程效率。用數(shù)控語(yǔ)言編寫的程序稱為源程序，計(jì)算機(jī)接受源程序后，首先進(jìn)行編譯處理，再經(jīng)過后置處理程序才能生成控制機(jī)床的數(shù)控程序。目前常用的數(shù)控編程語(yǔ)言是美國(guó)麻省理工學(xué)院開發(fā)的APT語(yǔ)言。APT語(yǔ)言詞匯豐富，定義的幾何類型多，并配有多種后置處理程序，通用性好，獲得廣泛應(yīng)用。APT語(yǔ)言的源程序是由語(yǔ)句組成的，共有四種類型的語(yǔ)句。而語(yǔ)句則是由詞匯、數(shù)值、標(biāo)識(shí)符號(hào)等按一定語(yǔ)法規(guī)則組成的。

1）幾何定義語(yǔ)句

幾何定義語(yǔ)句的一般形式為： 〈標(biāo)識(shí)符〉=〈幾何元素專用詞〉/參數(shù) 例如，語(yǔ)句C1=CIRCLE/20，80，12，5中，C1為幾何元素定義的名字，VIRCLE為幾何元素類型（圓），20，80，12，5分別表示圓心的坐標(biāo)值和半徑值。

2）刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句

刀具運(yùn)動(dòng)語(yǔ)句用來模擬加工過程中刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡。在APT中用3個(gè)表面來定義刀具的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡。這3個(gè)表面是零件面（PS）、導(dǎo)向面（DS）和檢查面（CS），如圖3-4-4所示。其中零件面是刀具運(yùn)動(dòng)過程中形成的表面；導(dǎo)向面用來定義刀具和零件面之間的位置關(guān)系；檢查面用來確定每次走刀運(yùn)動(dòng)的刀具終止位置。例如TLONPS和TLOFPS分別表示刀具中心正好位于零件面上和不位于零件面上，TLLFT表示刀具在導(dǎo)向面的左面。

圖3-4-4 零件面、導(dǎo)向面和檢查面3）工藝數(shù)據(jù)語(yǔ)句

工藝數(shù)據(jù)語(yǔ)句用來描述工藝數(shù)據(jù)和一些控制功能。例如采用SPINDL/n，CLW表示主軸的轉(zhuǎn)速（n）和轉(zhuǎn)動(dòng)方向（CLW），采用CUTTER/d，r表示銑刀直徑和刀尖圓角半徑等。

4）初始語(yǔ)句和終止語(yǔ)句

初始語(yǔ)句表示程序的名稱，終止語(yǔ)句表示零件程序的結(jié)束。初始語(yǔ)句由“PARTNO”和名稱組成，終止語(yǔ)句用FIN1表示。

圖3-4-5 CAD/CAM系統(tǒng)編程

圖3-4-6 自動(dòng)編程系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)輔助制造CAD/CAM系統(tǒng)編程

采用數(shù)控語(yǔ)言編程雖比手工編程簡(jiǎn)化許多，但仍需要編程人員編寫源程序，仍比較費(fèi)時(shí)。為此，后來又發(fā)展了CAD/CAM編程技術(shù)。到目前幾乎所有大型CAD/CAM應(yīng)用軟件都具備數(shù)控編程功能。在使用這種系統(tǒng)編程時(shí)，編程人員不需要編寫數(shù)控源程序，只需要從CAD數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出零件圖形文件，并顯示在屏幕上，采用多級(jí)功能菜單作為人機(jī)界面。編程過程中，系統(tǒng)還會(huì)給出大量的提示。這種方式操作方便，容易學(xué)習(xí)，又可大大提高編程效率。一般CAD/CAM系統(tǒng)編程部分都包括下面的基本內(nèi)容：查詢被加工部位圖形元素的幾何信息；對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行工藝處理；刀具中心軌跡計(jì)算；定義刀具類型；定義刀位文件數(shù)據(jù)。

對(duì)于一些功能強(qiáng)大的CAD/CAM系統(tǒng)，甚至還包括數(shù)據(jù)后置處理器，自動(dòng)生成數(shù)控加工源程序，并進(jìn)行加工模擬，用來檢驗(yàn)數(shù)控程序的正確性。圖3-4-5為這種系統(tǒng)的示意圖。

計(jì)算機(jī)輔助制造自動(dòng)編程

上述CAD/CAM系統(tǒng)編程中，仍需要編程人員過多地干預(yù)才能生成數(shù)控源程序。隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)控自動(dòng)編程成為可能。圖3-4-6所示為自動(dòng)編程系統(tǒng)的組成。系統(tǒng)從CAD數(shù)據(jù)庫(kù)獲取零件的幾何信息，從CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲取零件加工過程的工藝信息，然后調(diào)用NC源程序生成數(shù)控源程序，再對(duì)源程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，如果正確無誤，則將加工指令送到機(jī)床進(jìn)行加工。

cam 已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、機(jī)械制造業(yè)、家用電器和電子產(chǎn)品制造業(yè)。

cam的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

機(jī)械產(chǎn)品的零件加工

① 機(jī)械產(chǎn)品的零件加工（切削、沖壓、鑄造、焊接、測(cè)量等）、部件組裝、整機(jī)裝配、驗(yàn)收 、包裝入庫(kù) 、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)控制和管理。 在金屬切削加工中，計(jì)算機(jī)內(nèi)預(yù)先建立有基本切削條件方程， 根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的參數(shù)和機(jī)床工作狀況，調(diào)整進(jìn)給率、切削力、切削速度、切削操作順序和冷卻液流量，在保證零件 表面光潔度和加工精度的條件下，使加工效率、刀具磨損和能源消耗達(dá)到最優(yōu)。

電子產(chǎn)品的元件器件老煉

②電子產(chǎn)品的元件器件老煉、測(cè)試、篩 選，元件器件自動(dòng)插入印制電路板，波峰焊接，裝置板、機(jī)箱布線的自動(dòng)繞接，部件、整件和整機(jī)的自動(dòng)測(cè)試。

各種機(jī)電產(chǎn)品的成品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制

③各種機(jī)電產(chǎn)品的成品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制，能完成人工方法不能完成的復(fù)雜產(chǎn)品（如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、超大規(guī)模集成電路、電子計(jì)算機(jī)等）的大量測(cè)試工作。

設(shè)計(jì)自動(dòng)化定義

CAM是指計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品制造方面有關(guān)應(yīng)用的總稱。CAM有廣義和狹義之分

設(shè)計(jì)自動(dòng)化CAM廣義

廣義CAM一般是指計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行的從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的間接和直接的所有活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物料作業(yè)計(jì)劃的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。

設(shè)計(jì)自動(dòng)化CAM狹義

狹義CAM通常僅指數(shù)控程序的編制（又稱數(shù)控零件程序設(shè)計(jì)）。數(shù)控編程是對(duì)所有采用數(shù)控的設(shè)備如數(shù)控機(jī)床、數(shù)控檢測(cè)儀器、數(shù)控機(jī)器人等進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及數(shù)控代碼（又稱NC代碼）的生成等。一般來說，狹義的概念采用得比較廣泛。

上述概念比較抽象，理解起來比較困難。簡(jiǎn)單說來，CAD就是用計(jì)算機(jī)繪制圖紙來代替人工繪圖，CAPP就是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃來代替人工生產(chǎn)計(jì)劃，CAM就是用計(jì)算機(jī)預(yù)定機(jī)器運(yùn)行軌跡來代替人工操作機(jī)器運(yùn)行。2100433B