1、CAD 到 CAM 技术的综合应用摘要 CAD 系统应用解决了产品设计数字化问题，提高了设计的质量和效率。而 CAM 系统应用则解决了实际产品的加工制造问题，提高了零部件的加工精度和产品的制造质量。从 CAD 到 CAM 技术的综合应用，能充分发挥计算机及外围设备的能力，提高生产效率及企业的竞争能力。企业的数字化产品设计和 NC 程序的编制是利用已商品化的具备CAD/CAM 功能的软件如 Pro/ENGINEER, MasterCAM, CATIA, I 一 DEAS, UG 和 SolidWorks 等工程软件进行三维建模以及自动 NC 编程。但是，不同的软件其建模与编程的能力是不同的，本文
2、着重对软件 Pro/ENGINEER 和 MasterCAM 在三维建模和 NC 自动编程方面进行综合的比较分析。CAD/CAM 软件数控加工策略研究口济南二机床集团有限公司压机研究所徐霞张华兵李兴文一、三维造型及 CAM 驱动模型方法比较1.Pro/ENGINEER 建模方法Pro/ENGINEERNGINEER Wildfire 的建模方法分为三种。(1)三维曲面造型。创建特征曲面，用曲面构成模型的外轮廓，既形成三维曲面造型，还可将三维曲面模型转变成实体模型，一般用于形状复杂的模型。(2)三维实体造型。直接应用参数化特征创建实体模型。(3)装配造型。主要是将设计好的零件模型装配在一起，也可
3、在装配环境中进行零件模型设计。2. Pro/ENGINEERNGINEER wildfire 还提供了丰富的辅助特征工具对实体进行编辑。实体特征工具是 Pro/ENGINEERNGINEER Wildfire建模的常用主要工具，如基本特征工具、局部特征工具及特征工具栏等。(1)基本特征工具包括拉伸、旋转、扫描、混成和放样 5 种方式:(2)局部特征工具包含有倒角、拔模、钻孔、抽壳和筋肋 5 种;(3)特征编辑工具包含有复制、镜像、移动、裁剪和阵列 5 种。另外，Pro/ENGINEER 还提供了一些高级用户指令，方便设计各种复杂的特征模型。同时还提供了纺织曲面、自由曲面等更为复杂的曲面设计功能
4、，并能将复杂曲面生成实体模型。3.Pro/ENGINEER 模型驱动Pro/ENGINEER 采用了完全参数化的设计方案，使用尺寸驱动进行实体建模。动态修改实体模型，并将单个的实体模型体现在装配造型中，使实体与装配模型的建立与修改更加方便。Pro/ENGINEER 在实体建模中采用特征造型技术，将复杂的零件按照建模的先后顺序划分成众多的特征集合，由模型树进行管理，通过单个特征的修改实现复杂零件的改变，如4.MasterCAM 建模方法MasterCAM 采用的建模技术主要是线框建模和曲面建模，只有部分的实体功能。所以在二维图形绘制和三维曲面造型方面有一定的能力，MasterCAM 提供的多种二
5、维图形绘制和编辑命令同时提供了直纹曲面、举升曲面和昆氏曲面等曲面的设计。而 MasterCAM 提供的实体造型方式较少，它所能够建立的实体模型只局限在挤压、旋转、扫描、打孔和倒角等简单子模型，对本文对 P r o 1E N GN E E R 与MasterCAM 两种 CAD/CAM 软件在三维造型及 CAM 驱动模型方法、NC 自动编程方法以及 NC 代码等方面做了比较Pro/ENGINEER 在实体建模、多轴数控加工、模拟仿真加工等领域具有优势.而 MasterCAM 在二维轮廓、孔加工、三维曲面等加工方面能产生符合机床的自动加工代码，同时对二维 AutoCAD 图形的良好接入，便于生成轮
6、廓加工程序文中的说法只是作者的个人观点和感觉，读者可自行体会与学习创建举升曲面创建昆氏曲面创建直纹曲面创建旋转曲而创建扫掠曲面创建牵引曲面曲面倒圆角曲面偏置曲面修剪/延伸 2 曲面融接 3 曲面融接融接边界创建基本曲面由实体生成曲面图 2 曲面造型命令位置及解释 CAD/CAM 与制造业1.1 CAD/CAM 的概念 CAD/CAM 是计算机辅助设计 /计算机辅助制造（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacture）的简称，是当今世界发展最快的技术之一。它不仅促使了生产模式的转变，同时也促进了市场的发展。目前，CAD/CAM 技术已经在许多领域
