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摘要：CAD／CAM技术的发展，大大加速了产品的设计制造进程，减轻技术人员的劳动强度。CAD／CAM技术正向着集成化、网络化、智能化、绿色化发展。文章介绍了CAD／CAM技术在机械设计、数控加工中的应用，从CAD／CAM软件使用情况分析了目前我国制造业的现状。
关键词：CAD／CAM技术；现代工业；数控加工
中图分类号：TP391
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)27-0059-04
一、概述
现代工业产品从设计到成型再到大批量生产，是一个十分复杂的过程，它需要产品设计师、加3-3-艺师、熟练的操作工人以及生产线的管理人员等协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计、制造己越来越难以满足市场激烈竞争的需要，CAD／CAM技术的运用，正从各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。
CAD／CAM技术具有效益高、知识密集、更新速度快及综合性能强等特点，己成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。CAD／CAM技术的应用和发展趋势必将对现代工业产生深远的影响。
CAD／CAM技术不是传统设计、制造流通和方法的简单映像，也不是局限在个别步骤或环节中部分的使用计算机作为工具，而是将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代的科学方法为指导结合起来，在设计、制造的全过程中各尽所长，尽可能的利用计算机系统来完成那些重复性高、劳动量大、计算复杂及单纯靠人工难以完成的工作，辅助而非代替工程技术人员完成整个过程，以获得最佳效果。
二、CAD／CAM技术的概念
计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)与计算机辅助制造(Computer
AidedManufacturing，简称CAM)，是指以计算机软、硬件为主要技术手段来生成和运用各种数字信息和图形信息，进而协助人进行产品的设计和制造。
CAD／CAM技术是一项利用计算机帮助人们完成产品的设计与制造的新技术，它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。作为CAD技术在产品制造和加工领域的延续和发展，CAM中最核心的技术是数控技术。CAM通过使用数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。在计算机辅助工业生产过程中，CAD和CAM是产品生产中不可分割的两个部分，它们彼此联系，相互制约，共同构成了产品从设计到制造的一系列操作流程。
CAD／CAM技术产生于20世纪50年代末、60年代初，高速发展于20世纪80～90年代。随着计算机应用的日益广泛，CAD／CAM技术几乎深入到生产过程的全部领域。CAD／CAM技术的发展大大加速了产品的设计制造进程，是提升制造业竞争力的根本方式。
三、从CAD／CAM软件使用看目前我国制造业的现状
CAD／CAM技术应用日益广泛，CAD／CAM技术及其应用成为了我国制造业提高竞争能力的关键技术之一，在企业中发挥了重要作用，有力地促进了我国制造业的发展。
CAD／CAM技术也是一种集成技术系统，其中的应用软件是用户为解决某些应用问题而编制的程序。经过近几十年的发展，我国CAD／CAM技术有了很大的发展，己被广泛用于企业中。我国CAD／CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。但是整体来说，我国目前CAD／CAM软件不管是从产品开发还是从商品化、市场化程度都与发达国家尚有不小差距。
(一)从产品开发方面来看
国内软件有：高华CAD、开目CAD、CAXA电子图板和CAXA ME制造工程师、GS-CAD98等。
近年来，我国CAD技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还诞生了不少具有自主版权的CAD系统，如高华CAD、开目CAD等，由于这些软件价格便宜，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢迎，赢得了越来越大的市场份额。
国外软件有：Unigraphics(uG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、MDT、SolidWorks、Pro／Engineer、MasterCAM、Cimatron、I-DEAS等。
由于国外CAD／CAM软件出现得较早，开发和应用的时问也较长，所以它们发展比较成熟，现在基本上已经占领了国际市场。
这些国外软件公司利用其技术和资金的优势，开始大力向我国市场进军，目前国外一些优秀软件，如uG、SolidWorks、Pro／Engineer、CATIA等，已经占领了一部分国内市场。所以，我国CAD／CAM软件前景不容乐观。
(二)从应用范围、层次方面来看
我国CAD技术在不少企业中的应用还仅仅停留在绘图阶段，使得CAD技术产生的效益尚未充分发挥。在我国制造业，二维CAD绘图技术在企业中应用情况较好，但基于三维造型技术的装配造型很少使用。特别是一些中小企业，加工工人一般只会看二维图纸，需要打印出二维图纸再晒蓝图到车间加工生产。目前二维CAD已经成为技术人员必不可少的工具，大家对三维CAD也有了一定的认识，也意识到了它的优点，但是三维CAD比二维的难以掌握，这使得很多技术人员难以在较短的时问内熟练掌握并应用，在一定程度上也阻止了三维CAD的快速推广，所以在我国大多数企业中还是应用二维CAD。
而国外的一些机械制造行业，采用了三维CAD设计，画出三维效果的零件图，用三维的零件图生成二维的图纸和三维的装配图，设计的图纸并不需要打印蓝图，直接通过网络传到加工中心生产。
