CAM-CNC一体化，给你一片制造晴空

    4月7日，正值第11届中国国际机床展览会(CIMT2009)开幕的第二天，在熙熙攘攘的中国国际展览中心新馆里，Siemens PLM Software展出了其业界首屈一指的CAM-CNC一体化解决方案。借此机会，笔者采访了其亚太区产品市场总监克林特.帝特先生，克林特.帝特就CAM-CNC一体化集成解决方案和其实际应用做了介绍和讲述。

Siemens PLM Software亚太区产品市场总监克林特.帝特

    记者：在数控机床进行零部件制造的过程中，Siemens首次提出了CAM-CNC一体化这样一个概念，请通俗解释一下？

    克林特.帝特：今天是一个非常好的机会，因为我们在机床展现场可以同时看到Siemens的加工编程软件和机床控制器两个部分。下面，我给大家解释一下什么是CAM-CNC一体化的概念。

    零件的制造过程跨越了两个领域，一个是完成零件制造规划的虚拟环境，一个是执行制造规划而生产实际零件的现实世界即车间，理论上只有这两个领域的优化联结，才能实现零件加工效率的最大化。

图一、CAM-CNC一体化解决方案示意图

    通常提到CAM，大家很容易联想到CAM编程，这一部分是通过软件实现的；而CNC更多的是加工的部分，它涉及的是硬件或者说控制器部分。如果从行业来讲，通常大家会认为提供CAM的是软件供应商，提供CNC的是设备供应商。

    企业在使用过程中，通过CAM进行数控编程时，会有很多编程、优化的过程；同时CNC加工控制器也会涉及很多的工作。很多时候，尤其是进行精密加工时，企业设计的零件和加工出来的零件就会存在差别。其主要原因就是在前端设计和后端加工之间缺乏一个纽带有效地衔接起来。

    Siemens的解决方案比较有利的条件是同时拥有CAM编程软件和CNC机床控制器，加上这么多年的技术沉淀和积累，所以在融会贯通的基础上推出了这样一个一体化的解决方案。

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    记者：CAM-CNC一体化解决方案相比以前传统的数控机床加工，有了哪些优势和改进？

    克林特.帝特：随着产品精度地不断升级，对数控机床加工的高精度、高效率、柔性化及批量生产的要求也越来越高，这样才能在竞争激烈的市场上占有一席之地。

    给大家举一个例子，在旁边的这台机床上，正在加工一个人体的关节，通过对人体某个部位进行高精度的CT扫描，会得到器官数据，然后在NX里完成三维模型的构建。假如一个患者的膝关节出现了缺陷，那么这个加工的关节就是出现缺陷的膝关节模型，然后通过一系列CAD/CAM的处理，通过面向内置Sinumerik 840D虚拟控制器内核的优化编程，产生加工代码，通过840D控制器控制的机床进行加工辅以专门材质，就可以做出一个一模一样的关节，通过手术的方式植入，完全可以替代原来的膝关节。

   
 图二、CAM-CNC一体化加工人体关节的实例

    在这个过程中，我们看到既融入了医学技术、三维CAD技术、CAM技术和最后的数控机床技术。如果仅仅只有数控机床加工，是完成不了这个患者关节的再制造。那么，在整个过程中，除了CAM和CNC的衔接，前端的CT扫描、三维CAD建模等各个环节都是比较成熟的，那么，现在Siemens通过整合其数控加工程序编制系统NX CAM 和机床NC 控制系统Sinumerik 840D，实现了CAM 与CNC 的集成，将制造规划的虚拟环境与零件加工的现实世界连接起来。从这一点上来说，较之传统的数控加工，是CAM-CNC一体化解决方案的优势和改进。

    记者：请具体介绍一下Siemens CAM-CNC一体化解决方案采用了哪些技术？

    克林特.帝特：Siemens公司整合了自身的NX CAM 加工编程软件系统和Sinumerik 840D 数控机床控制系统，在NX CAM 系统中通过内置了Sinumerik 840D 机床控制系统内核的加工模拟、增强的刀轨处理、针对Sinumerik 840D 机床控制系统的优化输出，实现了NC 编程的优化；而对于数控机床，则开发了真实机床的软件版本（即虚拟机床），可以在PC 机上进行机床操作的培训、验证等。

    这是Siemens CAM-CNC一体化解决方案的基本技术原理。

    通过NX CAM 与Sinumerik 840D 的集成，可以将零件和模具加工的效率提升到更高的水平，含盖以下了四种类型的技术提升：
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    针对3+2 五轴定位加工的坐标转换命令CYCLE800，适用于加工坐标的移动、旋转、缩放、镜象，可以帮助快速完成复杂零件的加工编程。
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    针对五轴联动的刀尖随动指令TRAORI，使加工刀轨编程独立于机床机构，简化了NC 加工程序的编制，以及新零件的装夹定位。
 
