1、毕 业 论 文题 目 CAD/CAM 技术的发展与应用现状 院系名称： 郑州电气工程学校 专业班级： * 学生姓名： * 学 号： * 指导教师： * 2010 年 4 月 1 日河南工业大学专科生毕业论文1摘要计算机技术的飞速发展，给传统的制造业带来了巨大的变革，CAD/CAM技术是一项利用计算机系统来帮助人们完成产品的设计和制造的新技术，他是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃，CAD 包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图等;CAM 包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统（FMS） 、工厂管理等，CAD/CAM 技术是制造的主要组成部分，文中简述了 CAD
2、/CAM 的发展与应用现状。关键词 飞速发展 自动绘图 数字化控制 自动化技术河南工业大学专科生毕业论文2Title CAD / CAM technology development and application statusAbstractThe rapid development of computer technology, the traditional manufacturing industry has brought great changes, CAD/CAM technology is a computer system to help people use finishe
3、d product design and manufacturing of new technology, and he is in the production of computer technology in parts of the comprehensive application of CAD, including a new leap geometric model analysis of dynamic simulation analysis product engineering drawing automatically, CAM include digital contr
4、ol process design of flexible manufacturing systems (FMS robot factory management etc,) of CAD/CAM technology is the main component of automation technology, the paper describes the development of CAD/CAM application status quo and.Keywords Rapid development Automatic drawing Digital control Automat
5、ion Technology河南工业大学专科生毕业论文3目 次1 引言.42 CAD/CAM 的基本概念 .42.1 CAD 技术42.2 CAM 技术.53 CAD/CAM 的区别.54 CAD/CAM 集成技术.65 CAD/CAM 系统构成.76 CAD/CAM 的发展与应用 .86.1 CAD/CAM 技术的发展 .86.2 CAD/CAM 技术的应用 .87 CAD/CAM 技术发展与应用需解决的问题.9结论.9致谢.10参考文献 .11图 1-1.7图 1-2.7河南工业大学专科生毕业论文4一、引言当今的机械制造业已不不是传统的机械加工，而是集机械、电子、光学、材料、生物、能源、管
6、理等学科的最新成就为一体的新技术综合体系，世界各国的经济竞争，业主要体现在先进制造技术的竞争上，先进制造技术的发展已成为当代国际间科技竞争的重点，在这种形式下，我国的机械制造业面临着巨大的挑战和机遇，机械制造中综合运用的 CAD/CAM 技术，曾为机械制造业提供了强有力的技术支持，它的发展趋势及应用现状必将对我国的机械制造业产生深远的影响。二、CAD/CAM 的基本概念CAD/CAM 技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。CAD/CAM 技术是先进制造技术的重要组成部分，它的发展和应用使传统的产品设计
7、、制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化。CAD/CAM 技术已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。2.1 CAD 技术CAD 技术起源于美国，它经历了一个由二维设计技术向三维设计技术发展的过程。CAD 不仅是设计手段，而且是一种新的设计方法和思维。显然，CAD技术的内涵将会随着计算机技术的发展而不断扩展。就目前情况而言，CAD 是指工程技术人员以计算机为工具，运用自身的知识和经验，对产品或工程进行方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的总称，是一门多学科综合应用的新技术。CAD 是一种新的设计方法，它采用计算机系统辅助设计人员完成设计的全过程，
