傳統CAD/CAM軟體的分類
目前市面上傳統的CAD/CAM軟體大致上可分為三類,即:統合式、嵌入式以及獨立式,分述如下;(1) 統合式CAD/CAM:像Unigraphics,Pro/Engineer,CATIA等大型系統,此類系統基本都建立在實體模型上,CAD部門可提供強大的複雜產品造型與設計功能,CAD與CAM上下游之間功能可垂直連繫。
(2) 嵌入式CAD/CAM:像MDT內嵌HyperMILL或EdgeCAM、SolidWorks內嵌CAMWorks、負責SDRC系統CAM模塊開發的夥伴公司CAMAX提供Camand Modeler(支援3D曲面造型)並配以SmartCAM;此類CAD/CAM通常增添加工特徵自動辨識技術,不過辨識功能大都局限於2.5D工件。
(3) 相對獨立式CAD/CAM:此類CAD/CAM以CAM為主,CAD方面則比較弱,複雜圖形的取得大都著重在轉檔,典型的代表如CAMAX的Camand和SmartCAM、CNC Software的Mastercam、Surfware的Surfcam、以及Israel的Cimatron等;此類CAD/CAM依靠較為完備的曲面建模,使用上仍採用互動方式在模型上生成多種刀具路徑。
傳統CAD/CAM軟體的內部溝通不足
統合式CAD/CAM軟體雖然是以CAD→CAM直接方式獲取產品的幾何數據模型,但這些幾何訊息的傳遞目前可看到的都只是單向的。CAM系統不能充分理解和利用CAD系統有關產品的全部訊息,尤其是與加工有關的特徵訊息,同樣CAD系統也無法獲取CAM系統產生的加工數據訊息;至於相對獨立式的CAD/CAM軟體,則有很多場合是以間接方式(通過中性文件,例如:STEP檔或IGES檔)來獲取產品的幾何數據模型,這些幾何訊息仍屬於較低層的幾何訊息,不含高層幾何訊息及加工訊息,因此必須藉助於軟體操作者的幫忙,透過所謂的"對話式"或者是"參數式"的方法,來告知CAM系統要以何種刀具及何種工法來加工哪個部位。
傳統的CAD/CAM仍必須依賴經驗豐富的製造工程師的參與
目前CAD/CAM系統大都要通過大量的互動式(或稱對話式方式)方法與操作者合力完成工件的加工程序,這些手續通常包括:
1. 製造工程師必須選擇或畫需擬線以便切割出切削區域。
2. 製造工程師必須選擇加工法(外徑切削、溝槽切削、車牙等等) 。
3. 製造工程師必須選擇約束條件(裝夾、干涉和碰撞等)。
4. 製造工程師必須選擇刀具(直徑及數目) 。
5. 製造工程師必須選擇切削參數(切削方向、切深、進給量、進給速度等)等等,尤其是在做局部精修的時候,除了選出需要局部精修的曲面之外,還得設定該曲面的週邊限制,以免對其他部位的曲面產生過切。
以上這些操做不但操作煩瑣、容易遺漏,且讓整個系統的自動化程度較低,因此,以自動化的眼光來看,現今的CAM軟體還有很大的發展空間,CAM 領域裡內可以由電腦負責但是現在仍由人腦擔綱的部份,都需優先讓其自動化,CAD/CAM自動化有三個關鍵,即:自動選刀(如果有最佳化的刀具直徑大小與數量的指定則更好)、自動加工特徵(AMF)辨識以及自動加工特徵(AMF)刀具路徑規劃。
底下就用這些影片來說明傳統CAD/CAM跟智慧型CAD/CAM的差別傳統CAD/CAM :
http://www.youtube.com/watch?v=G8UXM7fABF4
慧型CAD/CAM :
FGcam的CAD操作(一)
FGcam的CAD操作二)
FGcam的CAM操作(一)
FGcam的CAM操作二)
傳統的CAD/CAM適不適合植入CNC機台呢?
