CADCAM發(fā)展歷程及基本概念

1、CAD-CAM 發(fā)展歷程及基本概念CAD/CAM （Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing ），即 計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造 ，是一門基于計算機技術(shù)而發(fā)展起來 的、與機械設(shè)計和制造技術(shù)相互滲透相互結(jié)合的 、多學(xué)科綜合性的技術(shù) 。 第一節(jié) CAD/CAM 發(fā)展歷程及基本概念一、CAD/CAM 發(fā)展歷程1. CAD 、CAM 技術(shù)的發(fā)展歷程CAD 技術(shù)從出現(xiàn)至今大致經(jīng)歷了五個階段：（1）孕育形成階段（ 20 世紀 50 年代）。（2）快速發(fā)展階段（ 20 世紀 60 年代）。（3）成熟推廣階段（ 20 世紀 70 年代。（4）廣泛

2、應(yīng)用階段（ 20 世紀 80 年代）。（ 5）標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化階段（ 20世紀 80 年代后期）2. CAE 技術(shù)的發(fā)展歷程CAE 技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：（1）技術(shù)探索階段（ 20 世紀 6070年代）。（2）蓬勃發(fā)展時期（ 20 世紀 7080年代）。3）成熟推廣時期（ 20 世紀 90 年代）二、CAD/CAM 基本概念一般認為， CAD 是指工程技術(shù)人員在人和計算機組成的系統(tǒng)中，以計 算機為輔助工具 ，通過計算機和 CAD 軟件對設(shè)計產(chǎn)品進行分析 、計算、 仿真、優(yōu)化與繪圖，在這一過程中，把設(shè)計人員的創(chuàng)造思維、綜合判斷 能力與計算機強大的記憶、數(shù)值計算、信息檢索等能力相結(jié)合

3、，各盡所 長，完成產(chǎn)品的設(shè)計 、分析、繪圖等工作 ，最終達到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本的目的。CAD 的功能可以大致歸納為四類，即幾何建模、工程分析、動態(tài)模擬 和自動繪圖。為了實現(xiàn)這些功能，一個完整的 CAD 系統(tǒng)應(yīng)由科學(xué)計算、圖形系統(tǒng)和 工程數(shù)據(jù)庫等組成?？茖W(xué)計算包括有限元分析、可靠性分析、動態(tài)分析、產(chǎn)品的常規(guī)設(shè)計和 優(yōu)化設(shè)計等；圖形系統(tǒng)則包括幾何造型、自動繪圖、動態(tài)仿真等； 工程數(shù)據(jù)庫對設(shè)計過程中需要使用和產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、圖形、文檔等進行存 儲和管理。CAM 是指應(yīng)用電子計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱，有狹義 CAM 和廣 義 CAM 。狹義 CAM 指數(shù)控加工，它的輸

4、入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容， 輸出信息是加工時的刀位文件和數(shù)控程序。 廣義 CAM 是利用計算機進行零件的工藝規(guī)劃、數(shù)控程序編制、加工過 程仿真等。 把計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造集成在一起，稱為 CAD/CAM 系 統(tǒng)、 把計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造和計算機輔助工程集成在一起，稱 為 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)。CAD/CAM 技術(shù)是一種在不斷發(fā)展著的技術(shù) ，隨著相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 的發(fā)展和擴大， CAD/CAM 技術(shù)的內(nèi)涵也在不斷擴展。三、CAD/CAM 系統(tǒng)組成CAD/CAM 系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成 。硬件系統(tǒng)包括計算機和外 部設(shè)備，軟件系統(tǒng)則由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和專

5、業(yè)軟件組成。第二節(jié) CAD/CAM 技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一 ，模具是工業(yè)生產(chǎn)中的基礎(chǔ)工 藝裝備，是一種高附加值的高技術(shù)密集型產(chǎn)品，也是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的 重要領(lǐng)域 ，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo) 志。一、模具成形的特點 按照成形的特點 ，模具分為沖壓模具 、塑料模具 、壓鑄模具 、鍛造模具、 鑄造模具、粉末冶金模具、玻璃模具、橡膠模具、陶瓷模具和簡易模具 等十大類。模具成形技術(shù)具有如下特點：(1) 生產(chǎn)率高(2) 制件質(zhì)量好(3) 材料利用率咼(4) 成本低二、CAD/CAM 技術(shù)在現(xiàn)代模具技術(shù)中的應(yīng)用1. CAD/CAM 技術(shù)在冷沖

6、模中的應(yīng)用上世紀 50 年代末期，國外一些科研院所便開始研究開發(fā)冷沖模CAD/CAM 系統(tǒng)。1971 年，美國 DieComp 公司成功地開發(fā)了級進模計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)PDDC。應(yīng)用該系統(tǒng)可以完成冷沖模設(shè)計的全部過程，其中包括輸入產(chǎn) 品圖形和技術(shù)條件；確定操作順序、步距、空位、總工位數(shù)；繪制排樣 圖；輸出模具裝配圖 、零件圖和壓力機床參數(shù) ；生成數(shù)控線切割程序等。 1977 年捷克金屬加工工業(yè)研究院研制成功 AKT 系統(tǒng)，它可以用于簡 單、復(fù)合和連續(xù)沖裁模的設(shè)計和制造；20 世紀 70 年代末期，日本機械工程實驗室和日本旭光學(xué)工業(yè)公司分別 開發(fā)的連續(xù)模設(shè)計系統(tǒng) MEL 和沖孔彎曲模系統(tǒng) PEN

