【正文】 CAD / CAM 技 術(shù) 的 現(xiàn) 狀 及 發(fā) 展 趨 勢 [摘要 ]隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計 /計算機輔助制造（ CAD/CAM）技術(shù)在工程設(shè)計、制造等領(lǐng)域中具有重要影響的高新技術(shù)。 CAD/CAM 技術(shù)自動加工的實現(xiàn)對社會產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益 。 現(xiàn)代機 械制造業(yè)中 ,模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)工業(yè) ,許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn) ,在很大程度上依賴于模具制造技術(shù) ,特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業(yè)中尤顯重要。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低 ,已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造技術(shù)水平的重要標志之一 ,直接影響著國民經(jīng)濟中許多部門的發(fā)展。模具 CAD/CAM 是在模具 CAD 和模具 CAM 分別發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ,它是計算機技術(shù)在模具生產(chǎn)中綜合應(yīng)用的一個新的飛躍。 CAD/CAM 技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,軟件、硬件水平的進一步完善 ,為模具工業(yè)提供了強有力的技術(shù)支持 ,為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、 制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍 ,已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的最優(yōu)選擇。 [關(guān)鍵詞 ]CAD/CAM。 技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展歷程 。發(fā)展趨勢； 一 CAD發(fā)展歷程及其應(yīng)用 CAD 即 計算機輔助設(shè)計 (CADComputer Aided Design) 利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作 ， 簡稱 CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負計算、信息存儲和制圖等項工作。 CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計及制造 )技術(shù)產(chǎn)生于本世紀 50 年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機軟硬件技術(shù)和 計算機圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長起來。 CAD 在機械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛。采用 CAD 技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計不但可以使設(shè)計人員 39。甩掉圖板 39。，更新傳統(tǒng)的設(shè)計思想，實現(xiàn)設(shè)計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。如今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用 CAD/CAM 技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計，而且投入大量的人力物力及資金進行CAD/CAM 軟件的開發(fā)，以保持自己技術(shù)上 的領(lǐng)先地位和國際市場上的優(yōu)勢。 發(fā)展歷程 CAD(Computer Aided Drafting)誕生于 60 年代，是美國麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計劃，由于當(dāng)時硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。 70 年代，小型計算機費用下降，美國工業(yè)界才開始廣泛使用交互式繪圖系統(tǒng)。 80 年代，由于 PC 機的應(yīng)用，CAD 得以迅速發(fā)展，出現(xiàn)了專門從事 CAD 系統(tǒng)開發(fā)的公司。當(dāng)時 VersaCAD 是專業(yè)的 CAD 制作公司，所開發(fā)的 CAD 軟件功能強大，但由于其價格昂貴 ，故不能普遍應(yīng)用。而當(dāng)時的 Autodesk 公司是一個僅有員工數(shù)人的小公司，其開發(fā)的 CAD系統(tǒng)雖然功能有限，但因其可免費拷貝，故在社會得以廣泛應(yīng)用。同時，由于該系統(tǒng)的開放性。因此，該 CAD 軟件升級迅速。設(shè)計者很早就開始使用計算機進行計算。隨著計算機變得更便宜，應(yīng)用范圍也逐漸變廣。 CAD 的實現(xiàn)技術(shù)從那個時候起經(jīng)過了許多演變。這個領(lǐng)域剛開始的時候主要被用于產(chǎn)生和手繪的圖紙相仿的圖紙。計算機技術(shù)的發(fā)展使得計算機在設(shè)計活動中有更有技巧的應(yīng)用?，F(xiàn)今，CAD 已經(jīng)不僅僅用于繪圖和顯示，它開始進入設(shè)計者的專業(yè)知識中更“智能” 的部分。隨著電腦科技的日益發(fā)展，性能的提升和更便宜的價格，許多公司已采用立體的繪圖設(shè)計。以往，礙于電腦性能的限制，繪圖軟件只能停留在平面設(shè)計，欠了真實感。