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CADCAM在机械设计及加工中的应用

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1 CAD/CAM在机械设计及加工中的应用

摘要：针对现阶段国内外机械制造业现状,系统地分析了我国机械制造业发展趋势及CAD/CAM技术的要求,对国内外各种CAD/CAM软件的特点及其应用环境进行了分析，指出了CAD/CAM系统中的关键技术,然后以CAXA为例，介绍了这款软件在实体建模和数控加工方面一个实际应用。最后综合目前形势给出了CAD/CAM在机械制造领域的发展方向。

关键词：CAD/CAM;机械制造；CAXA

Application of CAD/CAM in mechanical design and manufacture

Abstract: At present, the domestic and foreign machinery manufacturing industry present

situation, systematically analyzed the development trend of China's machinery manufacturing

industry and the requirements of CAD/CAM, characteristics and its application to the domestic

and foreign environment of CAD/CAM software are analyzed, and points out the key technology

of CAD/CAM system, and then taking CAXA as an example, introduces the software of a

practical in the application of solid modeling and CNC machining. Finally, integrated the current

situation are given in the field of machinery manufacturing development direction of CAD/CAM.

Key words: CAD/CAM;Machinery manufacturing;CAXA

1 引言

随着计算机技术的迅速发展,CAD/CAM 技术在机械制造业中得到广泛的应用,特别是在航空、造船、汽车、模具等行业应用得更为深入。但是目前机械行业除了部分知名企业和合资企业采用了现代设计方法和先进制造技术手段外,大部分中小企业并未对此给予足够的重视。CAD/CAM 技术的应用程度远远低于前述行业,机械产品设计仍以传统设计方法为主,CAD 软件的应用仅停留在绘制工程图方面。零件加工仍是采用传统的工艺手段和制造方法,与当代先进的加工技术相比很落后。这种缺乏足够的与现代科学技术结合的情况已经严重制约了机械加工技术的快速发展。

CAD/CAM 技术是以相应的计算机软件和硬件为基础,目前我们国家经常应用的CAD/CAM 软件种类很多,比较典型的软件有PRO/E、Mastercam、UG、CAXA 等一系列软件。

2 CAD/CAM技术在国内外的应用现状

2.1 CAD/CAM技术在国外的应用现状

CAD/CAM技术20世纪50年代起源于美国,经过近50年的发展,其技术和水平已经到达了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航空航天、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD/CAM技术。CAD/CAM技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱。

2.2 CAD/CAM技术在国内的应用现状

我国CAD/CAM技术的应用起步于20世纪60年代末,经过40多年的研究、开发与推广应用,CAD/CAM技术已经广泛应用于国内各行各业。综合来看,CAD/CAM技术的在国内的应用主要有以下几个特点: 2 (1) 起步晚、市场份额小

我国CAD/CAM技术应用从20世纪80年代开始,“七五”期间国家支持对24个重点机械产品进行了 CAD/CAM的开发研制工作,为我国CAD/CAM技术的发展奠定了一定的基础。国家科委颁布实施的863计划也大大促进了CAD/CAM技术的研究和发展。“九五”期间国家科委又颁发了《1995～2000年我国CAD/CAM应用工程发展纲要》,将推广和应用CAD/CAM技术作为改造传统企业的重要战略措施。有些小企业由于经济实力不足、技术人才缺乏,CAD/CAM技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD/CAM软件在包装和功能上与发达国家还存在差距,市场份额小。

(2) 应用范围窄、层次浅

CAD/CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD二维绘图技术在企业应用情况较好,这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程,另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于早期没有推出微机版本,需要在工作站环境中工作,投资较大,所以只有部分大企业有所应用。在CAM方面,目前企业普遍应用的只是数控程序编制,国内企业已经开始广泛使用华中数控系统、南京SKY系统、日本FUNUC系统、德国SIEMENS系统。而广义的CAM只有少数大型企业采用,中小企业极少应用。

(3) 功能单一、经济效益不突出

CAD/CAM技术在企业中的应用只是单元的智能技术应用,是从企业生产的几个侧面来提高效率。功能分散的CAD/CAM技术其效果是有限的,只有将 CAD、CAPP、CAM、PDM等技术集成在一起,综合应用在设计与制造生产的过程中 ,才能产生显著的经济效益。