7、TAX ； 1982 年日立公司研制了沖裁模 CAD 系統(tǒng)。使用這些系統(tǒng)進行模具設(shè)計 制造，大大縮短了模具開發(fā)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。CAD/CAM 在冷沖模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用 ，主要可歸納為以下幾個方 面：1) 利用幾何造型技術(shù)完成復(fù)雜模具幾何設(shè)計。2) 完成工藝分析計算，輔助成形工藝的設(shè)計。3) 建立標(biāo)準(zhǔn)模具零件和結(jié)構(gòu)的圖形庫，提高模具結(jié)構(gòu)和模具零件設(shè)計 效率。4) 輔助完成繪圖工作，輸出模具零件圖和裝配圖。5) 利用計算機完成有限元分析和優(yōu)化設(shè)計等數(shù)值計算工作。6) 輔助完成模具加工工藝設(shè)計和 NC 編程。2. CAD/CAM 技術(shù)在塑料模中的應(yīng)用注射模 CAD/CAM

8、技術(shù)主要從兩個方面對技術(shù)人員提供強有力的幫助 ： 一是應(yīng)用 CAE 技術(shù)對模具進行有限元結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、流動分析模擬和 冷卻分析模擬等；二是完成注射模結(jié)構(gòu) CAD ，包括塑料產(chǎn)品的建模、模具總體結(jié)構(gòu)方案 設(shè)計和零部件設(shè)計，數(shù)控仿真和數(shù)控程序生成，模具模擬裝配、零件圖 和裝配圖的生成與繪制等。20 世紀 60 年代中期，英國、美國、加拿大等國學(xué)者完成注射過程一維 流動與冷卻分析；70 年代完成二維分析程序；80 年代開始對三維流動與冷卻分析進行研究；進入 90 年代，對流動、保壓、冷卻、應(yīng)力分析注射成型全過程進行集成化研究 ，這些研究為開發(fā)實用的注射模 CAE 軟件奠定了堅實的基礎(chǔ) 。(1)塑料模

9、具CAD/CAM系統(tǒng)的特點1) 模具成型部分的幾何造型需要功能強大的三維圖形系統(tǒng)支持。2) 模具自由曲面一般采用數(shù)控加工。3) 計算分析比較復(fù)雜。4) 模擬分析軟件。( 2)注射模 CAD/CAE/CAM 主要工作內(nèi)容1) 塑料制品的幾何造型。2) 模腔表面形狀的生成。3) 模具結(jié)構(gòu)方案設(shè)計4) 標(biāo)準(zhǔn)模架的選擇。5) 部裝圖和總裝圖的生成。6) 模具零件圖的生成。7) 注射工藝條件及注射模材料的優(yōu)選。8) 注射流動及保壓過程模擬。9) 冷卻過程分析。10) 力學(xué)分析。11) 數(shù)控加工。三、模具 CAD/CAM 技術(shù)的優(yōu)越性CAD/CAM 技術(shù)的優(yōu)越性都是傳統(tǒng)的模具設(shè)計制造方法所無法比擬的。1)

10、 CAD/CAM 可以提高模具設(shè)計和制造水平，從而提高模具質(zhì)量。2) CAD/CAM 可以節(jié)省時間，提高效率。3) CAD/CAM 可以較大幅度降低成本。4) CAD/CAM 技術(shù)將技術(shù)人員從繁雜的計算、繪圖和 NC 編程中解放 出來，使其可以從事更多的創(chuàng)造性勞動。5) 隨著材料成形過程計算機模擬技術(shù)的發(fā)展、完善和模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的應(yīng)用，可大大提高模具的可靠性，縮短甚至不 需要試模修模過程，提高模具設(shè)計制造的一次性成功率。第三節(jié) CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展趨勢一、集成化CAD/CAM 系統(tǒng)集成主要包含三層意思：軟件集成，擴充和完善一個 CAD 系統(tǒng)的功能，使一個產(chǎn)品設(shè)計過程的 各階段都能在單一的 CAD 系統(tǒng)中完成； CAD 功能和 CAM 功能的集成； 建立企業(yè)的 CIMS 系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)的物理集成 、信息集成和功能集成 。CAD/CAM 系統(tǒng)集成主要有以下幾方面的工作： 產(chǎn)品造型技術(shù)：實現(xiàn)參數(shù)化特征造型和變量化特征造型，以便建立包含幾何、工藝、制造、管理等完整信息的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型； 數(shù)據(jù)交換技術(shù)：積極向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏，實現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的信息集成； 計算機圖形處理技術(shù)； 數(shù)據(jù)庫管理技