CAD/CAM軟件在機械制造業中的應用研究

摘要：本文主要分析了CAD/CAM在機械制造業中的必要性，以及在機械制造業的發展過程中對CAD/CAM所提出的技術要求，并提出了相應的選型原則，闡述了在機械制造業中CAD/CAM的重要意義。

關鍵詞：CAD/CAM；機械制造；技術應用；選型

CAD/CAM最早主要是應用于航空領域，主要用于解決飛機的制造和設計問題。其是一門綜合了多種學科的應用技術，CAD/CAM對于制造業來說，能夠縮短開發產品的周期，提高產品的制造品質和設計品質，進一步降低開發所需的成本，合理的運用CAD/CAM能夠有效提高企業的市場競爭力。

1.CAD/CAM在機械制造業中應用的必要性

設計和制造的過程，可以說就是一個與產品信息相關的產生、交換、處理和管理的過程。在這個過程中，人們所使用的主要手段是計算機技術，對產品的從設計到最終投入市場的全過程進行分析處理，運用和生成各種圖形信息和數字信息，從而進行設計和制造產品。CAD/CAM與傳統的簡單映像不同，其將工程領域的相關技術與計算機科學和人的經驗與智慧相結合，在制造和設計的整個過程中利用計算機系統最大限度的來完成需要大量勞動、計算復雜、高重復性和人工難以完成的一些工作，并非代替技術人員，而是輔助其完成，從而獲取最佳的效果。

2.CAD/CAM和數控機床

數控技術集成了微電子技術、計算機技術、機械加工技術以及自動控制技術等，是一門發展非常迅速的新興技術。計算機輔助設計（CAD）是一種輔助生產的工具，其結合了計算機的處理數據和存儲能力，邏輯判斷和綜合分析能力，精確而又高速的運算能力，靈活豐富的文字和圖形處理能力以及設計人員的創造性思維，從而形成了一個計算機與設計者相結合的系統，有效提高了設計的效率。計算機輔助制造（CAM）、CAD與數控加工有機結合，已經成為了當前數控機床應用中的主流方向，所達到的加工效果非常理想。在加工過程中，將加工思想通過各種CAD/CAM軟件生成代碼，然后采用相應軟件執行代碼進行成品的加工。

設計軟件一般用于繪制零件，而制造軟件用于生成加工代碼，同時制造軟件大部分也都具有繪圖的功能。標準的G代碼先由制造軟件生成，然后在機床上將設計思想加工成型，即將代碼送入機床，然后機床會按照相應指令進行加工，一般包括，設置加工的具體工序，加工環境，生成軌跡文件，以及后置的處理等等。而根據相關代碼控制機床完成加工的軟件就是執行軟件。

隨著計算機技術和CAD/CAM技術的快速發展，兩者的獨立發展已經無法滿足人們的需求，進而出現了CAD與CAM的組合形式，也就是將兩者一體化以適應制造和設計的相關要求。這種結合將工藝流程、產品的設計和加工全部集成在一個系統當中，對于提高生產效率極為有利。

3.機械制造業的發展對CAD/CAM的要求

機械制造業目前的發展總體趨勢是靈捷化、信息化、柔性化、智能化。而由于信息產業在社會中的主導地位，機械制造業也同樣將會由信息來主導，同時將會采用先進的制造技術，先進的生產模式以及先進的管理組織方式重新整合。

其中靈捷化是將準備推向市場的時間縮短，促使機械制造的相關機制能夠靈活的轉向。信息化指制造業將由信息借助于能量和物質的力量從而生產出相應的價值。柔性化指工藝路線和工藝裝備對于生產各種產品都能夠適應，能夠適應產品更換和工藝更換的需求。智能化能夠促使生產系統具有更加完善的適應能力和判斷能力。

所以，在未來智能化產業和信息產業將會成為社會的主導產業。此外，目前的相關制造技術也正在逐步向著微型制造、精密加工、超高速切削等方向快速發展。微型加工、等離子加工、離子束加工、超高速加工、精密加工、激光加工、電子束加工等技術的實現，奠定了快速提高生產效率的良好基礎。同時，對于高科技制造技術也在進行不斷的綜合利用，綜合利用激光學、計算機技術、生物學、管理科學、人文科學、工程數學、信息科學、微電子技術、材料科學、控制論等。這些學科在不斷的改變機械制造業，同樣對于這些學科機械制造相關技術的快速發展也提供了相應的工具，進一步促進了這些學科的快速發展。