8、将计算机的海量数据存储和高速数据处理能力与人的创造性思维和综合分析能力有机结合起来，充分发挥各自所长，使设计人员摆脱繁重的计算和绘图工作，从而达到最佳设计效果。CAD 对加速工程和产品的开发、缩短设计制造周期、提高质河南工业大学专科生毕业论文5量、降低成本、增强企业创新能力发挥着重要作用。一般认为，CAD 系统应具有几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能。一个完整的 CAD 系统应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。人机交互接口是设计、开发、应用和维护 CAD 系统的界面，科学计算是 CAD 系统的主体，主要有有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设
9、计等。工程数据库是对设计过程中使用和产生的数据、图形、图像及文档等进行存储和管理。就 CAD 技术目前可实现的功能而言，CAD 作业过程是在由设计人员进行产品概念设计的基础上从建模分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析、计算和修改，最后编辑全部设计文档，输出工程图。2.2 CAM 技术计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称 CAM）到目前为止尚无统一的定义。一般而言，CAM 是指计算机在制造领域有关应用的统称，有广义 CAM 和狭义 CAM 之分。所谓广义 CAM，是指利用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间
10、接的各种活动，加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。而狭义 CAM 通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和 NC 代码生成等。CAM 中核心的技术是数控加工技术。数控加工主要分程序编制和加工过程两个步骤。程序编制是根据图纸或 CAD 信息，按照数控机床控制系统的要求，确定加工指令，完成零件数控程序编制；加工过程是将数控程序传输给数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床，使刀具和工件严格按执行程序的规定相对运动，加工出符合要求的零件。作为应用性、实践性极强的专业技术，CAM 直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力，CA
11、M 在实际应用中已经取得了明显的经济效益，并且在提高企业市场竞争能力方面发挥着重要作用。三、CAD/CAM 的区别计算机辅助设计与制造技术是近二十多年来迅速发展、广泛应用的一门新兴综合性计算机和自动化应用技术，这项技术从根本上改变了过去从设计到产品的整个生产过程中的技术管理和工作方式，给设计和制造领域带来了深刻的河南工业大学专科生毕业论文6变革，对实现工业和国防现代化具有重要意义。CAD/CAM 技术是当前国际上科技领域的前沿课题，也是计算机集成制造系统 CIMS 的核心技术之一。早期的计算机辅助设计，主要指计算机辅助绘图，利用计算机确定和设计产品形状和尺寸，完成绘图作业的过程。但从前面产品设
12、计章节的讨论我们可以看出，产品的设计不是一个简单的绘图过程，它还包括分析、优化，用到很多领域的知识。所以广义上说，CAD技术应包括二维工程绘图、三维几何造型、有限元分析、数控(NC)加工、产品数据管理及其集成技术等。也就是说，为支持产品的设计，CAD 技术还应该包括计算机辅助分析、辅助制造等覆盖产品设计过程的儿个阶段。为解决产品数量的交换和共享问题，国际标准化组织(ISO)根据各国有关标准制定了产品模型数据 交换标准 STEP。STEP 不仅是产品数据交换标准，而且是信息集成技术，为开发新一代 CADCAM 系统提供了基础。四、CAD/CAM 集成技术自 20 世纪 70 年代中期以来，出现了
13、很多计算机辅助的分散系统，如CAD、 CAE、CAPP、CAM 等，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等方面起到了重要作用。但是这些各自独立的系统不能实现系统之间信息的自动交换和传递。随着计算机辅助技术日益广泛的应用，人们很快认识到，只有当 CAD 系统一次性输入的信息能为后续环节（如CAE、CAPP、CAM）继续应用时才能获得最大的经济效益。为此，提出了CAD 到 CAM 集成的概念，并首先致力于 CAD、CAPP、CAE、CAM 系统之间数据自动传递和转换的研究，以便将已存在和使用的CAD、 CAPP、CAE、CAM 系统集成起来。CAD/CAM 集成技术的关键是 C
14、AD、CAPP、CAM、CAE 各系统之间的信息自动交换与共享。集成化的 CAD/CAM 系统借助于工程数据库技术、网络通信技术以及标准格式的产品数据接口技术，把分散于机型各异的各个CAD、 CAPP、CAM 子系统高效、快捷地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证整个系统内信息的流动畅通无阻。CAD/CAM 集成技术是各计算机辅助单元技术发展的必然结果。随着信息技术、网络技术的不断发展和市场全球化进程的加快，出现了以信息集成为基河南工业大学专科生毕业论文7础的更大范围的集成技术，譬如将企业内经营管理信息、工程设计信息、加工制造信息、产品质量信息等融为一体的计算机集成制造系统。而 CAD/CAM
