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制造和建模行业不断进步——适应新的需求和行业标准的变化。然而，如果没有计算机辅助制造(CAM) ，整个市场和制造商社区就不会存在。CAM 确实有一段有趣的历史 — 可以追溯到 20 世纪 40 年代。不熟悉 CAM 的历史？没关系——我们已经为您提供了保障。
我们 整理了一份完整的指南，涵盖 CAM 的起源和第一台 NC 机床一直到今天。
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计算机辅助制造
计算机辅助制造（CAM）通常是指使用数控（NC）软件创建G代码来驱动计算机数控（CNC）机床来制造零件和产品。本质上，CAM 从计算机生成的设计（或 CAD 绘图）中获取信息，以创建控制自动化工具运动的指令。这些自动化工具可以包括从水射流到铣床再到等离子切割机的任何工具。 CAM 的主要目的是加快生产和制造过程。它与 CAD 软件并行工作，因此您可以直接从 CAD 获取设计并使用 CAM 进行生产。在大多数情况下，您需要提供的只是原材料和说明，例如进给速率、速度和尺寸。 CAM 技术最早的例子是 20 世纪 50 年代初期使用的 NC 机床。这些机器远不如您现在可能使用的机器那么直观或先进，它们使用打孔纸上的编码指令来控制简单的制造指令。我们将了解这些简单的机器如何发展成为我们现在使用的复杂机器，以及 CAM 是如何演变的。 时间轴视觉效果：CAM 的历史
纵观 CAM 的历史，有多个里程碑推动了行业的发展。这些里程碑包括 CAM 软件开发公司的成立以及 CAM 软件和技术的发布。CAM 公司成立日期
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| DP Technology, Inc.、Gibbs & Associates、Cimatron（当时称为 MicroCAD）和Autodesk成立 |
| CNC Software, Inc.（MasterCAM 制造商）和Pathtrace Engineering Systems成立 |
| SolidCAM Ltd.和Planit Group成立 |
| Parametric Technology Corporation（现为 PTC, Inc.）成立 |
| 3D 打印公司3D Systems, Inc.和WiCAM GmbH Technical Software成立 |
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| Vero International Software和Surfware, Inc.成立 |
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| MecSoft Corporation和Alibre Inc.成立 |
| Parametric Technology Corporation 更名为PTC, Inc. |
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CAM 软件和技术发布日期
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| Lockheed Georgia 创建了PATH，这是一个用于生成刀具路径的程序，这可能是航空航天工业中第一个使用计算机图形学的零件程序 |
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| UNI-GRAPHICS，Unigraphics 的前身，最终发布了 NX 软件 |
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| Pathtrace 发布Pathtrace Manufacturing System (PMS)，这是一个命令行驱动的 CAD/CAM 系统 |
| Gibbs & Associates 发布GibbsCAM；MicroCAD 发布MultiCAM；Point Control公司发布SmartCAM |
| Esprit Automation推出Procut CAD/CAM系统；PTC 推出Pro/ENGINEER（现为 Creo） |
| Applicon 宣布推出BravoNC；Pathtrace 发布Pathtrace 先进制造系统 (PAMS)；Surfware, Inc. 发布SurfCAM |
| Open Mind Technologies 发布hyper MILL；WiCAM 发布参数化 NC 4000 (PNC4000) |
