科技前线 | 什么是计算机辅助制造？

虽然产品创意是在CAD中设计和制造的，但CAM可为机床（包括铣床、车床、磨床和钻头）设置坐标、运动、速度和切削深度。例如，CAM软件可能定义了：

• 在汽车引擎盖下的发动机支架上钻的孔的图案

• 激光切割鞋子材料时遵循的刀具路径

• 路由机雕刻智能手机框架时遵循的精确坐标

请注意，有时CAM指的是生产中涉及的机器和软件。但无论您如何对其进行定义，结果都会是精确、快速和可重复的制造过程。

CAM对于现代制造业至关重要，这一点有充分理由。它彻底改变了当今产品的制造方式。采用该技术的公司效率更高，成本效益更好，并具有增长潜力。

CAM通过多种方式节省时间和金钱：

速度：如果您曾经见过数控机床的运行过程，您可能会注意到它的运动既快速又高效。这些运动由CAM系统设置，该系统可优化刀具路径并在发送给机器的指令中以数字方式大幅减少运动。这既提高了生产率，又减少了机器和工具的磨损。

可重复性：一旦创建并测试了CAM程序，操作员就可以轻松地重复使用该程序。因此，如果一家公司想要将去年的零件重新投入生产，完全可以利用创建原始零件的相同指令，因为新零件是上一次运行的精确复 制品。重用甚至稍微调整经过验证的设计可以为公司节省大量的设置和测试时间。

集成：CAM系统可以直接与CAD、PLM和CNC机器配合使用，因此数字数据的流动不会中断、无需进行转译或人工干预。

劳动力：机械操作人员不再需要手动定位材料、设置刀具路径和手动引导刀具。一切都是自动化的。借助CAM，熟练劳动力可以执行更高级别的任务，例如规划和优化工作流程以及监督质量控制。

CAM还可以大幅减少报废，从而可以为公司节省资金，并助力公司实现可持续发展目标。

仿真功能：CAM软件可以使用数字仿真工具来大幅减少生产过程中的浪费。通过恰到好处的切割和钻孔，该系统可能能够从单件材料创建更多零件，或者一开始就使用更少的材料。由于CAM创建的是可重复的程序，所以每次程序运行时，这些节省效应都会成倍增加。

自动化：由于流程准确、自动且可重复，因此出现的错误较少。这意味着更少的报废零件，从而减少浪费。

CAM能够确保生产稳健运行，产品质量也能维持在高水平。以下是CAM系统实现这一目标的方式：

规划：软件中的仿真功能可以在实际生产开始之前预测生产故障，例如工具碰撞或材料应力。

精度：计算机控制的机器可以在0.01毫米或更小的范围内引导工具，确保与设计规格的偏差最小。

监控：在生产过程中，CAM系统使用测量和反馈传感器进行自我监控，以实现持续的质量控制。

自我纠正：根据监控情况，系统还可以实时调整机械以保持精度，所有这些都不会阻碍生产过程或需要人工干预。

某些机械设备必须依赖CAM系统运行，尤其是多轴铣床。这是因为这些机器需要复杂的协调和刀具路径才能在多个坐标上同时工作，如果没有计算机，这是难以完成的。

安全

通过大幅减少人为参与并提前进行数字化模拟生产过程，CAM系统降低了操作错误和设备故障的风险，在工厂车间创造了一个更安全、更可控的环境。

可扩展性

一旦生产程序经过测试并证明可靠，生产程序就可以在多台机器上重复使用，因此制造商可以轻松地从原型扩展到大规模生产，而不会影响精度或质量。

CAM系统需要具有先进自动化技术和精密控制的昂贵机器。此外，用于对这些机器进行编程的CAM软件的成本可能与硬件一样高！值得庆幸的是，近年来随着订阅式定价模式的引入，已显著降低准入门槛。

为了设置和维护CAM系统，操作员需要掌握超越传统机械操作人员所掌握的技能知识。他们必须了解CAD集成，理解G代码，并熟悉比以往更复杂的制造方法。因此，虽然CAM减少了体力劳动，但它需要经过高度专业化培训的劳动力。寻找、培训和留住这些专家将花费更多。

