CAD/CAM 概述

一、基本概念CAD:计算机辅助设计Computer-aided Design

CAD/CAM 概念

CAM:计算机辅助制造Computer-aided Manufacturing

CAD/CAM 概念

CAD/CAM 技术的发展历程 二、 CAD/CAM 技术的发展历程 1 ．准备和酝酿时期 (20世纪 50年代～ 60年

代初 ) 1955年，美国麻省理工学院的 D ． T ． Ross

研制了在通用计算机上运行的自动编程工具APT(Automatically Programmed Tools)NC语言系统，应用这种语言通过对刀具轨迹的描述，就可以自动实现计算机辅助编制 NC加工程序。

1958年，人们成功研制了自动换刀镗铣加工中心 (Machining Center，简称 MC)，使得在一次装夹中能完成多工序的集中加工，提高了 NC机床的加工效率和加工质量。

CAD/CAM 技术的发展历程

• 1962年，第一台工业机器人诞生，实现了物流搬运柔性自动化；第一台通用计算机集中控制多台数控机床的实现，降低了数控装置的制造成本，提高了工作可靠性。

• 1963年，第一个正式的 CAD系统 DAC-1 (DAC是 Design Augmented by Computers的简称 ) 在美国通用汽车公司问世， IBM公司也发展了 2250系统图形显示终端。

CAD/CAM 技术的发展历程

• 2 ．蓬勃发展及进入应用时期 (20世纪 60年代～ 70年代 )

• 1967年，英国莫林公司建造了第一条计算机集中控制的自动化制造系统，包括 6台加工中心和一条自动运输线，用计算机编制程序、作业计划和报表。

• 美国辛辛那提公司研制出了类似系统，于 20世纪 70年代初期定名为柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称 FMS)。

CAD/CAM 技术的发展历程

20 世纪 70 年代中期，由于微处理机 ( 大规模集成电路 ) 的出现，计算机的性能成倍提高，体积及成本大大下降，从而促进了柔性制造技术迅猛发展，各 种 微 机 数 控 (Computerized Numerical Control，简称 CNC)技术获得了广泛的应用。

CAD/CAM 技术的发展历程

3 ．突飞猛进及集成化、智能化发展时期(20世纪 80年代～ 90年代 )

CIMS（计算机集成制造系统） CE（并行工程 ）

CAD/CAM 系统 三、 CAD/CAM系统 1 、系统的基本组成  一个完整的 CAD/CAM系统必须具备硬件系统和软件系统。

CAD/CAM 系统 2 、 CAD/CAM的硬件系统 

硬件是一切可以触摸到的物理设备。硬件系统是实现系统各项功能的物质基础，它由计算机、存储设备、显示设备、人机交互设备、输出设备及附加生产设备（ CAM加工设备）等组成。

主要输入设备： 光笔、数字化仪、扫描仪、鼠标、键盘、手写板、定

位指轮、操纵杆、跟踪球。 主要输出设备： 绘图机、打印机、立体显示器、 三维听觉环境系统、

生产系统设备。

3 、 CAD/CAM的软件系统 计算机是按照程序和数据进行工作的，相对于计算机及其外围设备而言，这些程序、数据及相关的文档就是软件。软件水平的高低直接影响到 CAD/CAM系统的功能，工作效率以及方便程度。根据系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为三个层次 : 系统软件、支撑软件和应用软件。

CAD/CAM 系统

系统软件 定义 系统软件指使用、管理、控制计算机运行的操作系统及语言处理程序

等的集合，是用户与计算机硬件的连接纽带。

功能 为用户使用计算机提供一个清晰，简洁，易于使用的友好界面； 尽可能使计算系统中的各种资源得到充分而合理的应用。

特点 通用性，不同领域的用户都可以和需要使用它，即多机通用和多用户通用； 基础性，系统软件是支撑软件和应用软件的基础。

系统组成 操作系统，编译系统，图形接口及接口标准。其中，操作系统是系统软件的核心，主要功能是处理机管理，存贮管理，设备管理，文件管理和作业管理。

发展趋势 开放性好和标准化程度高

流行软件 工作站的 RISC（精简指令系统计算机）体系结构， UNIX操作系统， GKS和 PHIGS图形软件， X Window、 Windows/NT和Windows2000窗口系统等。

CAD/CAM 系统

支撑软件

定义 是目前市场上供应的各种商品化 CAD／ CAM系统。是在系统软件基础上开发出来的满足 CAD用户一些需要的通用软件或工具软件，是 CAD/CAM系统的核心。