2.3 国内外 CAD/CAM 软件的特点

随着 CAD/CAM 技术的发展,使制造业发生了质的变革,与传统的制造相比,在产品的开发设计、加工制造、产品上市、产品质量、环保、节约资源方面都发生了质的突变,因此

CAD/CAM 软件应用日益广泛。每个企业在选取在 CAD/CAM 软件时,要明确自己的要求和目标,选择符合自己需要的软件。下面简单介绍一下企业中常用的几款 CAD/CAM 软件的功能特点。

(1) AutoCAD

AutoCAD 软件是目前企业中最常用的软件,它是二维平面绘图软件,具有强大的绘图、编辑、尺寸标注等多种绘图功能,但是三维造型功能较差,在绘制三维模型时与其它具有三维造型功能的软件相比,操作复杂、费时费力且生成三维的效果图差。

(2) Pro/Engineer

Pro/Engineer(简称 Pro/E)是美国参数技术公司(PTC)推出的基于参数化特征造型技术的大型 CAD/CAM/CAE 集成化的软件。该软件具有造型设计、零件设计、装配设计、结构分析、运动分析、模具设计、板金设计、NC 加工等功能。该软件用户界面简洁,符合设计人员的设计思想和习惯,但精确的曲面构造能力相对于 UG、CATIA 软件较弱。

(3) SolidWorks

SolidWorks 是美国 SolidWorks 公司开发的集 CAD/CAM/CAE/PDM 于一体的设计软件,具有实体建模、曲面建模、虚拟装配、工程制图、产品数据管理等功能。系统界面简单、易学易用,但是曲面建模功能和数控加工功能相对较弱。

(4) CATIA

CATIA 是法国（Dassault）系统公司推出的一套高端 CAD/CAM/CAE 一体化应用软件,具有“基础结构”模组、“机械设计”模组、“形状”模组、“分析与模拟”模组、“AEC

工厂”模组、“加工”模组、“数字模拟”模组、“设备与系统”模组、“人机工程学设计与分析”模组、“智件”模组等多种功能的模组,每种弄组中又包含多种功能模块,可以说是 3 功能强大、界面友好的辅助软件。

(5) CAXA

CAXA 是北京北航海尔软件公司开发的功能强大的二维绘图和三维建模的通用的

CAD/CAM 软件,它强大的二维绘图功能可以与 AutoCAD 相媲美,同时它具有实体建模、虚拟装配、数控加工等功能。该软件易学易用,符合工程师的设计习惯的国产化的软件。

3 CAD/CAM系统的关键技术

2.1 CAM数据库

CAM数据库是将全部需要存储的数据进行存储, 然后通过计算机高速存取信息功能,

提供设计和生产过程中需要的各种数据信息,同时还可以对产品生产的整个过程进行监控。

2.2 生产管理

在数控程序编制完成之后, 需要加工的零件将信息存入CAM数据库。全部的生产计划经过相关的调度程序调控生产的进行。调度程度通过对相关的生产程序进行接收,然后制订下列生产计划：

（1）关注生产中各个零部件的生产情况；

（2）关注生产中不同数控机床的运行情况；

（3）对比生产时间和计划时间的差异；

（4）机床或者其他的设备系统出现问题。

根据调度程序将上述信息进行检测和确定后, 明确不同的机床生产中的负荷和排列计划。如果调度程序对下一步的零件程序予以确定后, 就可以将缓冲器中通过直接或者间接的方式存储的信息,传输到数控机床的相关生产单元中。

4 基于CAD/CAM的一个应用实例

随着 CAD/CAM 技术的发展,市场上的 CAD/CAM 软件越来越多,并且都有了自己独有的特色。实体建模能力和数控加工能力是 CAD/CAM 商品化的关键技术之一,在实际的应用过程中 CAD/CAM 软件的数控加工能力越来越受到用户的关注,因为 CAD/CAM 软件的数控加工能力能极大的提高产品的加工效率,并且通过加工模拟可以避免刀具和机床设备的损坏,为企业减少损失。下面对CAXA这一款CAD/CAM 软件在实体建模能力和数控加工能力方面进行介绍分析。