15、 集成技术是计算机集成制造系统、并行工程、敏捷制造等先进制造系统中的一项核心技术。五、CAD/CAM 系统构成是 CAD/CAM 系统运行的基础，硬件的每一次技术突破系统构成的概念：CAD/CAM 系统的工作流程如图 1-1 所示。一个完善的 CAD/CAM 系统应具有如下功能：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息的功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。为实现这些功能，CAD/CAM 系统的运行环境由硬件、软件和人三大部分所构成，如图 1-2 所示。硬件都带来 CAD/CAM 技术革命性的变化。软件是
16、CAD/CAM 系统的核心，包括系统软件、各种支撑软件和应用软件等。硬件提供了 CAD/CAM 系统潜在的能力，而系统功能的实现是由系统中的软件运行来完成。CAD/CAM 系统的运行离不开人的创造性思维活动，不言而喻，人在系统中起着关键的作用。目前CAD/CAM 系统基本都采用人机交互的工作方式，这种方式要求人与计算机密切合作，发挥各自所长：计算机在信息的存储与检索、分析与计算、图形与文字处理等方面具有特有的功能；人则在创造性思维、综合分析、经验判断等方面占有主导地位。 支 撑 软 件 应 用 软 件 系 统 软 件 生 产 设 备 外 围 设 备 计 算 机 软 件 人 硬 件 CAD/CA
17、M系 统 图 1-2 CAD/CAM 系统组成满 意 不 满 意 满 意 不 满 意 产 品 设 计 性 能 要 求 评 价 评 价 NC自 动 编 程 NC后 处 理 工 艺 规 程 设 计 详 细 设 计 方 案 设 计 工 程 分 析 建 立 产 品 模 型 修 改 图 1-1 CAD/CAM 系统工作流程图河南工业大学专科生毕业论文8六、CAD/CAM 的发展与应用6.1 CAD/CAM 的发展CAD/CAM 发展的历史至今已有 30 余年，从 1965 年 Lockheed 飞机公司研制 CAD/CAM 系统开始， CAD/CAM 技术得到了迅猛地发展。随着计算机及信息技术的迅速发展
18、和日趋完善，CAD/CAM 技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门得到了广泛的应用。CAD/CAM 技术使产品的设计制造和组织生产的传统模式产生了深刻的变革，成为产品更新换代的关键技术，被人们称为产业革命的发动机。在工业发达国家，CAD/CAM 己经形成了一个推动各行业技术进步的、具有相当规模的新兴产业部门。因此,CAD/CAM 技术作为反映一个国家工业水平的标志。21 世纪初的机械制造业，具体表现出以下几个特征。1)标准化 CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。2)集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。
19、3)智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期 (包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。4)网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。5)多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。CAD 技术发展的技术关键-CAD 数据模型 在 CAD/CAM 系统中，CAD 的数据模型是
20、一个关键。随着 CAD 建模技术的进步，CAM 才能有本质的河南工业大学专科生毕业论文9发展。6.2 CAD/CAM 技术的应用我国 CAD/CAM 技术的研究始于 20 世纪 70 年代，当时主要集中在少数高校及航空领域等极小范围。通过近几十年坚持不懈的努力，我国 CAD/CAM 技术在理论与算法研究、硬件设备生产、支撑软件的开发与商品化、专业应用软件的研制与应用，以及在人才培养与技术普及等方面均取得了丰硕的成果。近年来，我国 CAD/CAM技术发展迅速，应用日趋成熟，范围不断拓宽，水平不断提高，应用领域几乎渗透到所有制造工程领域，尤其机械、电子、建筑、造船、轻工等行业在CAD/CAM 技术
21、开发应用上有了一定规模，取得了显著的成效。我国已自行开发了大量实用的 CAD/CAM 软件，国内计算机生产厂家已能够为 CAD/CAM 系统提供性能良好的计算机和工程工作站。少数大型企业已经建立起较完整的CAD/CAM 系统并取得较好的效益，中小企业也开始使用 CAD/CAM 技术并初见成效；一些企业已着手建立以实现制造过程信息集成为目标的企业级 CIMS系统，以实现系统集成、信息共享。CAD/CAM 技术应用的实践证明：先进的技术可以转化为现实的生产力，应用 CAD/CAM 技术是制造企业的迫切需求。 CAD/CAM 技术是保证国家整体工业水平上一个新台阶的关键性高技术，是提高产品与工程设计
22、水平、降低消耗、缩短产品开发与工程建设周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；是提高研究与开发能力、提高创新能力和管理水平、增强市场竞争力和参与国际竞争的必要条件。随着 CAD/CAM 技术应用的日益深入，我国制造企业在今后一段时间将面临的问题是：如何将 CAD 技术由二维绘图向三维建模发展，进一步提高设计效率；怎样充分发挥 CAE 技术的作用，提升产品的竞争力；如何尽快将CAM/CAPP 技术应用于数控编程及工艺设计上，提高数控设备的应用水平，提高工艺设计及工艺管理的计算机应用水平；如何在现有计算机辅助单元技术应用的基础上，提高 CAD/CAM 应用的集成化程度；如何在将来把 CAD/CAM 系统与产品数据管理系统有机地结合起来，形成企业级信息集成管理系统；面对先进设计理论和先进制造模式的发展，怎样抓紧时机迎接新的机遇与挑战等。