主要功能

CAD（二维绘图，三维线框、曲面、实体造型，真实感显示，特征设计）； CAE（有限元前、后置处理，运动机构造型，几何特性计算，静态、动态、热特性分析）； CAM（数控加工和测量编程，工艺过程设计）； 装配设计，钣金件展开和排样，加工尺寸精度控制，过程仿真和干涉检查，工程数据管理和技术文件签发系统等。

引进软件

Computer Vision， Intergraph， CATIA， SDRC-IDEAS， Unigraphics， Euclid， Applicon， Pro／Engineer， DUCT， Medusa， CDC/ICEM， CADAM， Mastercam， Calma， Auto-trol， Gerber

国内软件 北航 CAXA、华中开目 CAD等

三、 CAD/CAM 系统

应用软件

定义 是用户解决实际总是而自行开发或委托开发的程序系统。它是在系统软件的基础上，或用高级语言编程，或基于某种支撑软件，针对特定的问题设计研制，既可为一个用户使用，也可为多个用户使用的软件。

分类 对 CAD而言，按系统运动时设计人员介入的程度，以及系统的工作方式，可分为检索型，自动型，交互型，智能型。

开发应用软件应遵循的原则

使用方便、记忆最少原则、可以容忍的响应时间、灵活的提示信息、良好的工作方式、良好的出错处理

三、 CAD/CAM 系统

4 、 CAD/CAM系统软、硬件的选择 （ 1 ）系统设计的总体原则 在 CAD/CAM系统选型中应把握趋势、区分差异、合

理配置、兼顾发展。掌握如下基本原则： 实用化原则 适度先进性原则 系统性原则 整体设计与分步实施原则

CAD/CAM 系统

   （ 2 ）硬件选用原则 系统功能 、系统的开放性和可移植性、系统的升级扩展能力、系统的可靠性、可维护性与服务质量 、良好的性能价格比

   （ 3 ）软件选用原则 系统功能与能力配置 、软件性能价格比、与硬件匹配性、二次开发能力与环境 、开放性 、可靠性

CAD/CAM 系统

CAD/CAM 的功能 四、 CAD/CAM的功能 1 ．图形显示功能 2 ．输入输出功能 3 ．存储功能 4 ．交互功能 ( 即人机接口 ) 在 CAD/CAM系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁。友好的用户界面是保证用户直接而有效地完成复杂设计任务的必要条件，除软件的界面外，还必须有交互设备实现人与计算机之间的不断通信。

CAD/CAM 的功能• 5 ．造型功能• CAD/CAM系统应能够进行实体造型 (Solid Modeling)和曲面造型 (Surface Modeling)。系统应具有定义和生成基本体素 ( 如立方体、圆柱体、球体、锥体、环状体等 ) 的能力，系统应可以动态显示三维模型，具有消隐、彩色浓淡处理三维模型的能力，以便设计人员能直接观察、构思和检验产品三维模型，完成机械部件的复杂空间布局。造型技术是 CAD/CAM系统的核心，为产品的设计和制造提供各种基本数据和原始信息，是后续处理的基础。

CAD/CAM 的功能 6 ．计算分析功能 7 ．工程绘图功能 工程绘图功能是 CAD/CAM系统的重要环节，是产品最终结果的表达方式。 CAD/CAM系统有处理二维图形的能力，包括基本图元的生成、标注尺寸和图形编辑 ( 比例变换、平移、拷贝、删除等 ) 。产品设计过程是一个反复修改的过程，产品的总体设计需要三维图形，而结构设计主要使用二维图形，系统还应具备二维图形与三维图形之间相互转换的功能。

。

CAD/CAM 的功能• 8 ．结构分析功能• CAD/CAM系统中结构分析用来对产品三维模型，尤其是结构形状比较复杂的零件进行静态和动态特性计算

• 9 ．优化设计功能• CAD/CAM系统具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品设计中的预定指标达到最优。

CAD/CAM 的功能 10． NC自动编程功能 CAD/CAM系统应能根据人机交互获得的零件

的有关数据及技术参数，自动编制出数控加工源程序，求解出刀位文件，并将刀位文件转换成零件的数控加工程序。

CAD/CAM 的功能

11．动态仿真功能 CAD/CAM系统应能进行加工轨迹仿真，机构运动学仿真，运动轨迹干涉检查，工件、机床、刀具、夹具的碰撞、干涉检验等，以便预测产品的性能，模拟产品的制造过程和可制造性，避免损坏，减少制造投资。