CAD/CAM技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中的應用
2015-04-29 00:00:00張金偉
【摘 要】CAD/CAM是計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造的英文縮寫，是一項利用計算機幫助人們完成設(shè)計與制造的技術(shù)；將兩者聯(lián)系起來就是采用計算機后，傳統(tǒng)的設(shè)計與制造兩個分離的任務(wù)將作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā)，實現(xiàn)信息處理的高度一體化。實踐證明，將CAD和CAM作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā)，可以取得更明顯的效益。本文主要探討CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計中的應用。
【關(guān)鍵詞】CAD/CAM技術(shù)；機械設(shè)計
0.前言
CAM技術(shù)，即計算機輔助制造技術(shù)，是指借助計算機來完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造出來的過程中的各項活動，如計算機輔助數(shù)控加工編程、制造過程控制、質(zhì)量檢測與分析等。CAM是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中重要的組成部分，涉及到許多學科領(lǐng)域， 如計算機科學與工程、計算數(shù)學、機誡設(shè)計、人機工程、電子技術(shù)及其他很多工程技術(shù)。經(jīng)過四十余年的發(fā)展，CAM 技術(shù)在機械制造、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域起到了相當重要的作用。
在CAD/CAM系統(tǒng)中，設(shè)計和制造的各個階段可利用公共數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。公共數(shù)據(jù)庫將設(shè)計與制造過程緊密聯(lián)系為一個整體。數(shù)控自動編程系統(tǒng)利用設(shè)計的結(jié)果和產(chǎn)生的模型，形成數(shù)控加工機床所需的信息。CAD/CAM可大大縮短產(chǎn)品的制造周期.顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
CAD/CAM技術(shù)隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展日趨完善，在機械、電子、宇航和建筑等部門得到廣泛應用。CAD/CAM技術(shù)使產(chǎn)品的設(shè)計制造和組織生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式產(chǎn)生了深刻的變革，成為產(chǎn)品更新?lián)Q代的關(guān)鍵技術(shù)，被人們稱為產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)動機。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM已經(jīng)形成了一個推動各行業(yè)技術(shù)進步的、具有相當規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)部門。
1.CAD/CAM在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中的應用
1.1零件的實體建模
CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件，可通過對其進行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復雜的零件，往往難以分解成若干個基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多，導致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
實體裝配圖的生成。在零件實體構(gòu)造完成后，利用機器運動分析過程中的資料，在運動的某一位置，按各零件所在的坐標進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現(xiàn)。
1.2模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，從普通機床到數(shù)控機床和加工中心，從人工設(shè)計和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業(yè)正向數(shù)字化和計算機化方向發(fā)展。同時，模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)（RPM）等，幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術(shù)。 一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進行統(tǒng)一管理，而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。
1.3機械CAE軟件的應用
機械CAE系統(tǒng)的主要功能是：工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、強度設(shè)計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后，才能由CAE解決設(shè)計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
2.CAD/CAM技術(shù)未來發(fā)展前景
CAM系統(tǒng)應發(fā)展為不僅可繼承并智能化判斷工藝特征，而且具有模型對比、殘余模型分析與判斷功能，使刀具路徑更優(yōu)化，效率更高。同時面向整體的形式也具有對工件包括夾具的防過切、防碰撞修理功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工藝要求，并開放工藝相關(guān)聯(lián)的工藝庫、知識庫、材料庫和刀具庫，使工藝知識積累、學習、運用成為可能。
近年來，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)得到了空前的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲入到全球的各個角落，并時刻影響和推動著制造的發(fā)展、改變著制造環(huán)境，面對這種變化，迫切的需要建立一種以市場需求驅(qū)動的、具有快速響應機制的網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)模式。制造企業(yè)將利用Interner 進行產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計和制造。而CAM作為制造的核心部分更是需要建立起CAM2NET，通過Interner 提供多種制造支撐服務(wù)，如產(chǎn)品設(shè)計的可制造性、加工過程仿真及產(chǎn)品的試驗等，使得集成企業(yè)的成員能夠快速連接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撐環(huán)境在網(wǎng)絡(luò)上協(xié)調(diào)工作，將企業(yè)中各種以數(shù)據(jù)庫文本圖形和數(shù)據(jù)文件存儲的分布信息集成起來以供合作伙伴共享，為各合作企業(yè)的過程集成提供支持。
3.結(jié)論
計算機輔助設(shè)計及制造（CAD/CAM）技術(shù)已經(jīng)越來越多地應用在數(shù)控加工領(lǐng)域， CAD/CAM軟件技術(shù)也在飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多的軟件產(chǎn)品，這些產(chǎn)品根據(jù)自身的開發(fā)檔次及其適用度，被廣泛應用在不同加工場合，大大節(jié)省了設(shè)計制造的時間周期，并在一定程度上提高了精度和速度。
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