4.1 CAXA 软件的实体建模功能

CAXA 软件提供基于实体的特征造型、NURBS 自由曲面造型以及实体与曲面混合造型功能,可实现任何复杂形状零件的造型设计。

(1) 方便的特征实体造型

CAXA 软件采用精确的特征实体造型技术,不仅可以通过拉伸、旋转、导动、放样等轮廓造型手段生成三维实体特征,而且还提供了拔模、抽壳、打孔、倒角、过渡等高级特征处理手段,对生成的实体作局部修整。对存在相同的特征实体,提供线性阵列和环形阵列功能；在模具生成方面,CAXA软件还提供了缩放、型腔和分模等造型手段；通过实体布尔运算功能,使特征实体通过交、差、并运算可得到新的特征实体。同时 CAXA 软件还提供尺寸驱动草图或修改特征参数的功能,只要修改草图尺寸或特征参数,系统就会相应地更新特征实体的相关尺寸和参数,自动改变零件的形状和大小,并保持所有特征间的相互位置关系不变。

(2) 强大的 NURBS 自由曲面造型功能

CAXA 软件提供了丰富的曲面造型手段,可以通过列表数据、数学模型、字体文件以及各种测量数据生成的条曲线,通过样条曲线生成曲面；通过直纹面、旋转面、扫描面、等距面、放样面、边界面、网格面以及实体表面等多种生成复杂曲面,并且可对曲面进行任意的

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基于CADCAM技术的机械零部件设计与优化

基于CADCAM技术的机械零部件设计与优化

基于CADCAM技术的机械零部件设计与优化

在当今科技日新月异的背景下，计算机辅助设计与制造（CADCAM）技术在机械零部件设计与优化领域发挥了重要作用。通过利用CADCAM技术，工程师们可以更加高效、精确地进行零部件设计与优化，从而提高产品质量、降低生产成本并缩短产品开发周期。本文将就CADCAM技术在机械零部件设计与优化中的应用进行探讨。

首先，CADCAM技术可以帮助工程师们进行机械零部件的三维建模。通过使用专业的CAD软件，工程师们可以在计算机上建立真实、精确的零部件模型，包括各种几何形状、尺寸和特征。这种三维建模的优势在于，工程师们可以更加方便地观察和修改设计，避免了传统手绘图纸所带来的工作不便和错误。同时，三维建模还可以为后续的分析和优化提供基础。

其次，CADCAM技术使得机械零部件的分析和仿真更加容易。在传统的设计过程中，工程师们需要通过实验或者制造样件来评估零部件的性能和强度。而借助于CADCAM技术，工程师们可以在计算机上进行各种仿真分析，例如应力分析、热力学分析和流体力学分析等。通过这些仿真分析，工程师们可以更早地发现问题、改进设计，并且避免了实验过程中的大量时间和资源浪费。同时，仿真分析还可以为优化设计提供数据支持，使得零部件的设计更加合理和可靠。

另外，CADCAM技术还支持机械零部件的优化设计。在传统设计过程中，工程师们通常采用试错法，通过多次尝试和修改来不断改进设计。而CADCAM技术则可以通过优化算法来实现自动优化设计。通过设定设计目标和约束条件，CADCAM软件可以自动搜索最优解，并给出满足设计要求的最佳设计方案。这不仅节省了大量的设计时间和人力成本，还可以提高设计效率和设计质量。

最后，CADCAM技术还支持机械零部件的制造和加工。通过使用CAM软件，工程师们可以将设计模型转化为机床程序，实现零部件的数控加工。CAM软件可以根据设计模型自动生成刀具路径、加工顺序和进给速度等信息，并生成相应的机床代码。这使得机械零部件的制造过程更加自动化和高效率，减少了人为失误和生产成本。

CAD技术在机械设计中的应用设计

CAD技术在机械设计中的应用设计

优秀设计

CAD技术在机械设计中的应用

摘 要

CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕在以下四个方面：

1．标准化 除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。

2．开放性 CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95／98／NT和UNIX平台上，在JAVA LINUX平台上也有CAD产品，此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自已的CAD系统。

3. 集成化 CAD技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企业信息化进程。其二，是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。

关键词：标准化，开放性，集成化，智能化

TECHNOLOGY IN THE MECHANICAL DESIN CAD

APPLICATION

ABSTRACT

CAD technology as the popularity of mature technology has broad application in

the enterprise, and enterprises have become the real productive forces. Innovative

design capacity of the enterprise and enhance the popularity of network computing