| EdgeCAM第一个版本上市；SolidWorks和SolidEdge发布 |
| MecSoft 发布3 轴铣削软件产品VisualMill |
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| MecSoft 推出RhinoCAM 1.0，Rhino3D 集成 CAD/CAM 系统 |
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| Alma发布AlmaCAM（钣金CAM软件）；Autodesk 宣布推出Inventor CAM |
| Onshape 和 MecSoft 推出基于网络的 CAM 软件VisualCAMc |
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CAM 的技术进步
如果不提及导致其发展和演变的技术和技术进步，对 CAM 历史的讨论是不完整的。在 20 世纪 50 年代之前，穿孔卡被广泛用作数据记录介质。它们为打孔带的发展奠定了基础，随后在 1952 年推出的第一台 NC 机器中使用了打孔带。从那时起，CAM 行业以及由此延伸的制造领域见证了从自动编程工具到其他多种发展(APT) 语言和后处理器到个人计算机、CAM 系统和 CAD/CAM 系统。以下是有关这些技术进步的更多信息。打孔卡
穿孔卡历史上被用作数据记录介质。使用卡片打孔装置在打孔的卡片上打孔。每个孔代表加工指令，例如机床的增量运动。然后使用读卡器将零件编程数据从打孔卡传输到计算机系统。打孔胶带
打孔带的出现是为了解决打孔卡的缺点。虽然卡的空间有限，这意味着机械师需要许多打孔卡来生产即使是最简单的零件，但胶带具有连续的表面积。使用纸带打孔机将孔形式的编码符号压印到打孔带上。这些符号代表零件程序。然后使用穿孔磁带读取器读取它们，该读取器旨在感知孔的存在或不存在。打孔带用于手动零件编程和计算机辅助零件编程。在前一种情况下，加工指令是在零件加工手稿上准备的，这是一种列出刀具或工件相对位置的表格。接下来，使用可以打孔的类似打字机的设备将这些说明转移到打孔带上。另一方面，在计算机辅助零件编程中，计算机承担了大部分繁琐、耗时的计算工作。更具体地说，计算机解释加工指令并执行计算，将这些指令转换为机床的运动命令。它还控制带打孔装置，为特定的数控机床准备打孔带。无论哪种情况，零件程序员都会在生产中使用打孔带之前验证其准确性。尽管如此，准备这些打孔控制带是一项耗时的工作。当第一台数控机床推出时，行业参与者认识到需要更高效的生产这些胶带的工艺，以支持在生产中使用数控的经济性。因此，人们开始致力于使这一过程自动化，最终开发出自动编程工具（APT）语言。数控机床
NC 的诞生很大程度上要归功于John T. Parsons。帕森斯在父亲的公司担任机械师，开始寻找制造直升机旋翼的方法。为了加快生产过程，帕森斯开始考虑使用打孔卡机来生成工程计算。帕森斯与 Frank Sulen 合作开发了可以编程以提供自动化加工的穿孔卡。然而，这些打孔卡并没有获得太大的关注，直到 1949 年美国空军为帕森斯安排资金来建造他自己的机器，该机器的性能将超越当前的数控机器。 为了进一步开发他的机器，帕森斯于 1949 年求助于麻省理工学院的伺服机构实验室。在他们的帮助下，开发了第一台数控原型机。随后，第一台 NC 机床于 1952 年问世。此时，还开发了一种用于测量控制转动距离的系统。由于费用高昂，美国空军于1953年停止拨款；然而，吉丁斯和刘易斯机床公司立即恢复了该项目。 第一台 CNC 机器的转折点是麻省理工学院的 John Runyon 在计算机控制下生产打孔带。有了它，创建指令和制造后续零件所需的时间大大减少。这一成功导致在接下来的几年里生产了更多的数控机床。后来几年努力将它们推向一般制造业市场。 自动编程工具 (APT)
从 1956 年 6 月开始，麻省理工学院伺服实验室开始开展工作，最终开发出了自动编程工具 (APT)。由 Doug Ross 领导的计算机应用小组负责 APT 项目。尽管该项目位于麻省理工学院，但它涉及众多大型工业公司，尤其是航空航天业。因此，APT 被推出并在 1959 年左右首次用于生产。最初的版本是二维实现。然而，进一步的发展导致了三维实现，该语言能够控制多达五个轴。为清楚起见，APT 过去是、现在仍然是一种高级通用编程语言，它定义了在工件上创建几何形状的刀具路径。该语言最初旨在用作轮廓语言，但后来不断发展。而且，按照最初的设计，APT除了是一种语言之外，也是一种计算机程序，在生成刀具位置的过程中使用APT语句进行计算。APT 开创了一种至今仍在使用的方法，从而使 NC 技术取得了成功。它引入了一个概念，即 NC 信息以通用格式准备，然后使用后处理器转换为机器特定的形式。这种方法使程序员能够开发特定于每台机器的后处理器。此外，它还允许 APT 程序的输出在后处理之前在不同实体之间共享。如今，APT 仍主要由航空航天公司和大型机械车间使用。目前它得到了 Austin NC, Inc. 的全力支持。在其形成时期，APT 因对当时现有的计算机硬件要求过高而受到批评。尽管如此，这仍然是一项重大成就。它是现代 CAM 软件的先驱。后处理器
