數控機床自上世紀40和50年代誕生以來,徹底改變了傳統機械(金屬加工)的格局,是現代化生產必不或缺的母機。
同泰數字制造平臺提供的的自主高效銑削方案,采用擺線和修型偏置兩種刀路相結合的方式,充分發揮了兩者的長處。
數控機床自上世紀40和50年代誕生以來,徹底改變了傳統機械(金屬加工)的格局,是現代化生產必不或缺的母機。與普通機床不同,數控機床的每一個動作都必須由數控機床的指令決定。一組有序指令集就是所謂的數控程序。隨著產品幾何形狀不斷的復雜化,所需的加工刀具運動的維度的增加以及加工工藝優化對刀具運動的要求的提高,人工編制數控程序的方法在大多數情況下已不可能。采用計算機編程是當今的通常手段。這類用于數控編程的軟件系統被稱為計算機輔助制造即CAM-ComputerAided Manufacturing系統。在數字制造環境和制造信息處理鏈里CAM是緊接這計算機輔助設計CAD-ComputerAidedDesign系統的下一環。
CAM系統的誕生于上世紀50年代在美國麻省理工學院開展的由政府、高校和航空企業聯合開展的APT(AutomaticallyProgrammedTool)項目。其成果APT語言是一種計算機高級語言,用于描述刀具加工時的空間運動并通過APT程序產生控制數控機床運動的指令。APT項目對以后CAM系統發展進程的影響極其深遠。一般認為,當時主導項目的美國麻省理工Douglas T. Ross先生是APT和CAM系統之父。恰恰也是這位先生首創了 Computer Aided Design 這個詞,并指出圖形界面在工業界應用中的巨大潛力。因此,CAD和CAM系統在它們誕生的時候就是一對同根兄弟。從處理的信息角度看,這兩個系統的信息邏輯最底層都是零件或物體的幾何信息,所以這兩個系統都需要幾何內核作為支撐。而兩個系統的不同之處是它們不同的應用場景:CAD系統的任務是借助于幾何內核和其他設計功能生成產品零件的幾何形狀,而CAM系統則以這個幾何形狀為出發點,依托幾何內核和刀路規劃的功能產生控制數控機床的指令。這里CAM系統面對的不僅是CAD系統提供的零件的最終或理想形狀,而是零件從坯料到最終形狀各種中間狀態。從上述意義上說CAD和CAM又是一對連體兄弟。這或許是許多文獻上將這兩系統寫成CAD/CAM的原因之一吧。
CAM系統主要由三大部分組成:輸入,刀路規劃和輸出。輸入部分主要由讀入各種CAD系統文本格式的接口組成。對有些不公開的文本格式,需要購買專用接口軟件。如果CAM是嵌入CAD系統的,則可以通過系統內部接口直接讀入CAD零件模型。另外,這部分還包括模型的修補、模型的工藝修改功能(如模具的圓角修改,沖壓件的回彈補償等)。刀路規劃部分是CAM系統的主體。傳統加工(鉆,銑,車等)的刀路可以分為兩軸或兩軸半,三軸或三加二軸和多軸聯動等多種。為了保證刀路,特別是多軸聯動刀路的有效和正確性,系統的這部分還具備刀路仿真、碰撞檢測的功能。這里涉及了機床運動部分、零件的中間形狀和時序等信息(所謂四維空間)。另外,隨著非傳統加工手段如電加工(線切割和電蝕),激光加工,水加工,3D打印等的不斷涌現,也有針對這類加工的刀路規劃手段。刀路和部分加工工藝信息按傳統的CAM概念是所謂中性(通用性)的,即不針對具體的加工機床和控制器。因此這些信息還必須通過輸出部分轉換為針對具體機床或控制器的指令,并輸入刀具的補償數據才能進行實際的加工。
上世紀50年代以APT代表的數控加工方案對CAM系統的影響深遠。但在今天工業互聯網的時代,該方案的一些出發點已經被現實的技術條件超越。雖然CAD和CAM處理的信息基礎層面是幾何信息。但由于應用場景很不相同,更高邏輯層面的信息即特征(features)之間的集成至今還沒有完全解決。另外, 由于數控機床加工相比普通加工具有重復精度高,往往可以通過一次裝夾多面加工完成整個零件的加工。而這些特點和大量使用數控機床的趨勢不可避免地對制造工藝流程甚至設計標準的制定產生影響。
據國際上在數字制造方面比較著名的咨詢公司CIMDATA的統計,CAM系統市場的年平均增長率大約在5%到7%左右。
值得一提的是,大約在十多年前CAM系統的發展道路上出現了一次最大的并購。和稍早前出現的CAD系統大并購是在CAD公司之間進行的情況不同。這次的CAM系統大并購是由資本直接介入的。并購數年之后,這些被并購的公司又被轉賣至海克斯康公司旗下。而海克斯康公司主業并不是經營CAM系統。這個并購浪潮的余波至今尚未完全平息。
近幾年來另一個發生的現象是CAM系統的同質化。不少中小CAM公司由于缺乏開發刀路規劃,特別是多軸聯動加工刀路規劃算法的能力,紛紛購買了諸如ModuleWorks公司相關軟件包作為第三方軟件模塊嵌入自己的CAM系統。這難免造成了系統之間的同質競爭。上述這兩個現象對CAM系統的發展造成的影響還有待觀察和評估。
我國是世界的第一制造大國。多年以來,我國的數控機床的產量,進口量和保有量均排在世界的首位。2020年我國數控化率約為45%左右。這和一些制造強國的80%以上的數控化率還有比較大的差距,同時也表明我國的數控機床業還有比較大的發展空間。
今天,CAM系統屬于制造業產品開發必不可少的工具軟件。而制造業關系到民生大計。開發和用好自主CAM工具軟件是走制造強國道路上繞不過去的坎,是實現該目標得先決條件。
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