机械cadcam原理及应用边培莹

机械cadcam原理及应用边培莹

机械cadcam原理及应用边培莹

机械CAD/CAM是机械制造领域中的一项重要技术，它是利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术相结合，对机械产品的设计和制造过程进行数字化的支持和自动化的实现。

首先，机械CAD（Computer-Aided Design）是指利用计算机进行机械产品设计的过程。通过CAD软件，设计人员可以用电子图纸的形式创建和修改产品的几何形状、尺寸和外观等。CAD软件可以提供各种设计工具和功能，如绘图、三维建模、装配、动画模拟等，可以大大提高设计效率和准确性。CAD软件还具有数据管理功能，可以对设计文件进行版本控制和共享，方便多人协同设计。

其次，机械CAM（Computer-Aided Manufacturing）是指利用计算机对机械产品的制造过程进行数字化和自动化控制的技术。CAM软件通常与CAD软件相互配合使用，通过导入CAD的设计数据，生成机械加工路径和刀具路径，然后控制数控机床或其他自动化生产设备进行加工操作。CAM软件还可以进行加工过程的模拟和优化，提高加工效率和质量。

机械CAD/CAM的应用涉及到各个领域的机械产品设计和制造，例如航空航天、汽车工业、机械设备制造等。

在航空航天领域，机械CAD/CAM广泛应用于飞机和火箭的设计与制造。通过CAD软件，设计人员可以对飞机和火箭的结构进行三维建模和装配，优化设计方案，提高机身的结构强度和重量比。CAM软件可以自动生成零件的数控加工程序，实现对金属加工中的铣削、钻孔等各种加工操作的自动化控制。这样可以大大提高飞机和火箭制造的精度和效率。

在汽车工业中，机械CAD/CAM应用于汽车零部件的设计和加工。通过CAD软件，设计人员可以对汽车零部件进行三维建模和装配，预测零部件在各种工况下的受力情况，优化设计方案，提高汽车的安全性和性能。CAM软件可以根据CAD设计数据生成汽车零部件的数控加工程序，自动控制数控机床进行精密加工。这样可以提高汽车零部件的加工精度和质量，并提高汽车制造的效率。

机械CAD_CAM

机械CAD_CAM

机械CAD

一、选择题（每题2分，共20分）

1. 下面哪一个不是计算机图形学（CG）研究的内容？

A．硬件

B．图形软件设计

C．数据管理与数据交换技术

D．图形处理的理论与方法

2. 20世纪70年代CAD系统的配置形式是哪一种？

A．主机终端形式

B．分布式台式计算机形式

C．客户/服务器形式

D． 浏览器/服务器形式

3. 通常我们将数据的存储结构称为数据的 ？

A．物理结构

B．逻辑结构

C．逻辑关系

D．存储介质

4. 下面哪种是信息检索系统中常用的文件组织形式？

A．顺序文件

B．索引文件

C．多重链表文件

D．倒排文件

5. 下面哪种模型的棱线是有向的？

A. 线框模型

B. 表面模型

C. 曲面造型

D. 实体造型

6. SolidWorks支持下面哪种建模方法？

A. 草图法

B. 体素法

C．特征法

D．以上都不是

7. 下面哪种数据库对象是虚拟表？

A．表

B．视图

C．索引

D．存储过程

8. 对于线性表的顺序存储，假定每个数据元素占用m个存储单元，每个数据元素第一个单元的存储位置为该数据元素的存储位置，第1个数据元素的存储位置为b，则第i个数据元素的存储位置为 ？

A．b+i*m

B．b+(i-1)*m

C．b+(i+1)*m

D．b+m

9. 在C/S的哪一种分布模式中， 客户信息被多个服务器接受，但不要求返回响应？

A．任务承包模式

B．单客户－多服务器模式

C．广播模式

D．链式服务器模式

10. 在CAD技术发展的哪个时期开始出现CAD这一术语？

A．20世纪50年代

B．20世纪60年代

C．20世纪70年代

D．20世纪80年代

二、判断题（每题1.5分，共30分）

1. 任何设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列串行的设计活动组成。

2. 图形输出设备有图形显示器、数字化仪、绘图机和打印机等。

3. 采用最小二乘法的多项式拟合时，如果一组数据或一条线图不能用一个多项式表示其全部时，应分段处理。