CAD/CAM技術在工業產品設計中的應用

【摘 要】CAD/CAM是計算機輔助設計與計算機輔助制造的英文縮寫，是一項利用計算機幫助人們完成設計與制造的技術；將兩者聯系起來就是采用計算機后，傳統的設計與制造兩個分離的任務將作為一個整體來規劃和開發，實現信息處理的高度一體化。實踐證明，將CAD和CAM作為一個整體來規劃和開發，可以取得更明顯的效益。本文主要探討CAD/CAM技術在機械設計中的應用。

【關鍵詞】CAD/CAM技術；機械設計

0.前言

CAM技術，即計算機輔助制造技術，是指借助計算機來完成從生產準備到產品制造出來的過程中的各項活動，如計算機輔助數控加工編程、制造過程控制、質量檢測與分析等。CAM是CAD/CAPP/CAM集成系統中重要的組成部分，涉及到許多學科領域， 如計算機科學與工程、計算數學、機誡設計、人機工程、電子技術及其他很多工程技術。經過四十余年的發展，CAM 技術在機械制造、航空航天等技術領域起到了相當重要的作用。

在CAD/CAM系統中，設計和制造的各個階段可利用公共數據庫中的數據。公共數據庫將設計與制造過程緊密聯系為一個整體。數控自動編程系統利用設計的結果和產生的模型，形成數控加工機床所需的信息。CAD/CAM可大大縮短產品的制造周期.顯著提高產品質量，從而產生巨大的經濟效益。

CAD/CAM技術隨著計算機硬件和軟件技術的迅速發展日趨完善，在機械、電子、宇航和建筑等部門得到廣泛應用。CAD/CAM技術使產品的設計制造和組織生產的傳統模式產生了深刻的變革，成為產品更新換代的關鍵技術，被人們稱為產業革命的發動機。在工業發達國家，CAD/CAM已經形成了一個推動各行業技術進步的、具有相當規模的新興產業部門。

1.CAD/CAM在工業產品設計中的應用

1.1零件的實體建模

CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，系統提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體。對簡單的零件，可通過對其進行結構分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。

對于有些復雜的零件，往往難以分解成若干個基本體，使組合或分解后產生的基本體過多，導致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。

實體裝配圖的生成。在零件實體構造完成后，利用機器運動分析過程中的資料，在運動的某一位置，按各零件所在的坐標進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。

1.2模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學技術的不斷發展，制造行業的生產技術不斷提高，從普通機床到數控機床和加工中心，從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業正向數字化和計算機化方向發展。同時，模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術（RPM）等，幾乎覆蓋了整個現代制造技術。 一個完整的CAD/CAM軟件系統是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎，進行統一管理，而實體造型是工程數據的主要來源之一。

1.3機械CAE軟件的應用

機械CAE系統的主要功能是：工程數值分析、結構優化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后，才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態特性等。

2.CAD/CAM技術未來發展前景

CAM系統應發展為不僅可繼承并智能化判斷工藝特征，而且具有模型對比、殘余模型分析與判斷功能，使刀具路徑更優化，效率更高。同時面向整體的形式也具有對工件包括夾具的防過切、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，并開放工藝相關聯的工藝庫、知識庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識積累、學習、運用成為可能。

近年來，計算機網絡技術和信息技術得到了空前的發展，網絡已經滲入到全球的各個角落，并時刻影響和推動著制造的發展、改變著制造環境，面對這種變化，迫切的需要建立一種以市場需求驅動的、具有快速響應機制的網絡化制造系統模式。制造企業將利用Interner 進行產品的協同設計和制造。而CAM作為制造的核心部分更是需要建立起CAM2NET，通過Interner 提供多種制造支撐服務，如產品設計的可制造性、加工過程仿真及產品的試驗等，使得集成企業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境在網絡上協調工作，將企業中各種以數據庫文本圖形和數據文件存儲的分布信息集成起來以供合作伙伴共享，為各合作企業的過程集成提供支持。

3.結論

計算機輔助設計及制造（CAD/CAM）技術已經越來越多地應用在數控加工領域， CAD/CAM軟件技術也在飛速發展，出現了很多的軟件產品，這些產品根據自身的開發檔次及其適用度，被廣泛應用在不同加工場合，大大節省了設計制造的時間周期，并在一定程度上提高了精度和速度。

【參考文獻】

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