什么是 CAM（计算机辅助制造）？

阅读这篇文章：Deutsch（德语）

计算机辅助制造 (CAM)：初学者思维的完整介绍

在一个充满实物的世界中——无论是产品、零件还是场所——计算机辅助制造 (CAM) 使这一切成为可能。我们是为飞机提供飞行动力或为汽车提供马力隆隆声的人。当您需要制造而不仅仅是设计的东西时，CAM 就是您的答案。幕后会发生什么？继续阅读，你会发现。

什么是凸轮？计算机辅助制造 (CAM) 是使用软件和计算机控制的机械来实现制造过程的自动化。

根据该定义，CAM 系统需要三个组件才能运行：

• 通过生成刀具路径告诉机器如何制造产品的软件。
• 可以将原材料转化为成品的机器。
• 后处理将刀具路径转换为机器可以理解的语言。

这三个组成部分是用大量的人力和技能粘合在一起的。作为一个行业，我们花了数年时间建造和改进周围最好的制造机械。今天，没有任何设计对于任何有能力的机械师来说都难以应付。

CAD 到 CAM 过程

没有 CAM，就没有 CAD。 CAD 侧重于产品或零件的设计。它的外观，它的功能。 CAM 专注于如何制作它。您可以在 CAD 工具中设计出最优雅的部分，但如果您无法使用 CAM 系统有效地完成它，那么您最好还是踢石头。

每个工程过程的开始都始于 CAD 世界。工程师将制作 2D 或 3D 绘图，无论是汽车曲轴、厨房水龙头的内骨架，还是电路板中隐藏的电子设备。在 CAD 中，任何设计都称为模型，其中包含一组将由 CAM 系统使用的物理属性。

在 CAD 中完成设计后，可以将其加载到 CAM 中。传统上，这是通过导出 CAD 文件然后将其导入 CAM 软件来完成的。如果您使用的是 Fusion 360 之类的工具，CAD 和 CAM 都存在于同一个世界中，因此无需导入/导出。

将 CAD 模型导入 CAM 后，软件开始准备模型进行加工。加工是通过切割、钻孔或镗孔等动作将原材料转化为特定形状的受控过程。

计算机辅助制造软件通过几个动作准备加工模型，包括：

• 检查模型是否存在任何会影响制造过程的几何错误。
• 为模型创建刀具路径，即机器在加工过程中将遵循的一组坐标。
• 设置任何所需的机器参数，包括切割速度、电压、切割/穿孔高度等。
• 配置套料，CAM 系统将决定零件的最佳方向，以最大限度地提高加工效率。

一旦模型准备好进行加工，所有信息都会发送到机器以物理生产零件。但是，我们不能只给机器一堆英文指令。我们需要说机器的语言。为此，我们将所有加工信息转换为一种称为 G 代码的语言。这是一组控制机器动作的指令，包括速度、进给率、冷却液等。

一旦你理解了格式，G 代码就很容易阅读。一个例子是这样的：

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

这从左到右分解为：

• G01 表示基于坐标 X1 和 Y1 的线性移动。
• F20 设置进给率，即机器在主轴一转中移动的距离。
• T01 告诉机器使用工具 1，S500 设置主轴速度。

一种更直观的方式来理解 G 代码坐标。图片由 Make 提供：。

一旦 G 代码被加载到机器中，并且操作员点击开始，我们的工作就完成了。现在是时候让机器执行 G 代码，将原材料块转化为成品了。

CNC 机床一览

到目前为止，我们已经将 CAM 系统中的机器简单地称为机器，但这并不能说明问题。每次看着 Haas 铣床像黄油一样滑过一块金属，我的脸上都会露出笑容。没有这些机器，我的工作就不可能完成。

图片由 Haas Automation 提供。

所有现代制造中心都将运行各种计算机数控 (CNC) 机器来生产工程零件。对数控机床进行编程以执行特定动作的过程称为数控加工。

在数控机床出现之前，制造中心由机械师老手手动操作。当然，就像计算机接触到的所有事物一样，自动化很快接踵而至。如今，运行 CNC 机床所需的唯一人工干预就是加载程序、插入原材料，然后卸载成品。

在 Autodesk Pier 9 车间，我们有不错的 CNC 机器样品，包括：

CNC 路由器

这些机器使用高速旋转部件切割零件并雕刻出各种形状。例如，用于木工的 CNC 路由器可以轻松地将胶合板切割成橱柜部件。它还可以轻松处理门板上复杂的装饰雕刻。 CNC 路由器具有 3 轴切割功能，允许它们沿 X、Y 和 Z 轴移动。

水、等离子和激光切割机

这些机器使用精确的激光、高压水或等离子炬来执行受控切割或雕刻光洁度。手工雕刻技术可能需要数月才能完成，但其中一台机器可以在数小时或数天内完成相同的工作。等离子切割机可方便地切割金属等导电材料。