后处理器的概念出现在 APT 的形成时期。尽管 CAM 系统已经取代了 APT 系统，但后处理器至今仍在使用。后处理器是为特定机床准备指令的独立计算机程序。引入它们是因为 APT 被设计为通用语言，这意味着它用于编写适用于多种机床的通用指令。后处理器最初开发于 20 世纪 50 年代中期，但与 CAM 或 CAD/CAM 系统一样，它们已经发展并变得更加先进。早期，后处理器用于为特定机床准备打孔带。早期版本的后处理器的输出是以特定格式准备的 NC 打孔带，只能由使用它的机器读取。即使在目前，这一原则仍然指导着后处理器的工作方式。如今，这些程序准备了机器特定的 G 代码，这是一组指导加工过程的指令。更改 NC 控制中的硬件
NC 加工形成时期引入的创新使 NC 控制器硬件变得更小、更可靠。这些进步包括：1952 年，麻省理工学院开发的第一个 NC 原型在控制器硬件中使用了真空管。结果，控制单元太大，占用的空间比机器本身还大。当第一台数控机床投入商业销售时，这影响了机电继电器的引入。在接下来的二十年里，技术不断发展，数控机床中采用了先进的部件。例如，1965 年，这些机器中使用的集成电路的引入带来了多项改进。它使分离组件的数量减少了 90%，从而降低了成本并使控制单元小型化。可以将控制器封装到更小的机柜中。1968年，数字计算机被集成到数控机床的操作中。尽管体积庞大且昂贵，但计算机可以直接控制机器，无需打孔带。当时，使用一台计算机来控制多台机器。随着时间的推移，计算机变得更小、更便宜。现在可以使用一台计算机来控制一台机器，并且在经济上也是可行的。因此，计算机数控 (CNC) 的概念诞生了，第一个 CNC 系统于 1970 年左右推出。在随后的几年中，技术进步催生了更小的数字控制设备，取代了对计算机的需求。因此，制造商将 CNC 控制面板作为机器的一部分来制造，而不是作为包装为控制器柜的单独组件来制造。结果是减少了机器的占地面积。个人计算机和图形用户界面 (GUI)
正如个人计算机自 1982 年以来在 CAD 的发展中发挥了至关重要的作用一样，它们也被证明对 CAM 的进步至关重要。在整个 20 世纪 80 年代，设备制造商推出了比以前更便宜的计算机，具有更大的内存和存储空间以及更好的操作系统。1984 年，Apple 推出了 Macintosh，这是第一批带有图形用户界面 (GUI) 和鼠标的商用计算机之一。其他操作系统开发商（例如 Microsoft）随后将 GUI 功能集成到他们的软件中。交互式图形有助于简化零件编程和软件开发的过程。事实上，Macintosh 计算机中的 GUI启发了 Gibbs and Associates 开发 GibbsCAM。GibbsCAM 于 1984 年发布。随着计算机的功能变得越来越强大，CAM 系统也随之跟进。预计这一趋势将持续到未来。CAD 和 CAM 的一个重大转折点是 20 世纪 90 年代从UNIX迁移到PC — CAD 和 CAM 变得更容易为数百万以前买不起软件的工程师和普通消费者所使用。随着两者变得更加商业化，公司开始将两者整合。CAM 最早的商业应用在于汽车和航空航天工业。CAM软件
从 20 世纪 80 年代初开始，制造业的参与者开始注意到现有的差距。DP Technology, Corp. 的联合创始人Paul Ricard指出，1982 年 CNC 概念相对较新时，还没有用于编程机床的简单软件。这一观察促使 DP Technology 开发并发布了 ESPRIT 作为用户友好的 CAM 软件，以支持新兴的 CNC 技术。（DP Technology 于 2020 年被 Hexagon AB 收购。）同样，根据1984 年发布 GibbsCAM 的 Gibbs and Associates 创始人 Bill Gibbs 的说法，需要一种解决方案来解决 NC 机床编程问题。20 世纪 80 年代还见证了其他几家 CAM 开发公司的成立以及 CAM 软件的发布。其中包括 CAMWorks (1981)、MicroCAD (1982；该公司后来于1987 年更名为 Cimatron )、CNC Software Inc. (1983)、Esprit Automation (1986)、Vero International Software (1988) 和 Delcam International (1989)。这些公司自成立以来，各自发布了CAM软件，总结如下：- CAMWorks – CAMWorks CAM 软件
