计算机辅助制造技术的应用及优势

计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）就是用分级计算机来控制机械制造过程的各个环节。计算机辅助制造系统是由硬件和软件组成的。硬件包括数控机床、检测装置、数字计算机及其他相关装置。软件是指一个计算机编程系统的连接网，其功能是用来进行监测、处理和最终控制信息流与CAM 的硬件。

1．计算机在辅助制造系统中的应用

1）计算机过程检测：用计算机观察制造过程及相应的设备，并收集和记录工序数据，作为人工控制过程的指导。

2）计算机数字控制（Computer Numerical Control，CNC）：用小型计算机部分或全部代替传统数控机床的专用控制机，称为计算机数字控制。图2-55 所示为计算机数字控制系统，零件程序输入小型（或微型）计算机的存储器内，已存在于计算机内的控制软件将零件程序处理后，经接口输入机床的伺服系统，驱动机床运动。用小型计算机数字控制机床的控制器（如图中虚线框部分）来代替传统数控机床的控制机。

图2-55　计算机数字控制系统

计算机数字控制系统的柔性是其最大的优点。在生产过程中由于逻辑功能是由计算机程序来实现的，修改和增删程序比较容易，因此扩展系统的功能范围就非常方便，于是可以提高劳动生产率。

3）直接数字控制（Direct Numerical Control，DNC）：用一台计算机来控制多台数控机床就称为直接数字控制，或称群控。在分时基础上采集各台数控机床的数据，并把指令信息输出给各台数控机床，以保证制造过程正常进行。制造过程的调整可自动进行，不用人工干预。

DNC 系统的具体构成如图2-56 所示。它是由一台计算机和四种辅助装置（数控机床、通信线、主体记忆装置和控制台）构成的。主体记忆装置就是用来储存多种零件的数控加工指令、日程计划等各方面数据的装置。控制台设置在机床群之间，操作者使用控制台的键盘等工具就可与远距离的计算机对话、交流信息。把计算机与辅助装置连接起来就是通信线。

图2-56　DNC 系统的具体构成(www.xing528.com)

DNC 系统不仅可用于数控加工，也可用于利用输送装置将数控机床、自动仓库、工具及夹具管理室相连接，而且工件的装夹、取出和清理能自动进行的系统。

4）适应控制（Adaptive Control，AC）：由于数控机床只能按照预定的程序进行加工，而实际的加工情况并不完全与编程时所设想的一样。据估计大约有30 种变量直接或间接地影响切削过程，如工件毛坯余量不均匀、材料硬度不一致，刀具在切削过程中变钝，刀具几何参数发生变化，工件在切削过程中变形，以及热传导、润滑、冷却等。当切削条件变化时数控系统不能及时作出反应，仍原封不动地按规定程序动作，结果不是刀具损坏就是工件报废。因此，只能在编程时采取保守的切削用量，这不仅降低了生产率，也影响加工一批零件时精度的一致性。为克服这一缺陷，在数控机床上采用适应控制系统。

图2-57 所示为适应控制数控系统，该系统可用各种传感器测出加工过程中机床的温度、转矩、振动、位移、刀具磨损等信息，与事先由实验得到的最佳参数比较，若有误差，则通过指令自动修正，以达到最佳的控制效果。

图2-57　适应控制数控系统

2．计算机辅助制造的数据库

数据库就是存放从各方面收集的大量数据的仓库。按不同的应用领域分别收集了大量按一定格式编好的数据，并将它们储存于大型计算机的存储器中，形成数据库供用户共享。它具有数据检索和存取功能，还可对数据进行修改、增删和整理。

CAM 数据库的内容和复杂程度取决于系统所进行的作业量。理想的CAM 系统需要一个大的数据库。对目前可行的CAM 系统来讲，数据库所包含的内容有设计数据、加工数据、切削参数数据、质量控制数据、生产进度表、监控数据和管理报告等。

3．计算机辅助设计与计算机辅助制造一体化

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）与计算机辅助制造的软件系统是分别研制和发展起来的。生产实践要求设计与制造一体化，即CAD 与CAM 相结合，用CAD/CAM表示。由于CAD 能建立数据库，以提供制造使用的数据，在理想的CAD/CAM 系统中，产品设计与制造间建立直接的联系。CAD/CAM 的目标是不但要实现设计与制造的各阶段自动化，而且要实现从设计到制造的过渡自动化。这样从根本上改变传统的设计与制造相互分离，既费时间又使设计与工艺人员重复劳动。