概念

    一般来说,计算机辅助制造(computer aided manufacturing,CAM)是指应用计算机来进行产品制造的统称。有广义CAM和狭义CAM之分。广义CAM是指利用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程,其中包括直接制造过程和间接制造过程。狭义CAM是指制造过程中某个环节应用计算机,在计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)中,通常是指计算机辅助机械加工(computer aided machining),更明确地说,是指数控加工,它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容,输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。

 

计算机辅助制造系统

    计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作,它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围,并根据一个总体的管理策略控制每项作业。

    从自动化的角度看,数控机床加工是一个工序自动化的加工过程,加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化,计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程,而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。

    一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络,它由两级或三级计算机组成,中央计算机控制全局,提供经过处理的信息,主计算机管理某一方面的工作,并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控,计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作。

    计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面:硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等,软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。

支撑环境

    计算机辅助制造的支撑环境总的来说可分为硬件和软件两大方面,具体来说可分为计算机硬件、计算机软件、数据库、网络与通信等。

    计算机硬件一般是指计算机的实体,是相对于计算机软件而言,计算机硬件和软件共同组成计算机系统,计算机必须同时具备硬件和软件才能工作。

    计算机硬件通常可分为主机和外部设备两部分。主机通常包括运算器、控制器、电源、接口电路、输入输出通道(总线)、内存储器等。外部设备通常是指输入装置、输出装置、外存储器等。

    计算机软件可以分为系统软件和应用软件。系统软件主要包括计算机操作系统和支持软件,支持软件一般指为用户进行二次开发的工具(或平台),应用软件是指用户自行开发的专用软件。

    数据库是通用化的综合性的数据集合,可以提供各种用户共享而具有最小的多余度和较高的数据和程序的独立性,能有效地、及时地处理数据,并提供安全性及可靠性。

    数据库系统是在计算机系统的基础上建立起来的,它由计算机硬件、数据库管理系统、用户及其应用程序、数据库管理员等组成。

    计算机网络是指将地理上分散配制而又具有独立功能的多台计算机、终端设备、传输设备和网络软件实现相互连接,形成资源共享的计算机群体。

    计算机网络由硬件和软件两大部分组成。网络硬件包括计算机系统、终端设备、通信传输设备等。网络软件包括网络操作系统、网络数据库、网络协议、通信协议、通信控制程序等。

    数据通信是指信息的传输、交换和处理。它是继电报、电话之后的第三代通信。它不是单纯的数据通信,而是把原始信息进行整理、系统化,将其精华在适当的时空进行传输,以发挥起作用。

计算机辅助成组技术

    成组技术是计算机辅助制造系统的基础。它从50年代出现的成组加工,发展到60年代的成组工艺,出现了成组生产单元和成组加工流水线,其范围也从单纯的机械加工扩展到整个产品的制造过程。70年代以后,成组工艺与计算机技术和数控技术结合,发展成为成组技术,出现了用计算机对零件进行分类编码、以成组技术为基础的柔性制造系统,并被系统地运用到产品设计、制造工艺、生产管理等诸多领域,形成了计算机辅助设计、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助制造,以及有成组技术特色的计算机集成制造系统。

    成组技术是一门涉及多种学科的综合性技术,其理论基础是相似性,核心是成组工艺。成组工艺与计算机技术、数控技术、相似论、方法论、系统论等相结合,就形成了成组技术,在现阶段更有计算机辅助成组技术的特色。

    成组工艺是把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个个零件族,按零件族制定工艺进行生产制造,这样就扩大了批量,减少了品种,便于采用高效率的生产方式,从而提高了劳动生产率,为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径。

    零件在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性。以基本相似性为基础,在制造、装配的生产、经营、管理等方面所导出的相似性,称为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发展,具有重要的理论意义和实用价值。

    成组工艺的基本原理表明,零件的相似性是实现成组工艺的基本条件。成组技术就是揭示和利用基本相似性和二次相似性,是工业企业得到统一的数据和信息,获得经济效益,并为建立集成信息系统打下基础。

零件信息描述

    输入零件信息是进行计算机辅助工艺过程设计的第一步,零件信息描述是计算机辅助工艺过程设计的关键,其技术难度大、工作量大,是影响整个工艺设计效率的重要因素。

    零件信息描述的准确性、科学性和完整性将直接影响所设计的工艺过程的质量、可靠性和效率。因此,对零件的信息描述应满足以下要求:

(1)信息描述要准确、完整。所谓完整是指要能够满足在进行计算机辅助工艺过程设计时的需要,而不是要描述全部信息;
(2)信息描述要易于被计算机接受和处理,界面友好,使用方便,工效高;
(3)信息描述要易于被工程技术人员理解和掌握,便于被操作人员运用;
(4)由于是计算机辅助工艺过程设计,信息描述系统(模块或软件)应考虑计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助检测等多方面的要求,以便能够信息共享。

计算机辅助工艺过程设计

    计算机辅助工艺过程设计(computer aided process planning,CAPP)是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(图形)和加工工艺信息(材料、热处理、批量等),由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。

    计算机辅助工艺过程设计属于工程分析与设计范畴,是重要的生产准备工作之一。由于制造系统的出现,计算机辅助工艺过程设计向上与计算机辅助设计相接,向下与计算机辅助制造相连,它是设计与制造之间的桥梁,设计信息只能通过工艺过程设计才能生成制造信息,设计只能通过工艺设计才能与制造实现信息和功能的集成。

    计算机辅助工艺过程设计的内容主要有:
(1)毛坯的选择及毛坯图的生成;
(2)定位基准与夹紧方案的选择;
(3)加工方法的选择;
(4)加工顺序的安排;
(5)通用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备的选择;
(6)工艺参数的计算;
(7)专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出;
(8)工艺文件的输出。


    计算机辅助工艺过程设计的步骤如下:
(1)输入产品图纸信息;
(2)拟定工艺路线和工序内容;
(3)确定加工设备和工艺装备;
(4)计算工艺参数;
(5)输出工艺文件。

计算机辅助工艺过程设计

    系统按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式等。

    检索式工艺过程设计系统是针对标准工艺的,将设计好的零件标准工艺进行编号,存储在计算机中,当制定零件的工艺过程时,可根据输入的零件信息进行搜索,查找合适的标准工艺。

    派生式工艺过程设计就是利用"零件有相似性,相似的零件有相似的工艺过程"这一原理,通过检索相似典型零件的工艺过程,加以增删或编辑而派生一个新零件的工艺过程。

    创成式工艺过程设计系统和派生式系统不同,它是根据输入的零件信息,依靠系统中的工程数据和决策方法自动生成零件的工艺过程。

计算机辅助数控加工

    计算机辅助数控加工由6个功能模块组成:
(1)工艺分析和加工参数设置模块;
(2)几何分析模块;
(3)刀位轨迹生成模块;
(4)刀位仿真模块;
(5)后置处理模块;
(6)加工过程仿真模块。

    计算机辅助数控加工软件系统所需的几何信息可通过CAD集成输入或零件图纸人机交互输入,工艺信息则由CAPP输入。

 

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