CAM、CAD技術是利用計算機輔助人們完成產品的制造和設計的一項新技術，其是在零件的生產中計算機技術具體應用的一個跨越。CAM主要包括設計工藝過程、FMS、數控、工程管理、機器人等、CAD主要包括工程分析、動態模擬、幾何模型的建立、自動繪圖、產品分析等等。在自動化制造技術中CAM/CAD技術是非常重要的一個組成部分，隨著其硬件和軟件水平的不斷完善和相關技術的快速發展，為產品的制造、設計、生產帶來了新的發展空間，為機械制造提供了有利的技術保障，儼然已經成為了當前企業集成化、信息化、網絡化的必然選擇。CAM/CAD是一種由管理軟件、應用軟件、系統軟件和支撐軟件組成的集成系統，其中，為了解決某些應用上的問題用戶所編制的程序就是應用軟件，在編制時應該遵循以下幾點原則：

3.1.軟件工程方法

維護工程科學和對計算機軟件的開發進行指導的就是軟件工程，也就是說在開發與維護軟件時要利用工程的技術、原理和方法，進行軟件的維護與開發，軟件工程從時間上進行分解，將軟件劃為幾個階段，然后按照階段進行相應的開發。

3.2.智能化CAD和成組CAD

雖然產品的結構不同，但是有些卻比較相似，我們可以以產品的工藝和結構的相似性為根據，將零件利用成組技術進行劃分，根據同一類型零件的相應特點，編制通用的CAD軟件，用于該類零件的設計，我們將其稱為成組CAD。而所謂的CAD智能化，就是將CAD技術和專家系統進行融合后所構建的系統。

3.3.友好的用戶界面

軟件是為了應用才存在，對于軟件來說，是否能夠較為容易的讓用戶掌握則是其評價標準。友好的用戶界面應主要包括：界面熟悉、方便使用、交互方式良好、提示或幫助信息靈活、出錯處理能力優秀。

3.4.CAD參數化

對于一些通用化、系列化、標準化的程度相對較高的產品，在設計時所應用的產品結構和數學模型都是相對固定的，一般來說只是在結構尺寸上存在差異。對于這一類的產品，我們可以使用相應的變量來代替基本參數和已知條件。然后通過相應的軟件對繪圖所需要的數據進行計算，或者是采用計算機對圖形數據庫進行自動查詢，然后再利用相應的繪圖生成軟件自動設計圖形，這就是我們所說的CAD參數化。

4.CAM/CAD系統的基本選型原則

對于所有應用或者是打算應用CAM/CAD技術的企業來說，CAM/CAD系統的配置和選擇都是非常重要的。在配置和選擇CAM/CAD系統時，應該對以下幾點因素進行綜合考慮：

4.1.系統的可擴展性與可調節性

與原有的計算機環境新安裝的系統應該能夠進行交互操作，也就是說要具有向下兼容的能力，此外，還應該具備擴展和升級的能力，用戶界面以及軟件的再開發需要特別注意。

4.2.供應商的資產可信度以及發展趨勢

在系統的選購過程中，不僅要對其價格和技術的相關性能指標進行分析和比較，同時對供應商的經營情況和具體發展趨勢也應該進行深入分析。如果不了解供應商的相關情況，與將要易手的企業進行合作，或者是所購買的產品將要停產進行更新換代，那么后果可以說是非常的被動。

4.3.系統的具體功能

在軟件的選擇過程中要考慮對于CAM/CAD軟件的功能各種產品在進行設計時所提出的要求，在硬件的選擇過程中則要考慮存儲器的容量、輸入和輸出的能力、圖形的處理和顯示能力、聯網通信能力和CPU的處理運算能力，此外，還要注意硬件和軟件的匹配。

4.4.價格性能比

相對來說，這是一個比較綜合的指標。在硬件和軟件系統的采購過程中，用戶應該按照價格和功能進行考核比較，在滿足相關要求的基礎上，應選擇價格最為合理的對象。

總結：目前，對于在機械制造業中CAM/CAD的應用，我們還需要繼續探索和深入研究，CAM/CAD軟件的開發是為了提高機械制造業的制造水平和設計水平，因此，CAM/CAD不僅要具備較高的水平，同時還應該能夠將投入從市場中收回，要能夠根據機械制造業的具體需要，不斷開發和更新。

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作者簡介：康愛英 女 1972，9，3漢族 籍貫：湖南省邵陽縣塘渡口鎮

研究方向：機械設計與制造（模具設計與制造、數控加工技術）

大學本科 ，講師 單位：湖南信息職業技術學院