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第8章 CAD/CAM软件应用

CAD/CAM（计算机辅助设计及制造）与PDM（产品数据管理）构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。对于制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。

CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、高效的数字化表示和表现（Digital Representation and Presentation）的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲面、实体和特征模型；而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。

CAD的概念不仅仅是体现在辅助制图（图形实现）方面,它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱出来。极大地提高了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本，增强行业竞争能力。

CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。随着对产品质量要求的不断提高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设计和制造过程紧密地联系为一个整体。数控自动编程系统利用设计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。

CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。波音888新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。媒介宣传中称之为\无纸设计\，而波音公司本身认为，这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。

8.1 CAD/CAM技术特点

针对企业从设计到制造整个过程的CAD/CAM 软件解决方案，一般都具备以下技术特点： 1、产品开发的集成

一个完全集成的 CAD/CAM 软件，能辅助工程师从概念设计到功能工程分析到制造的整个产品开发过程，如图8.1所示。

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图8.1 CAD/CAM 工作流程

2、相关性

通过应用主模型方法，使从设计到制造所有应用相关联，如图8.2所示。

图8.2 主模型方法

3、并行协作

通过使用主模型，产品数据管理 PDM ，产品可视化（PV）以及杠杆运用Internet技术，支持扩展企业范围的并行协作，如图8.3。

图8.3 并行协作

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8.2 CAD/CAM软件分类

CAD/CAM技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在，工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。 1、高档CAD/CAM软件

高档CAM软件的代表有Unigraphics、I-DEAS /Pro/Engineer、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的2轴加工到以5轴联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具允许用户扩展UG的功能。是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CAM软件。 2、中档CAD/CAM软件

CIMATRON是中档CAD/CAM软件的代表。这类软件实用性强，提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 3、相对独立的CAM软件

相对独立的CAM系统有Mastercam、Surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用在中小企业的模具行业。 4、国内CAD/CAM软件

国内CAD/CAM软件的代表有CAXA-ME、金银花系统等。这类软件是面向机械制造业自主开发的中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件，具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能。这些软件价格便宜，主要面向中小企业，符合我国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。

8.3 CAD/CAM技术的发展趋势

1、集成化

集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC（生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD

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系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除\自动化孤岛\，取得最佳的效益。 2、网络化

21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。CAD/CAM系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行管理的物料管理应用系统等。 3、智能化

人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家CAD系统。专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起, 给设计者更全面，更可靠的指导。应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。

8.4典型CAD/CAM软件介绍

在当前流行的CAD/CAM软件中，UG是比较流行的、比较优秀的软件，本文以UG为主介绍CAD/CAM软件的典型应用。

UG是Unigraphics Solutions公司的产品,界面如图所示。为用户提供一个较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。在UG中，先进的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的。

8.4.1 UG的CAD功能

UG/Hybrid Modeler复合建模模块无缝地集成基于约束的特征建模和传统的几何（实体、曲面和线框）建模到单一的建模环境内，在设计过程中提供更多的灵活性，用户可以选择最自然地支持设计意图的方法。

UG/Hybrid Modeler比参数化CAD建模模块有许多明显优点：在设计过程中有更多的灵活性；允许参数按需添加，不必强制模型全部约束，在设计过程中有完全的自由度，设计改变可以很方便地进行；允许传统的产品设计过程按需有效地与基于特征的建模组合。

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