機(jī)械CAD/CAM技術(shù)工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展

栗鵬飛

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460）

對(duì)機(jī)械產(chǎn)品而言，其設(shè)計(jì)水平、制造能力、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和周期都是至關(guān)重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方法已經(jīng)無(wú)法滿足新時(shí)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造技術(shù)已經(jīng)是機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)和趨勢(shì)。

1 CAD/CAM技術(shù)的概念

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)稱CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（簡(jiǎn)稱CAM），是指利用計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)來(lái)生成各種圖行和數(shù)字信息，進(jìn)而幫助工程師進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)及制造。CAD/CAM技術(shù)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)，是機(jī)械制造行業(yè)一次新的飛躍。CAD包括有二維繪圖、三維建模、動(dòng)態(tài)模擬、工程和產(chǎn)品分析等；CAM包括有數(shù)字化自動(dòng)控制、柔性制造系統(tǒng)、制造工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、機(jī)器人系統(tǒng)、工廠的管理等。在計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械制造的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造是不可分割的兩個(gè)部分，相互聯(lián)系，相互制約，共同完成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造等一系列過(guò)程。

2 CAD/CAM在機(jī)械制造中的應(yīng)用

2.1 CAD/CAM汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

汽車(chē)制造業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造水平的高低，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)主要應(yīng)用客戶。下面針對(duì)我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)，說(shuō)明CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用狀況。

目前在我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)里，CAD/CAM技術(shù)處在高速發(fā)展階段。在上世紀(jì)80-90年代，我國(guó)汽車(chē)行業(yè)就著手對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造 系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，并建立起了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；2000年大約有一半的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作使用圖形終端；在此期間各大汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的概念車(chē)大都都采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造；截止到目前，各汽車(chē)公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)部門(mén)都在使用的CAD/CAM。隨著CAD/CAE/CAM新概念的提出，今后汽車(chē)行業(yè)將把 CAD/CAM軟件放置在更為重要的地位。

2.2 CAD/CAM在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用

CAD/CAM技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)的融合，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的快速發(fā)展，提高了機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。在整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程中，除了數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行外，還需要計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)制作。數(shù)控系統(tǒng)的軟件可分為以下方面。

（1）設(shè)計(jì)軟件。設(shè)計(jì)軟件主要進(jìn)行機(jī)械零件的繪制，主要的繪圖軟件有 AutoCAD、UG等軟件，除了以上這些CAD軟件以外，還包含用能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械加工的其他類軟件。

（2）制造軟件。制造軟件主要指的是CAM軟件，該軟件主要用于生成加工代碼。當(dāng)前使用的大部門(mén)制造類軟件同時(shí)兼有繪圖建模功能。根據(jù)使用的場(chǎng)合不同可以分為二維、二維半和三維制造軟件。如UG、CAXA等。這些制造軟件能夠生成加工的G代碼，再將設(shè)計(jì)出的圖形在機(jī)床上加工NC代碼送入到數(shù)控機(jī)床中。數(shù)控機(jī)床按照輸入的指令進(jìn)行加工。制造軟件主要包含有加工環(huán)境的設(shè)置，加工工序的設(shè)置，生成軌跡及后置文件的處理等。

（3）執(zhí)行軟件。執(zhí)行軟件主要工作是完成計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的通信，既可通過(guò)外部接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串行，又可以蘊(yùn)PT完成并行通信。這就需要詳細(xì)了解不同的生產(chǎn)廠家，對(duì)通信接口應(yīng)用不同接口協(xié)議。在實(shí)際加工中，人們通常利用控制板卡（即機(jī)床控制器）。這些機(jī)床控制器不僅可以通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行相互聯(lián)系，而且可以通過(guò)軟件程序的設(shè)置實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制器與人之間的交聯(lián)系，現(xiàn)在很多的軟件都是 Windows界面下，操作簡(jiǎn)單，這些執(zhí)行軟件可以通過(guò)輸入代碼完成對(duì)機(jī)床的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工。

（4）不同軟件數(shù)據(jù)間的文件轉(zhuǎn)換。不同的機(jī)械制造軟件有著不同的使用范圍，因此設(shè)計(jì)者要認(rèn)真的考慮一下在不同軟件間的交互連接的問(wèn)題。比如，如何將在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中繪制的零件圖輸入到計(jì)算機(jī)輔助制造之中，再根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置刀具的參數(shù)和路徑，然后利用CAM軟件生成數(shù)控加工的NC代碼；其他除CAD軟件以外的軟件設(shè)計(jì)的三維模型如何讓其在CAM中識(shí)別等。

