【摘 要】CAD/CAM是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造的英文縮寫，是一項(xiàng)利用計(jì)算機(jī)幫助人們完成設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)；將兩者聯(lián)系起來(lái)就是采用計(jì)算機(jī)后，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造兩個(gè)分離的任務(wù)將作為一個(gè)整體來(lái)規(guī)劃和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)信息處理的高度一體化。實(shí)踐證明，將CAD和CAM作為一個(gè)整體來(lái)規(guī)劃和開發(fā)，可以取得更明顯的效益。本文主要探討CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】CAD/CAM技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)

0.前言

CAM技術(shù)，即計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，是指借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來(lái)的過(guò)程中的各項(xiàng)活動(dòng)，如計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、制造過(guò)程控制、質(zhì)量檢測(cè)與分析等。CAM是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中重要的組成部分，涉及到許多學(xué)科領(lǐng)域， 如計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、計(jì)算數(shù)學(xué)、機(jī)誡設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、電子技術(shù)及其他很多工程技術(shù)。經(jīng)過(guò)四十余年的發(fā)展，CAM 技術(shù)在機(jī)械制造、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域起到了相當(dāng)重要的作用。

在CAD/CAM系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)和制造的各個(gè)階段可利用公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。公共數(shù)據(jù)庫(kù)將設(shè)計(jì)與制造過(guò)程緊密聯(lián)系為一個(gè)整體。數(shù)控自動(dòng)編程系統(tǒng)利用設(shè)計(jì)的結(jié)果和產(chǎn)生的模型，形成數(shù)控加工機(jī)床所需的信息。CAD/CAM可大大縮短產(chǎn)品的制造周期.顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

CAD/CAM技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展日趨完善，在機(jī)械、電子、宇航和建筑等部門得到廣泛應(yīng)用。CAD/CAM技術(shù)使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造和組織生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式產(chǎn)生了深刻的變革，成為產(chǎn)品更新?lián)Q代的關(guān)鍵技術(shù)，被人們稱為產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)動(dòng)機(jī)。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，CAD/CAM已經(jīng)形成了一個(gè)推動(dòng)各行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的、具有相當(dāng)規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)部門。

1.CAD/CAM在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1零件的實(shí)體建模

CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。在許多具有實(shí)體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對(duì)簡(jiǎn)單的零件，可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。

對(duì)于有些復(fù)雜的零件，往往難以分解成若干個(gè)基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過(guò)多，導(dǎo)致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實(shí)體造型中通過(guò)拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進(jìn)而通過(guò)交、并、差等得到所需要零件的三維實(shí)體造型。

實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后，利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程中的資料，在運(yùn)動(dòng)的某一位置，按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”，這一過(guò)程可用CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。

1.2模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心，從人工設(shè)計(jì)和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業(yè)正向數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。同時(shí)，模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)（RPM）等，幾乎覆蓋了整個(gè)現(xiàn)代制造技術(shù)。 一個(gè)完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個(gè)功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動(dòng)態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，而實(shí)體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一。

1.3機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用

機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是：工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與壽命預(yù)估、動(dòng)力學(xué)/運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問(wèn)題后，才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問(wèn)題和動(dòng)態(tài)特性等。

2.CAD/CAM技術(shù)未來(lái)發(fā)展前景

CAM系統(tǒng)應(yīng)發(fā)展為不僅可繼承并智能化判斷工藝特征，而且具有模型對(duì)比、殘余模型分析與判斷功能，使刀具路徑更優(yōu)化，效率更高。同時(shí)面向整體的形式也具有對(duì)工件包括夾具的防過(guò)切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工藝要求，并開放工藝相關(guān)聯(lián)的工藝庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、材料庫(kù)和刀具庫(kù)，使工藝知識(shí)積累、學(xué)習(xí)、運(yùn)用成為可能。

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)得到了空前的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲入到全球的各個(gè)角落，并時(shí)刻影響和推動(dòng)著制造的發(fā)展、改變著制造環(huán)境，面對(duì)這種變化，迫切的需要建立一種以市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)的、具有快速響應(yīng)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)模式。制造企業(yè)將利用Interner 進(jìn)行產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)和制造。而CAM作為制造的核心部分更是需要建立起CAM2NET，通過(guò)Interner 提供多種制造支撐服務(wù)，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可制造性、加工過(guò)程仿真及產(chǎn)品的試驗(yàn)等，使得集成企業(yè)的成員能夠快速連接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撐環(huán)境在網(wǎng)絡(luò)上協(xié)調(diào)工作，將企業(yè)中各種以數(shù)據(jù)庫(kù)文本圖形和數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的分布信息集成起來(lái)以供合作伙伴共享，為各合作企業(yè)的過(guò)程集成提供支持。

3.結(jié)論

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAM）技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用在數(shù)控加工領(lǐng)域， CAD/CAM軟件技術(shù)也在飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多的軟件產(chǎn)品，這些產(chǎn)品根據(jù)自身的開發(fā)檔次及其適用度，被廣泛應(yīng)用在不同加工場(chǎng)合，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)制造的時(shí)間周期，并在一定程度上提高了精度和速度。

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