就像笔记本电脑和手机一样，CAM系统随着技术的逐年进步而变得过时。公司必须升级他们的软件，否则就有落后于竞争对手的风险。即使是那些坚持使用旧系统的人也会发现获得支持越来越困难和昂贵。这就产生了传统工业机械不应存在的持续成本。

需要明确的是，CAM指令和数据是知识产权，应该作为公司资产进行存储和保护。数据被盗会导致财务损失、生产中断和停机。使用CAM的公司必须关注防火墙、加密和网络攻击等因素，而这些对于传统机器来说是不必要的。

说CAM发动了第三次工业革命并不为过。它已被大多数制造业采用，包括汽车、消费电子、航空航天、制药、医疗设备和机器人等。所有这些行业都受益于上述优势。成果亦随处可见：

加强生产开发及优化

CAM使产品更加复杂，生产周期更短。即使您不参与制造业，您也可以感受到CAM在从汽车到智能手机和鞋子设计的各个方面的影响。CAM通常是更多创新产品可以在几个月而不是几年内上市的原因。这是因为公司可以使用CAM快速制作新组件的原型，对其进行数字化测试，并即时完成制造流程的调整。

减少对人员的危害

得益于计算机辅助制造，整体工业安全性显著提升。通过优化的自动化技术，操作人员与运动部件或潜在危险材料的接触大幅减少。实际上，CAM 是实现熄灯制造的核心——这种生产模式高度自动化，以至于机器可全天候独立运行，完全无需人工参与。这意味着人工搬运和定位操作几乎消失，与锋利工具的接触减少，同时显著降低化学物质和颗粒物的暴露风险。

先进适应性

公司也因为CAM而变得更加敏捷。借助可重复使用的程序和数字仿真，公司可以更轻松地根据新的创新进行重新调整策略，适应不断变化的行业趋势，并在不必担心大量停机时间的情况下扩大生产规模。这使得任何采用该技术的公司在全球市场上更具竞争力。

简单地讲，CAD到CAM流程就是将设计数据导入制造系统的过程。工程师首先在CAD软件中创建产品的数字模型。设计文件可能包含几何形状、尺寸、材料规格、坐标以及其他描述精确模型所需的属性。这些设计还可以通过数字化手段进行测试，以确保该部件在制造过程中及实际应用中能够经受住考验。

一旦准备就绪，CAD文件即可直接导入CAM软件。该软件会基于文件内容定义生成实体模型所需的加工流程。例如，如何以及在何处对原始材料进行切割或钻孔？CAM软件会生成刀具路径，设定切削速度、切削深度等参数，并计算零件在机床上的最优摆放方向。

如果没有完全自动化的CAD到CAM流程，工程师或操作员可能需要手动将CAD数据输入CAM系统。这可能导致出现数据错误并耗费时间。

如前所述，CAM系统与CNC机床密切合作来生产物理零件。CAM系统根据CAD模型创建刀具路径和加工参数，并生成CNC机器可以理解的机器特定G代码。

网络与外部存储

需要注意的是，G代码通常通过网络连接直接传输到机床，这类似于将文件发送给打印机的过程。但也可以先保存到外部存储设备，再以物理方式传输到机床。这种方式在系统无法联网时尤其有用，同时也能方便地在多台机床上重复使用。

然后，数控机床执行程序，选择工具并按照指示执行操作。

传感器和反馈

现代数控机床配备各种传感器，可识别刀具磨损、过量振动及温度升高等潜在问题。先进的CAM系统能利用这些传感器数据，动态调整加工指令。例如，调整刀具路径、切削速度、换刀逻辑等。若在实时操作中完成此类调整，可显著优化生产效率、保持加工精度，并预防非计划性停机。此外，CAM系统甚至能通过传感器数据积累，为未来的生产运行提供性能优化方案。

超越G代码

虽然CAM通常与自动化加工流程相关联，但需注意其功能还可涵盖设备操作的规划与调度、文档存储及刀具库管理。许多企业还会将CAM系统与资源计划软件集成，以优化材料和刀具的可用性。

随着CAM系统不断发展，您可以预料到其重要性将远远超越数控机床，并会逐步渗透到从生产线到供应链的各个环节。

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