7、中得到应用，这里只讨论在制造业中的应用。设计知识产品开发计划 零件图，装配图，产品功能需求 CAD 与制造有关的各种数据库和CAD 系统CAD 技术的概念CAD 技术的概念如图 1-1 所示。由图可见，在计算机辅助下进行设计与传统的以人为核心的设计明显不同。根据产品开发计划和对产品功能的要求，不再仅仅是依靠设计者个人的知识和能力去设计，而是运用包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识，在 CAD 系统和数据库的支持下进行工作。这种工作方式设计出的产品大大优于单个设计师凭个人脑力和能力设计出的产品；另外，CAD 输出的结果也不仅仅是装配图和零件图，还包括设计、制造过程中应用计算机所需的各种信息。
8、 CAM 技术概念CAM 技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工是 CAD/CAM 发挥效益最直接、最明显的环节之一。 加工对象的形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，数控加工的优越性越容易得到发挥。因此数控编程技术受到高度重视。然而从制造的全过程看，应用计算机作为辅助手段的不仅仅是数控编程，还有许多技术和方法归类于 CAM 的范畴，如计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助生产管理（CAPM）、生产活动控制（PAC）等。其中有些内容已经超出了制造过程和间接制造过程；狭义 CAM 则是指制造过程中某个环节上应用计算机。是对狭义CAM 的一种概念性解释，其中在制造全过程的数控编程
9、环节上应用了计算机。 加工设备工艺路线文件、工序 数控加工程序内容文件、零件信息 CAM 数控检测程序数据库和CAM 系统CAD/CAM 技术概念实际应用中，CAD/CAM 是以系统方式出现的，包括商品化 CAD/CAM 系统和企业根据应用目标构件的 CAD/CAM 系统。系统中包括设计与制造过程的三个主要环节，即CAD、CAPP（Computer Aided Process Planning）和NCP(Numerical Control Programming)。其中 CAPP 和 NCP 属于CAM 范畴。完善的 CAD/CAM 系统一般包括产品设计、工程分析、工艺过程规划、数控编程、工程
10、数据库以及系统接口几个部分。这些部分以不同的形式组合集成就构成各种类型的系统。图 1-3 是以工程数据库为核心的一种 CAD/CAM 系统。其各部分的功能如下所述。 产品设计 工艺规划 有限元分析 工 数控加工程 优化设计 数 图形显示据系统接口 库 用户接口图 1-3 以工程数据库为核心的 CAD/CAM 系统1.产品设计产品设计包括产品的方案设计和结构设计，它们均在计算机的辅助下完成。在结构设计中，可以应用当前较成熟的曲面造型技术、实体造型技术和特征造型技术。另外，在设计阶段就要考虑零件的几何特征和制造工艺特征，使产品设计的数据能在其他环节中使用。 2.工程分析工程分析包括对产品的性能、特
11、征进行理论分析和计算。它包括的内容很多，不同类型的产品，工程分析的内容也不尽相同，但至少应进行结构分析、应力计算、载荷计算、有限元分析、优化设计。除此之外，还应根据产品的特殊性，增加动力计算、振动分析、重心分析等内容。3.工艺过程规划工艺过程规划是将产品设计阶段的几何特性和制造工艺特性等数据信息转换为各种加工和制造管理信息。零件加工过程的计算机辅助设计包括完成工艺路线与工序设计、产生工序图和工艺文件、向CAM 提供数控编程所需的工艺信息。CAPP 一般采用样件法和创成法原理。特征造型技术完整地描述了零件的几何与工艺特征信息。CAPP 首先要建立一个工艺路线设计、工序设计规划、工艺决策方法等知识
12、建立知识库。工艺数据库包括机床、刀具、夹具和切削参数等。4.数控编程加工零件需要来自 CAD 方面的几何信息和来自 CAPP 方面的工艺信息。利用这些信息完成零件的数控加工编程及仿真，并提供数控加工指令文件和切削加工时间信息。5.工程数据库与一般的管理型数据库不同，工程数据库的主要特点是数据量大、形式多样、结构繁琐、关系复杂、动态性强、图形数据与非图形数据并存。工程数据库将产品从设计到制造的所有环节用信息流联系起来，实现信息的共享与交换。6.系统接口系统的接口通常是标准化接口或者是定义成通用接口，目的是减少系统对设备的依赖，避免工作重复，提高 CAD/CAM 集成系统的工作效率。标准接口为系统的信息集成提供了重要的基础。