    针对高速加工设置的命令CYCLE832，基于加工工序是粗加工、半精加工、精加工，而自动对加工参数进行设置，以得到最优的加工速度和零件表面质量。
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    针对点位加工的固定循环，为各种钻孔、镗孔、攻丝操作提供了高级的易于理解的编程语言，并可让数控操作人员可以直接在机床上对这些固定循环参数进行方便的选取、显示和修改。

    记者：Siemens这次推出的CAM-CNC一体化解决方案有哪些特色功能？您认为CAM-CNC一体化解决方案中比较大的亮点是什么？

   克林特.帝特：CAM-CNC一体化解决方案有很多亮点功能，其中的一大亮点是实现了以“机床控制系统驱动的仿真”。

图三、NX CAM操作系统和Sinumerik控制器交互工作

    由于NX CAM 与840D控制系统的集成，NX CAM 系统中内置了840D控制系统的内核，使得用户在进行3D 加工操作模拟时，可以在计算机上获得与机床上实际加工一样的精确真实模拟，包括刀轨运动、加工循环、移动速度、换刀，以及加工时间的精确模拟，从而可减少或消除试切加工，并可基于精确时间的模拟进行加工计划的调整，以及成本核算。

图四、CAM-CNC实现闭环过程  

   
    机床控制系统驱动的仿真具有五大特色功能：
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    加工模拟由虚拟NC 控制器驱动
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    整个机床运动的完整模拟􀁺 支持控制器或用户定义的固定循环或子程序
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    机床实体对象与安全包络之间的碰撞检测效益 

    减少验证和试切，降低成本
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    提供精确的循环模拟，确保验证的可靠性
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    精确的加工时间模拟，更好地进行排产

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    记者：对于客户来讲，CAM-CNC一体化解决方案实现了什么样的价值？

    克林特.帝特：CAM-CNC一体化解决方案具体的操作过程是这样的：我们将一个虚拟的机床控制器内嵌到一个CAM软件里，将三维CAD模型进行后处理之后，把机床即将实现的动作在计算机的编程软件里运行了一遍。

    对于客户来讲，用CAM做完编程以后，后续的优化、控制器配置、加工都可以在软件里实现。这样一方面简化了很多工作流程，另一方面，控制器本身有仿真、优化的功能，在此之前就可以做一个仿真模拟，软硬件之间就有了一个交互的纽带。客户就更加容易对后续的加工过程加以控制。具体来说，CAM-CNC一体化解决方案可以给客户带来以下两方面的价值。

    首先，带给客户的价值是减少加工错误，CAM-CNC一体化可以保证前期做了模拟之后，首次加工就可以得到一个很真实的、正确的零件。

    其次，对于客户来讲，后续的服务也得到了保障，有了CAM-CNC一体化的解决方案，在服务方面给客户带来的压力非常小。

    假设一个高端的机床供应商，机床后续的服务和培训都可以通过CAN-CNC一体化来解决，它可以在机床制造出来后，在完全虚拟的形式下进行加工演示，这个机床供应商的客户可以直接进入到完全一致的环境下模拟生产，并且这个环境具有非常高的可靠性。如此一来，带给客户的体验是非同一般的。

    记者：请简要谈一谈数控加工技术的发展和未来的一些趋势？

    克林特.帝特：随着数控加工应用的普及和深化，精密的机床设备、优质的加工刀具、先进的控制系统不断涌现，为高效、高质量的零件数控加工提供了硬件基础。为了充分发挥硬件设备的性能，还需要适合的数控加工程序代码作为保障。

    从数控技术的发展趋势来看，CAM 与CNC的集成可以为最终的用户带来效益，是一大趋势。当然，从更加长远的角度出发，CNC系统、运动控制系统、自动化驱动系统这三大自动系统在统一的驱动平台下工作也是数控技术的发展趋势。

    
   图五、制造工程中的三大自动系统

后记：

    自Siemens PLM Software加入西门子自动化集团大家庭，就开始实施其阿基米德计划，Siemens的数字化工厂战略逐渐走入公众视野。阿基米德计划旨在实现虚拟世界与现实世界的实时交互，实现西门子的自动化技术与PLM技术的融合，将制造生命周期完全纳入产品生命周期。此次CAM-CNC一体化解决方案的推出，只是其数字化工厂战略很小的一部分，但其价值和意义是重大的。CAM-CNC一体化带给制造型企业的，将是一片制造的晴空。