机械CAD/CAM技术工业中的应用与发展

栗鹏飞

（郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460）

对机械产品而言，其设计水平、制造能力、产品质量、生产成本和周期都是至关重要。随着计算机技术的快速发展，传统的机械设计和制造方法已经无法满足新时代工业技术的发展，运用计算机辅助设计及制造技术已经是机械制造行业的发展重点和趋势。

1 CAD/CAM技术的概念

计算机辅助设计（简称CAD）与计算机辅助制造（简称CAM），是指利用计算机软、硬件技术来生成各种图行和数字信息，进而帮助工程师进行机械产品的开发、设计及制造。CAD/CAM技术是一种通过计算机来完成的产品的设计和制造的技术，是机械制造行业一次新的飞跃。CAD包括有二维绘图、三维建模、动态模拟、工程和产品分析等；CAM包括有数字化自动控制、柔性制造系统、制造工艺过程设计、机器人系统、工厂的管理等。在计算机辅助机械制造的过程中，计算机辅助设计和辅助制造是不可分割的两个部分，相互联系，相互制约，共同完成了产品设计、开发、制造等一系列过程。

2 CAD/CAM在机械制造中的应用

2.1 CAD/CAM汽车工业中的应用

汽车制造业代表着一个国家机械制造水平的高低，是计算机辅助设计和辅助制造技术主要应用客户。下面针对我国的汽车工业，说明CAD/CAM技术在机械工业的应用状况。

目前在我国的汽车行业里，CAD/CAM技术处在高速发展阶段。在上世纪80-90年代，我国汽车行业就着手对计算机辅助设计和辅助制造 系统进行规划，并建立起了环形网络系统；2000年大约有一半的机械产品设计工作使用图形终端；在此期间各大汽车公司开发的概念车大都都采用计算机辅助设计和辅助制造技术进行设计制造；截止到目前，各汽车公司的产品开发部门都在使用的CAD/CAM。随着CAD/CAE/CAM新概念的提出，今后汽车行业将把 CAD/CAM软件放置在更为重要的地位。

2.2 CAD/CAM在数控技术中的应用

CAD/CAM技术与数控加工技术的融合，促进了数控机床技术的快速发展，提高了机械产品的加工质量。在整个数控加工过程中，除了数控机床的电气系统的正常运行外，还需要计算机软件系统制作。数控系统的软件可分为以下方面。

（1）设计软件。设计软件主要进行机械零件的绘制，主要的绘图软件有 AutoCAD、UG等软件，除了以上这些CAD软件以外，还包含用能够实现机械加工的其他类软件。

（2）制造软件。制造软件主要指的是CAM软件，该软件主要用于生成加工代码。当前使用的大部门制造类软件同时兼有绘图建模功能。根据使用的场合不同可以分为二维、二维半和三维制造软件。如UG、CAXA等。这些制造软件能够生成加工的G代码，再将设计出的图形在机床上加工NC代码送入到数控机床中。数控机床按照输入的指令进行加工。制造软件主要包含有加工环境的设置，加工工序的设置，生成轨迹及后置文件的处理等。

（3）执行软件。执行软件主要工作是完成计算机与数控机床系统的通信，既可通过外部接口实现数据串行，又可以蕴PT完成并行通信。这就需要详细了解不同的生产厂家，对通信接口应用不同接口协议。在实际加工中，人们通常利用控制板卡（即机床控制器）。这些机床控制器不仅可以通过数据线与数控机床进行相互联系，而且可以通过软件程序的设置实现机床控制器与人之间的交联系，现在很多的软件都是 Windows界面下，操作简单，这些执行软件可以通过输入代码完成对机床的控制，进而实现对零件加工。

（4）不同软件数据间的文件转换。不同的机械制造软件有着不同的使用范围，因此设计者要认真的考虑一下在不同软件间的交互连接的问题。比如，如何将在计算机辅助设计中绘制的零件图输入到计算机辅助制造之中，再根据实际需求设置刀具的参数和路径，然后利用CAM软件生成数控加工的NC代码；其他除CAD软件以外的软件设计的三维模型如何让其在CAM中识别等。

3 CAD/CAM的发展趋势

随着现代工业的不断发展，CAD/CAM技术在很多行业都得到了应用，正在朝向着集成化、网络化、智能化、绿色化、并行化、虚拟化、开放化方向发展。

（1）集成化是将CAD、CAM等不同功能的软件，有机地结合在一起，通过执行程序来组织信息的交换、提取、共享和处理，保证在系统内各种信息流的通畅，并促进各个系统之间的高速运行。

（2）网络化是随着互联网技术的发展，CAD/CAM技术所面临的一项新技术。CAD/CAM系统的网络化，能够并行处理产品设计方案、产品费用、产品的流动时间及产品的功能；能够为整个企业提供建模、性能仿真和技术分析分；能开发自动化系统，优化公司的工作计划和车间级控制，提高生产效率；能够对生产过程中物料进行有效管理，提高物料的利用率，促进物流的发展。

（3）智能化是在现有的知识化和技能基础上，建立了知识数据库，及时有效地向工程技术人员提供产品开发所需的知识和技术支持，智能地协助工程技术人员，同时有效地理解和捕捉工程技术人员意图、自动检测设计错误，提出建设性方案。并具有良好的推理功能，使设计新人同样能做出优秀的设计。现代人们正在将创新设计和人工智能技术有机结合起来并应用到 CAD/CAM技术中来，用智能化的方法和智能化的制造系统去创新产品设计、改进产品结构、提高生产效率。

（4）绿色化是CAD/CAM技术发展的又一新的趋势。随着制造业的发展，它既给人类创造了巨大的财富，同样也给环境带来了巨大的压力。发展绿色化的制造技术既是环境保护的需要，也是技术创新的需要，绿色制造已经开始影响着机械制造业的发展方向。现在在一些高新企业中，从产品最初设计到最后的制造成型制，从企业管理到营销，一大批绿色制造技术都在快速的发展。

（5）并行化工程是在CAD/CAM技术中的一项新的系统工程。并行化的方法就是采用并行的、集成的的方法去设计产品和开发产品，要求工程技术人员在设计之初就要充分考虑用户的需求、产品的成本、生产的进度、产品的质量、产品的销售等。以最大程度的提高产品创新率及成功率。并行工程的重点是采用并行设计方法替代串行设计方法。

（6）虚拟化制造是一个极具潜力的前沿研究方向。多媒体技术、网络技术的迅速发展，将对下一代生产制造产生深刻影响。虚拟制造是以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程统一建模。在产品设计阶段，可实时的模拟出产品实际制造过程对其产品设计的影响，预测产品性能、成本和可制造性。

（7）开放化。在开放式 CAD/CAM系统中，用户可以根据自己的需要随时插入运行文件或模块，还可以重新装配各个模块中的子模块，或者按照自己的要求修改计算机辅助设计和制造系统或子模块中的不足的地方。而这种修改又不会影响整个计算机辅助设计和制造系统，更不需要重新调整整个系统。

4 结语

在全球激烈的市场竞争，我国的机械制造业仍面临着较大的压力，主要表现产品创新能力弱、技术更新慢、不能与快速发展市场相适应，我国只有充分利用CAD/CAM技术不断提高产品的创新能力，降低企业的生产成本，增强企业竞争力，才能促进我国机械行业的快速发展。

参考文献

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