以CNC銑床來講,目前仍不適合,因為3D的CAD/CAM太大部頭了,不但會耗掉很多CUP時間,會吃掉很多的RAM,還會佔掉很多機台怠機的時間才能產出CNC程式,所以,目前可以看到的美國的控制器(請參考http://www.centroidcnc.com/index.html),它算是把精簡版的傳統CAD/CAM植入CNC機台,這種CNC銑床有USB接頭,並能讀取DXF檔以執行2-2.5D工件的刀具路徑自動產出,快速又簡單,至於CNC車床,日本的Mazak(馬札克,山崎)的控制器Mazatrol ,美國的Hurco(赫可),德國的Heidenhain(海得漢)、Siemens(西門子),甚至於臺灣愛用的品牌Fanuc(發那科, 請參考http://www.fanuctaiwan.com.tw/Products-00.asp?ProductID=76&ProductN=%A4%A3%A5%CENC%B5{%A6%A1%A5i%B6i%A6%E6%A8%AE%A7%C9%A5[%A4u%AA%BA+FANUC+TURN+MATE+i),這些CNC工具機都有所謂的"對話式"功能,準確一點來說,它們也是把精簡版的傳統CAD/CAM植入CNC機台,雖然功能很強,但二十幾年來在台灣的市佔率還是不高,這因素很多:台灣CNC師傅的素質高到可以不依賴機台控制器、有對話式功能的機台比較貴(多約三十萬, 我的經驗),這些都是理由,不過台灣的技職教育在退化中,傳統CAD/CAM正在改善中,如果"對話式"功能能提升至"智慧型"功能,如果"智慧型"功能的機台價格能下降,品質又能穩定,則事有可成之日。
"對話式"功能與"智慧型"功能有甚麼差異呢?
CNC機台的對話式功能,就我所知,它內建許多加工形態可讓使用者選用,使用者必需挑選(或輸入)所要加工部位的圖形,CNC機台的控制器會自行挑選合適的加工參數(包括切速及進給)並產出CNC碼或巨集指令(不過有些是內部的作業,使用者看不到CNC碼)來加工,當然使用者也可自行修改刀具參數及加工參數。
至於智慧型加工功能,它針對的不是局部部位的加工,而是整個工件的加工,使用者可根據加工需要來輸入要加工部位或是整個工件的圖形,它內建的人工智慧便可針對整個工件提出一套完整的加工法,除此之外,智慧型功能對於工件圖形及刀具路徑的修改增刪及儲存極富彈性,它雖然與對話式功能一樣內建許多加工工法,但它卻能自動選用工法(也可讓使用者挑選),它也會自行挑選加工參數(包括切速及進給)並產出CNC碼來加工(使用者也可自行修改刀具參數及加工參數),相較於對話式功能,它還會自行訂定工件各個加工部位的先後次序,它會自行選擇欲加工區域的幾何形狀並決定從何處切削至何處,它會自行選擇合適的加工法,包括切削外徑或內徑切削或切凹槽,它會自行偵側殘料所在並自行安排殘料加工的刀具種類與加工方法,它會自行決定欲切削部位的刀具種類,包括刀具形狀、刀角及刀鼻半徑。
我們工場有日本Fanuc18TC的FAPT功能,它也算是"對話式"功能,也許是我用的不夠熟練的關係,我總覺得要我站在機台前面這麼久才能弄出一個完整工件的加工,雖然不需要我寫CNC程式,我也不為,不過,根據朋友用他們工廠的機種所得的資訊與經驗,卻是用起來得心應手,嘖嘖稱奇,也罷,感覺有時是相對的,目前具有"智慧型"功能的控制器還沒問世,也許用"對話式"相對於甚麼式都沒有的式,就已讓使用者如獲至寶了。
智慧型機台的未來趨向
未來機台智能化有三個方向,分述如下:
(1) 加工智慧化:從70年代的加工中心機的多工集成發展到"完整加工",當工件的資訊(圖形及材質等)輸入機台之後,控制器就可負擔工件圖形的辨識、並安排各刀具、各加工法、各加工參數到排程的設定,具一套完整的對策。
(2)溝通人性化:具有語音、文字和視訊影像等通訊功能,能與生產計劃調度系統聯網,下載工作指令和加工程式,工件試切時,可在螢幕上觀察加工過程。並可以通過手機查詢。
(3) 生產智慧化:除了在精度上從微米提升至奈米的研究之外,也進行工作地數據統計分析和刀具壽命管理,以及故障報警顯示、未來的機台能連線上網並排除故障,會配備各種微型感測器以監控切削力、振動、熱變形等所產生的誤差,並自動加以補償或調整機床工作狀態,以提高機床的工作精度和穩定性。
現在世界各國正是風起雲湧地朝向智慧型機台發展,希望我國能迎頭趕上這批風潮,與世界各國並駕齊驅。
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