CAM技术有广义和狭义两种定义。广义的CAM是指在计算机组成系统中借助计算机来完成从生产准备到到产品制造出来的过程中的各项活动；狭义的CAM通常是指数控程序的编制。
在CAM方面，目前我国企业普遍应用的只是数控程序编制，而广义的CAM只有少数大型企业采用，在中小企业中极少应用。中小企业采用的多是单一功能的CAD／CAM软件，难以达到CAD／CAM的功能集成；尽管有些企业配备了高水平的集成软件，也花巨资引进了配套设备，但由于缺少高素质的技术人员，配备的软件和设备没有得到有效利用，只用了极少一部分功能。
CAD／CAM软件应用人员参差不齐，软件不能得到高效率应用。CAD／CAM技术水平还处在高技术集成和向产业化商品过渡的时期。CAD／CAM技术在企业中的应用仅是单元的智能技术应用，没有将CAD、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、CAM等技术集成在一起综合应用。
四、数控加工对CAD／CAM技术的综合运用
随着科学技术的不断发展，制造行业的生产技术
不断提高，从普通机床到数控机床和加工中心，从人工设计和制图到CAD／CAM，制造业正向数字化和现代化方向发展。
现代工业制造的必然趋势是机械加工尽可能地取代手工加工。目前数控车床、数控铣床、多轴联动数控机床、模具雕刻机等现代设备己在工厂中广泛使用，这些设备大部分所用的控制程序都是由CAM系统产生的。
数控加工功能用于产生加工工序规划、刀路轨迹并且根据加工工序做出时问及成本估计。数控加工能将加工工序规划与设计造型连接起来，任何设计上的修改都能将己做过的生产上的程序和加工过程自动更新，而无须用户专门修正。用户可以采用参数化的方法定义数控刀具路径，进一步对这些信息作后期处理，产生数控加工所需要的数控编码。
如数控铣床中用Master CAM软件进行模拟加工如图1所示零件：
首先运用Master CAM软件中的Design模块绘制零件的平面图(图2)，Design模块的功能与CAD软件基本相同。
然后对零件进行铣削加工，需运用Master CAM软件中的Mill模块。在加工零件前首先需要进行工件设置。在Mill模块中依次选择MAINMENU—Toolspaths—Job setup选项；按照零件的大小预留些加工余量，设置工件的大小和原点位置，并设置加工所用刀具以及设置工件的材料。
按照具体加工要求对零件进行外形铣削、挖槽、面铣削、全圆铣削等。
在生成了刀具路径后，用户可以通过OperationManager(操作管理器)来进行刀具路径模拟和加工模拟以验证刀具路径是否正确，同时操作管理器还可以用来对刀具路径进行编辑和修改，最后通过其后处理器来生成NCI文件和Nc文件(如图3、图4)。最后将后处理文件通过数据线传送到数控铣床，完成图1零件的加工。
操作人员按照规定的程序装夹件、配备刀具和操作机床，就能自动地完成加工任务，将合格的零件制造出来。CAM技术使得数控加工技术快速发展，与传统加工方法相比，CAM具有准确、快速、简便的优势，给人们带来极大的方便，省去了代码编辑、调试等繁琐的工作。设计人员只需在计算机上进行设置，最终在CAM中进行刀具轨迹生成与仿真，产生数控加工代码，从而控制数控机床进行加工。若刀具轨迹或加工成品不符合要求，直接在计算机上进行修改，不会因为有些设置不正确或则不合理造成材料浪费或则零件报废等情况。这种方法不仅能提高设计效率，而且能保证质量、降低生产成本。
五、CAD／CAM技术在现代工业中的发展
随着现代工业的不断发展，CAD／CAM技术应用范围越来越广泛，从最初的机械制造，到现在建筑、电子、化工等领域也开始大量使用。应用CAD／CAM技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。
CAD／CAM技术给企业带来了全面的、根本的变革，使传统的企业设计与制造发生了质的飞跃，在全国范围内受到普遍重视和广泛应用。CAD／CAM技术正向着集成化、网络化、智能化、绿色化发展。
集成化是CAD／CAM技术的一个最为显著的趋势。在信息技术、自动化技术与制造融合的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计与制造过程中各种孤立的自动化子系统有机的集成起来，形成适用于多品种大批量的生产。
网络化是CAD／CAM技术是伴随着网络技术的普及而需要面临的新技术，随着网络全球化，制造业也将全球化。分布在不同地理位置上的CAD、CAM系统问能传递各种数据。网络技术的发展使基于计算机技术的数控机床可与其他机床或计算机方便地进行交流，数据交换变得简单，并调用网上各种设计资源。
CAD／CAM系统应用逐步深入，逐渐提出智能化需求，设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD／CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助，智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中，用智能设计、智能制造系统去创造性解决新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
绿色化现已成为CAD／CAM技术的新趋势。当前，全球环境的恶化程度与日俱增，制造业一方面是创造人类财富的支柱产业，但同时又是环境污染的主要源头。因此，无论从技术发展，还是从需求推动的角度，绿色制造已经在影响和引导当今的技术发展方向。从产品设计到制造技术，从企业组织管理到营销策略的制定，一批绿色制造技术的概念已经在发展之中。六、结语
CAD／CAM技术对企业产生的变革和带来的效益是毋庸置疑的，借助CAD／CAM先进的信息化生产力，是实现企业技术创新的基础。我国企业应充分利用CAD／CAM技术这一有力武器，只有合理利用这一资源，采用先进的生产方式才能在世界经济危机中顽强生存并且不断发展壮大。