而立體繪圖則沖破了這限制，令設(shè)計藍圖更實體化。 系統(tǒng)組成 ： 通常以具有圖形功能的交互計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要設(shè)備有：計算機主機，圖形顯示終端，圖形輸入板，繪圖儀，掃描儀，打印機，磁帶機，以及各類軟件 工程工作站 ： 一般指具有超級小型機功能和三維圖形處理能力的一種單用戶交互式計算機系統(tǒng)。它有較強的計算能力，用規(guī)范的圖形軟件，有高分辨率的顯示終端，可以聯(lián)在資源共 享的局域網(wǎng)上工作，已形成最流行的 cad 系統(tǒng)。 個人計算機 ： pc 系統(tǒng)價格低廉，操作方便，使用靈活。 80 年代以后， pc 機性能不斷翻新，硬件和軟件發(fā)展迅猛，加之圖形卡、高分辨率圖形顯示器的應(yīng)用，以及 pc 機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，由 pc 機構(gòu)成的 cad 系統(tǒng)已大量涌現(xiàn)，而且呈上升趨勢。 CAD 圖形輸入輸出設(shè)備 除了計算機主機和一般的外圍設(shè)備外，計算機輔助設(shè)計主要使用圖形輸入輸出設(shè)備。交互圖形系統(tǒng)對 CAD 尤為重要。圖形輸入設(shè)備的一般作用是把平面上點的坐標送入計算機。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、光筆、觸摸屏、操縱桿、跟 蹤球、鼠標器、圖形輸入板和數(shù)字化儀。圖形輸出設(shè)備分為軟拷貝和硬拷貝兩大類。軟拷貝設(shè)備指各種圖形顯示設(shè)備，是人機交互必不可少的；硬拷貝設(shè)備常用作圖形顯示的附屬設(shè)備，它把屏幕上的圖像復(fù)印出來，以便保存。常用的圖形顯示有三種：有向束顯示、存儲管顯示和光柵掃描顯示。有向束顯示應(yīng)用最早，為了使圖像清晰，電子束必須不斷重畫圖形，故又稱刷新顯示，它易于擦除和修改圖形，適于作交互圖形的手段。存儲管顯示保存圖像而不必刷新，故能顯示大量數(shù)據(jù)，且價格較低。光柵掃描系統(tǒng)能提供彩色圖像，圖像信息可存放在所謂幀緩沖存儲器里，圖像的分辨 率較高。 CAD 軟件 應(yīng)用 除計算機本身的軟件如操作系統(tǒng)、編譯程序外 CAD 主要使用交互式圖形顯示軟件、 CAD 應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)管理軟件 3 類軟件。 交互式圖形顯示軟件用于圖形顯示的開窗、剪輯、觀看，圖形的變換、修改，以及相應(yīng)的人機交互。 CAD應(yīng)用軟件提供幾何造型、特征計算、繪圖等功能 ， 以完成面向各專業(yè)領(lǐng)域的各種專門設(shè)計。構(gòu)造應(yīng)用軟件的四個要素是：算法 、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶界面和數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理軟件用于存儲 、檢索和處理大量數(shù)據(jù)，包括文字和圖形信息。為此，需要建立工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它同一般的數(shù)據(jù)庫 系統(tǒng)相比有如下特點：數(shù)據(jù)類型更加多樣，設(shè)計過程中實體關(guān)系復(fù)雜，庫中數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變動，設(shè)計者的操作主要是一種實時性的交互處理。 輔助模型 常用的 CAD 軟件軟件會提供一些模型，但更多的模型需要從網(wǎng)上獲取，幫助我們提升設(shè)計效率。對于專業(yè)企業(yè)，因為繪制內(nèi)容不同，還常存在有多種 CAD系統(tǒng)并行的局面，那么就需要配置統(tǒng)一的、具備跨平臺能力的零部件數(shù)據(jù)資源庫，將標準件庫和外購件庫內(nèi)的模型數(shù)據(jù)以 CAD 原始數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出到三維構(gòu)型系統(tǒng)當(dāng)中去，如主流的 Autodesk Inventor， SolidWorks, CATIA, SolidEdge, Pro/E, AutoCAD, UG NX, Onespace 等，更快的幫助設(shè)計人員完成設(shè)計工作，提升效率。在國外，這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被稱為“零部件圖書館”或“數(shù)據(jù)資源倉庫”。在歐美和日本的 PLM 用戶中，基于互聯(lián)網(wǎng)的 PLM 零部件數(shù)據(jù)資源平臺 LinkAble PARTmunity（簡稱 PCOM）的知名度一點都不亞于今天我們所熟知的 BLOG 和SNS 這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺。 CAD 系統(tǒng)功能 平 面繪圖：能以多種方式創(chuàng)建直線、圓、橢圓、多邊形、樣條曲線等基本圖形對象。繪圖輔助工具 AutoCAD 提供了正交、對象捕捉、極軸追蹤、捕捉追蹤等。 AutoCAD 的操作界面。繪圖輔助工具：正交功能使用戶可以很方便地繪制水平、豎直直線，對象捕捉可 幫助拾取幾何對象上的特殊點，而追蹤功能使畫斜線及沿不同方向定位點變得更加容易。編輯圖形： AutoCAD 具有強大的編輯功能，可以移動、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、陣列、拉伸、延長、修剪、縮放對象等。標注尺寸 可以創(chuàng)建多種類型尺寸，標注外觀可以自行設(shè)定。書寫文字：能輕易在圖形的任何位置、沿任何方向書寫文字，可設(shè)定文字字體、傾斜角度及寬度縮放比例等屬性。圖層管理功能：圖形對象 都位于某一圖層上，可設(shè)定圖層顏色、線型、線寬等特性。三維繪圖 可創(chuàng)建 3D 實體及表面模型，能對實體本身進行編輯。