铣床

这些机器可以切削各种材料，如金属、木材、复合材料等。铣床具有巨大的多功能性，可以使用各种工具来完成特定的材料和形状要求。铣床的总体目标是尽可能高效地从原材料块中去除质量。

车床

这些机器也像铣床一样切削原材料。他们做的不同。铣床具有旋转工具和固定材料，其中车床旋转材料并使用固定工具进行切割。

图片由 Halsey Manufacturing 提供。

放电加工机 (EDM)

这些机器通过放电从原材料中切割出所需的形状。在电极和原材料之间产生电火花，火花的温度达到 8,000 到 12,000 摄氏度。这使得 EDM 在受控和超精密的过程中几乎可以熔化任何东西。

图片由 Absolute Wire EDM 提供。

计算机辅助制造 (CAM) 的人为因素

自从 CAM 在 1990 年代问世以来，人的因素一直是一个敏感的话题。在 1950 年代，当 John T. Parsons 首次引入 CNC 加工时，熟练操作机器需要大量的培训和实践。下面来自 NYC CNC 的视频展示了手动机器与当今 CNC 机器的不同之处的一个很好的例子：

在手工加工的日子里，成为一名机械师是一种荣誉徽章，需要多年的培训才能完美。机械师必须完成这一切——阅读蓝图，知道使用哪些工具，定义特定材料的进给和速度，并小心地手工切割零件。这不仅仅是精确的手动灵活性。成为一名机械师曾经是，现在仍然是一门艺术和一门科学。

图片由 ITABC.CA 提供

这些天来，现代机械师活得很好，人类、机器和软件结合起来推动我们的行业向前发展。过去需要 40 年才能掌握的技能现在可以在很短的时间内完成。新机器和 CAM 软件让我们比以往任何时候都更有控制力来设计和制造比我们的祖先更好、更具创新性的产品，他们会承认……不情愿。

这一切对制造业的人为因素意味着什么？传统机械师的角色正在转变。今天，我们看到现代机械师的环境扮演了三个典型角色：

• 操作员。此人将原材料装入 CNC 机床，并通过最终包装流程运行完成的零件。
• 设置操作员。此人执行 CNC 机床的初始配置，包括加载 G 代码程序和设置工具。
• 程序员。此人将图纸用于 CAD 模型，并决定如何使用他们可用的 CNC 机器制作它。他们的工作是在 G 代码中定义刀具路径、刀具、速度和进给以完成工作。

在典型的工作流程中，程序员将他的程序交给设置操作员，然后设置操作员将 G 代码加载到机器中。机器准备好滚动后，操作员将制作零件。在某些商店中，这些角色可能会合并并重叠为一两个人的职责。

在日常机器操作之外，还有制造工程师在职。在新的车间设置中，此人通常会建立系统并确定理想的制造流程。对于现有设置，制造工程师将在处理其他管理任务的同时监控设备和产品质量。

CAM 的影响

我们要感谢 John T. Parsons 介绍了一种穿孔卡方法来对机器进行编程和自动化。 1949 年，美国空军资助 Parsons 建造了一台自动化机器，其性能优于手动 NC 机器。在 MIT 的帮助下，Parsons 得以开发出第一个 NC 原型。

从那里开始，CNC 加工世界开始腾飞。在 1950 年代，美国陆军购买了 NC 机器并将它们借给制造商。这个想法是为了激励公司将新技术应用到他们的制造过程中。在此期间，我们还看到 MIT 开发了第一个用于 CNC 机床的通用编程语言：G-code。

1990 年代将 CAD 和 CAM 引入 PC，彻底改变了我们今天的制造方式。最早的 CAD 和 CAM 作业是为昂贵的汽车和航空航天应用保留的，但如今 Fusion 360 等软件可用于任何形状和大小的制造车间。

自成立以来，CAM 对制造流程进行了大量改进，包括：

• 改进了机器功能。 CAM 系统可以利用先进的 5 轴机械来提供更复杂和更高质量的零件。
• 提高了机器效率。今天的 CAM 软件提供了高速机床路径，帮助我们比以往更快地制造零件。
• 改进了材料的使用。借助增材机械和 CAM 系统，我们可以以最少的浪费生产复杂的几何形状，这意味着成本更低。

当然，这些好处有一些取舍。计算机辅助制造系统和机械需要大量的前期成本。例如，一台 Haas VF-1 的售价约为 45,000 美元；现在想象一下整个车间。还有周转问题。随着机器操作变得越来越不熟练，很难吸引和留住优秀人才。

CAM 是男人

CAM 不仅仅是控制车间的机器。这是关于将软件、机器、流程和人员结合在一起，以构建真正出色的部件。如果这是您第一次进入 CAM 世​​界，我强烈建议您联系当地商店进行内部参观。在您的脚上感受 CNC 机器的嗡嗡声，或将您的手滑过刚从机器中取出的零件。这是一次令人难以置信的经历，我希望后代能够享受。 CAM 是关于人性化的。

您还在为使用单独的 CAD 和 CAM 工具而烦恼吗？ Fusion 360 两者兼有。立即试用 Fusion 360。