3 CAD/CAM的發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)在很多行業(yè)都得到了應(yīng)用，正在朝向著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化、并行化、虛擬化、開(kāi)放化方向發(fā)展。

（1）集成化是將CAD、CAM等不同功能的軟件，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)組織信息的交換、提取、共享和處理，保證在系統(tǒng)內(nèi)各種信息流的通暢，并促進(jìn)各個(gè)系統(tǒng)之間的高速運(yùn)行。

（2）網(wǎng)絡(luò)化是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)所面臨的一項(xiàng)新技術(shù)。CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，能夠并行處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品費(fèi)用、產(chǎn)品的流動(dòng)時(shí)間及產(chǎn)品的功能；能夠?yàn)檎麄€(gè)企業(yè)提供建模、性能仿真和技術(shù)分析分；能開(kāi)發(fā)自動(dòng)化系統(tǒng)，優(yōu)化公司的工作計(jì)劃和車(chē)間級(jí)控制，提高生產(chǎn)效率；能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中物料進(jìn)行有效管理，提高物料的利用率，促進(jìn)物流的發(fā)展。

（3）智能化是在現(xiàn)有的知識(shí)化和技能基礎(chǔ)上，建立了知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，及時(shí)有效地向工程技術(shù)人員提供產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的知識(shí)和技術(shù)支持，智能地協(xié)助工程技術(shù)人員，同時(shí)有效地理解和捕捉工程技術(shù)人員意圖、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提出建設(shè)性方案。并具有良好的推理功能，使設(shè)計(jì)新人同樣能做出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代人們正在將創(chuàng)新設(shè)計(jì)和人工智能技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)并應(yīng)用到 CAD/CAM技術(shù)中來(lái)，用智能化的方法和智能化的制造系統(tǒng)去創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)效率。

（4）綠色化是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的又一新的趨勢(shì)。隨著制造業(yè)的發(fā)展，它既給人類創(chuàng)造了巨大的財(cái)富，同樣也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。發(fā)展綠色化的制造技術(shù)既是環(huán)境保護(hù)的需要，也是技術(shù)創(chuàng)新的需要，綠色制造已經(jīng)開(kāi)始影響著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向?，F(xiàn)在在一些高新企業(yè)中，從產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)到最后的制造成型制，從企業(yè)管理到營(yíng)銷(xiāo)，一大批綠色制造技術(shù)都在快速的發(fā)展。

（5）并行化工程是在CAD/CAM技術(shù)中的一項(xiàng)新的系統(tǒng)工程。并行化的方法就是采用并行的、集成的的方法去設(shè)計(jì)產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，要求工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)之初就要充分考慮用戶的需求、產(chǎn)品的成本、生產(chǎn)的進(jìn)度、產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品的銷(xiāo)售等。以最大程度的提高產(chǎn)品創(chuàng)新率及成功率。并行工程的重點(diǎn)是采用并行設(shè)計(jì)方法替代串行設(shè)計(jì)方法。

（6）虛擬化制造是一個(gè)極具潛力的前沿研究方向。多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，將對(duì)下一代生產(chǎn)制造產(chǎn)生深刻影響。虛擬制造是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、制造等生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，可實(shí)時(shí)的模擬出產(chǎn)品實(shí)際制造過(guò)程對(duì)其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、成本和可制造性。

（7）開(kāi)放化。在開(kāi)放式 CAD/CAM系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自己的需要隨時(shí)插入運(yùn)行文件或模塊，還可以重新裝配各個(gè)模塊中的子模塊，或者按照自己的要求修改計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)或子模塊中的不足的地方。而這種修改又不會(huì)影響整個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)，更不需要重新調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

在全球激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)仍面臨著較大的壓力，主要表現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新能力弱、技術(shù)更新慢、不能與快速發(fā)展市場(chǎng)相適應(yīng)，我國(guó)只有充分利用CAD/CAM技術(shù)不斷提高產(chǎn)品的創(chuàng)新能力，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，才能促進(jìn)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］江平宇，張映鋒.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2010.

［2］殷國(guó)富，楊隨先.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.

［3］劉曉冰，高天.CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及主流軟件產(chǎn)品［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2003，7（1）：8-10.

［4］王隆太.機(jī)械CAD/CAM技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］寧汝新，趙汝嘉.CAD/CAM技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社出版，2003.