- MicroCAD/Cimatron – MultiCAM
- Vero 国际软件 – VISI CAM、EdgeCAM、SurfCAM、AlphaCAM、Radan、WorkNC
- Delcam 国际 – Delcam、PowerMILL、FeatureCAM 和 ArtCAM
CAD/CAM软件
制造商需要减少完成设计和制造过程所需的时间，同时以低成本生产更高质量的产品，因此需要开发 CAD/CAM 系统。这些要求迫使他们寻求更有效的方法来集成这些过程或同时执行它们。为了满足这些需求，软件开发人员创建了 CAD/CAM 系统。这些系统使制造商能够在计算机上管理整个制造业务，从草图绘制和机械设计到生产规划。然而，最初 CAD/CAM 技术价格昂贵且相对复杂。这意味着它们被——而且只能在逻辑上——被有能力负担得起的大公司使用，无论是在购买价格还是人力资源方面。但随着时间的推移，功能较少、成本较低的 CAD/CAM 解决方案在 20 世纪 80 年代开始出现。这些经济实惠的系统的出现是由大公司的传统分包商的投资推动的。后者一直站在鼓励前者采用它们的最前沿。到 20 世纪 90 年代初，随着大型制造商寻求将某些流程外包给更专业但规模较小的公司，分包商也将推动 CAD/CAM 系统使用的增长。如今，CAD/CAM 软件应用程序支持比以往更先进的功能和特性，而且价格同样实惠。与专用 CAM 软件相比，制造商更喜欢它们，因为它们可以实现无缝数据传输，从而减少编程时间。现代 CNC 加工工艺和 3D 打印
CAM 和 CAD 的发展（更具体地说是近年来两者的融合）使早期 NC 机床的缺点远远消失。现代 CAD/CAM 技术降低了费用、提高了可访问性并加快了整个设计和制造过程。最重要的是，CAD 和 CAM 使现代设计师能够更好地控制每个流程。与第一个 CNC 原型相去甚远，现代 CNC 加工工艺现在包括： - 激光切割：通过使用激光将刀具路径或设计刻录到材料（从木材到塑料的任何材料）上进行工作。
- 等离子切割：使用等离子炬切割导电材料（通常是金属）。
- 铣削：通过向工具提供方向和角度来从工件（例如木材）中去除材料的过程
然而，使用数控操作的最有趣的机器之一必须是3D 打印机。由于使用增材工艺，3D 打印机不被视为 CNC 机器，而是使用新材料创建零件。最近的进步甚至使多色 3D 打印成为可能。要更好地了解由 CAM 软件控制的多种机器，请查看CNC 机器比较。 | Planit Holdings 收购 AlphaCAM 制造商 Licom Systems Ltd. |
| Planit Holdings 收购 Pathtrace |
| 西门子收购了开发 NX 软件的 UGS Corp. |
| Cimatron Ltd. 与 Gibbs & Associates 合并 |
| Vero Software 与 Planit Holdings 合并 |
| Autodesk 收购 HMWorks Aps，这是一家在 SolidWorks 中运行的 CAM 软件开发商 |
| Vero Software 收购 SurfCAM 开发商 Surfware, Inc. |
| Hexagon AB 收购 Vero Software；Autodesk 收购 Delcam |
| 3D Systems 收购 Cimatron Ltd. |
| Hexagon AB 收购 ESPRIT CAM 系统开发商 DP Technology, Inc.；Battery Ventures 从 3D Systems, Inc. 收购了 Cimatron 和 GibbsCAM。 |
并购并不完全是一件坏事，因为它们有助于收购公司实现业务多元化、补充现有产品并增加市场份额。然而，整合可能会让客户感觉收购会减少可用的选择，并使他们容易受到收购公司的突发奇想的影响，特别是如果这些公司选择停止开发某些收购的软件以支持其原始产品。CAM产业的全球视野
Mordor Intelligence预计，全球 CAM 行业将以 8.13% 的复合年增长率 (CAGR) 增长，到 2030 年将达到 58.2 亿美元，高于 2024 年的 39.4 亿美元。该报告预计北美将占据最高的市场份额，其次是亚洲，拥有同样高的市场份额。预计欧洲和澳大利亚的采用率中等（因此市场份额），而非洲、南美和中东的采用率较低。尽管某些地区的市场份额较低，但该报告表明，全球制造商已采用 CAM 解决方案并将其集成到其运营中。因此，CAM 应用程序开发商在全球多个国家设立了办事处，并创建了由子公司、经销商、集成商和合作伙伴组成的分销网络。此外，CAM 开发商已在不同国家成立，这证明了 CAM 的全球需求和扩散。例如，NTT Data Engineering Systems Corporation是一家日本公司，开发 Space-E CAM（一种智能 CAD/CAM 系统）以及适用于 CATIA V5 的 Space-E CAA 模具设计插件。另一方面，ZWSOFT是一家开发名为 ZW3D 的 CAD/CAE/CAM 软件的中国公司。HSMWorks Aps 是一家位于丹麦的 SolidWorks CAM 插件开发商；Autodesk 于 2012 年收购了 HSMWorks。当今 CAM 的新兴技术和创新