網(wǎng)絡(luò)功能：可將圖形在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，或是通過網(wǎng)絡(luò)訪問 AutoCAD 資源。數(shù)據(jù)交換： AutoCAD提供了多種圖形圖像數(shù)據(jù)交換格式及相應(yīng)命令。 。 CAD 用途 工程制圖：建筑工程、裝飾設(shè)計、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計、水電工程、土木施工等等。工業(yè)制圖：精密零件、模具、設(shè)備等。服裝加工：服裝制版。電子工業(yè)：印刷電路板設(shè)計。廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設(shè)計、電子電路、機械設(shè)計、服裝鞋帽、航空航天、輕 工化工等諸多領(lǐng)域。 分類，在不同的行業(yè)中。 Autodesk 開發(fā)了行業(yè)專用的版本和插件，在機械設(shè)計與制造行業(yè)中發(fā)行了 AutoCAD Mechanical 版本。在電子電路設(shè)計行業(yè)中發(fā)行了 AutoCAD Electrical 版本。在勘測、土方工程與道路設(shè)計發(fā)行了 Autodesk Civil 3D 版本。而學(xué)校里教學(xué)、培訓(xùn)中所用的一般都是 AutoCAD Simplified 版本。一般沒有特殊要求的服裝、機械、電子、建筑行業(yè)的公司都是用的 AutoCAD Simplified 版本。所以 AutoCAD Simplified 基本上算是通用版本。 CAD 軟件的常用類型： 02， 04， 05， 06， 07， 08， 09， 10 版本，現(xiàn)在用的最為普遍的版本是 09 版本，而且 09 版本對于大部門 3D 模型都兼容。 二、 CAM 的簡介及發(fā)展歷程 CAM (puter Aided Manufacturing，計算機輔助制造 )的核心是計算機數(shù)值控制（簡稱數(shù)控），是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。 1952 年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱為“加工中 心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。 計算機輔助制造 CAM(puter Aided Manufacturing，計算機輔助制造 )：利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡 (刀位文件 )和數(shù)控程序。 CAM (puter Aided Manufacturing，計算機輔助制造 )的核心是計算機數(shù)值控制 (簡稱數(shù)控 )，是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。 1952 年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱為“加工中心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道計算機輔助制造發(fā)展 。 市面上的 CAM 軟件有： UG NX、 Pro/NC、 CATIA、 MasterCAM、 SurfCAM、 SPACEE、CAMWORKS、 WorkNC、 TEBIS、 HyperMILL、 Powermill、 Gibbs CAM、 FEATURECAM、topsolid、 solidcam、 cimtron、 vx、 esprit、 gibbscam、 Edgecam......等等。數(shù)控除了在機床應(yīng)用以外，還廣泛地用于其它各種設(shè)備的控制，如沖壓機、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊接機、裝配機、檢查機、自動編織機、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個相應(yīng)行業(yè) CAM 的基礎(chǔ)。 計算機輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置 、檢測裝置、計算機等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助數(shù)控程序編制、計算機輔助工裝設(shè)計、計算機輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機輔助質(zhì)量控制等。 到目前為止，計算機輔助制造（ CAM， Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個概念。 CAM 的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計到加工制造之間的一切生產(chǎn)準備活動，它包括 CAPP、 NC 編程、工時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。這是最初 CAM 系統(tǒng)的狹義概念。 計算機輔助制造支撐 到今天， CAM 的狹義概 念甚至更進一步縮小為 NC 編程的同義詞。 CAPP 已被作為一個專門的子系統(tǒng)，而工時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、資源需求計劃的制訂則劃分給 MRPⅡ /ERP 系統(tǒng)來完成。 CAM 的廣義概念包括的內(nèi)容則多得多，除了上述 CAM 狹義定義所包含的所有內(nèi)容外，它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程（加工、裝配、檢驗、存貯、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是機床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機交互的方式生成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)帶動機床部件作相應(yīng)的運 動。