人工智能
人工智能 (AI) 越来越多地进入各个市场，改变了工作和任务的传统完成方式。AI 有望继续在 CAM 行业中留下自己的印记。CAM 中人工智能最常见的应用领域（并将继续使用）包括预测性维护、材料优化、生产计划和质量控制。在质量控制方面，人工智能用于识别刀具路径中可能导致浪费以及产品异常和缺陷的错误。除了简单地识别此类错误之外，CAM 中的 AI 还可以优化刀具路径以产生更好的结果。人工智能还可以用于监控机器的运行并预测它们需要维护的确切时间。这称为预测性维护。此外，可以对人工智能模型进行训练，了解如何优化制造过程中的材料使用，从而提高效率并减少浪费。此外，由于人工智能在提高制造效率方面的作用，可以部署人工智能来优化能源消耗并增强可持续性。增强现实和虚拟现实
增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 使设计和制造专业人员能够在加工图纸之前与图纸进行交互。这种交互使他们能够在零件制造之前轻松识别并纠正错误。目前，AR和VR解决方案仍在不断发展。但我们预计，随着这些技术的成熟，它们对制造业的贡献，特别是与 CAM 软件的集成，将会增加。基于云的CAM
制造业在团队之间的协作中蓬勃发展。制造组织中的任何一个部门都不能声称是孤立工作的。因此，为了促进团队之间的协作，基于云的 CAM 正在慢慢占据主导地位。2013 年，收购 HSMWorks 后，Autodesk 推出了 CAM 360。CAM 360 旨在使工程师和设计师能够从基于网络的共享数据库下载设计和数字原型，然后准备 CNC 加工程序。该解决方案基于 Autodesk 现有的基于云的产品（包括 Fusion 360）构建。2018 年，应用程序开发商 Onshape 和 MecSoft推出了基于浏览器的 CAM 软件VisualCAMc 的公开测试版。VisualCAMc 被设计为基于网络的 Onshape 软件的生产 CAM 应用程序。基于云的 CAM 具有众多优势。例如，它使用户能够直接访问存储在共享网络数据库上的切削刀具产品数据。在这方面，它减少了与获取此类信息相关的时间，而这是准确编程和模拟所需的。它还使用户能够访问和打开存储在远程数据库中的文件。此外，基于云的 CAM 允许用户利用强大的数据中心计算机的无限计算能力。工业物联网 (IIoT)
工业物联网 (IoT) 涉及物联网设备和智能机器在制造业中的使用。为了蓬勃发展，工业物联网使用收集实时数据的传感器来支持生产程序和运营的自动化、监控和监管。CAM 可以从这些实时数据中受益。例如，物联网传感器可以收集和提供机器性能和刀具磨损等信息，使 CAM 软件能够根据新信息调整加工程序。CAM 的未来
此时此刻，整个创客社区都可以随时使用 CAM 和 CNC 机床。购买CNC 入门套件甚至构建您自己的 CNC 机床都很容易。那么未来CAM到底会走向何方呢？ 计算机辅助制造中的人工智能
与 CAD 非常相似，CAM 显然必须与时俱进。工程师和制造商肯定会寻找更多方法来提高效率、最大限度地减少浪费并降低总体能源消耗。与CAD 中的衍生式设计一样，创客社区的另一个希望是，CAM 很快就能做得更多，让用户做得更少。从本质上讲，机械师和 CNC 程序员将能够退后一步。人工智能将负责实现这种程度的自动化。CAD/CAM 系统的兴起
随着 CAD 和 CAM 的集成，我们可能还会开始看到行业中角色的融合。例如，工程师和机械师之间的分歧可能会缩小。有一点是肯定的，随着 CAD/CAM 软件变得更加直观，设计将变得更加先进。以前被认为太难尝试的设计最终将变得轻而易举。 CAM 对教育的影响
2017年，麻省理工学院推出了制造业暑期课程。该课程由两位教授开发，是对制造业世界变化的回应。它旨在向学生介绍 CAM 和制造领域的最新趋势和技术。大学正在关注机器人、3D 打印、纳米级设备功能（包括微加工）等新的制造技术，以及更多改变可制造产品的技术。因此，学习机构准备继续创建满足新兴市场需求的课程。他们还希望与 CAM 应用程序开发商合作，帮助学生更好地为就业做好准备。改变技能组合
人工智能引发了开发新技能的需求。例如，生成式人工智能催生并增强了即时工程技术。CAM 中的人工智能也将改变人们使用制造设计软件的方式。专家预测，借助人工智能，设计人员和程序员只需指定功能，而无需逐个几何体、逐个表面、逐个特征或逐个零件地指定和创建对象或装配几何体。然后软件将执行设计任务。
