CADCAM的發(fā)展趨勢畢業(yè)論文.doc

河南工業(yè)大學專科生畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文題 目 CAD/CAM技術的發(fā)展與應用現狀 院系名稱： 鄭州電氣工程學校 專業(yè)班級： * 學生姓名： * 學 號： * 指導教師： * 2010 年 4月 1 日摘要計算機技術的飛速發(fā)展，給傳統(tǒng)的制造業(yè)帶來了巨大的變革，CAD/CAM技術是一項利用計算機系統(tǒng)來幫助人們完成產品的設計和制造的新技術，他是計算機技術在零件生產中綜合應用的新飛躍，CAD包括建立幾何模型、工程分析、產品分析、動態(tài)模擬、自動繪圖等;CAM包括數字化控制、工藝過程設計、機器人、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、工廠管理等，CAD/CAM技術是制造的主要組成部分，文中簡述了CAD/CAM的發(fā)展與應用現狀。關鍵詞 飛速發(fā)展 自動繪圖 數字化控制 自動化技術Title CAD / CAM technology development and application statusAbstractThe rapid development of computer technology, the traditional manufacturing industry has brought great changes, CAD/CAM technology is a computer system to help people use finished product design and manufacturing of new technology, and he is in the production of computer technology in parts of the comprehensive application of CAD, including a new leap geometric model analysis of dynamic simulation analysis product engineering drawing automatically, CAM include digital control process design of flexible manufacturing systems (FMS robot factory management etc,) of CAD/CAM technology is the main component of automation technology, the paper describes the development of CAD/CAM application status quo and.Keywords Rapid development Automatic drawing Digital control Automation Technology 目 次1 引言.42 CAD/CAM的基本概念.42.1 CAD技術42.2 CAM技術.53 CAD/CAM的區(qū)別.54 CAD/CAM集成技術.65 CAD/CAM系統(tǒng)構成.76 CAD/CAM的發(fā)展與應用.86.1 CAD/CAM技術的發(fā)展.86.2 CAD/CAM技術的應用.87 CAD/CAM技術發(fā)展與應用需解決的問題.9結論.9致謝.10參考文獻 .11圖1-1.7圖1-2.7一、引言當今的機械制造業(yè)已不不是傳統(tǒng)的機械加工，而是集機械、電子、光學、材料、生物、能源、管理等學科的最新成就為一體的新技術綜合體系，世界各國的經濟競爭，業(yè)主要體現在先進制造技術的競爭上，先進制造技術的發(fā)展已成為當代國際間科技競爭的重點，在這種形式下，我國的機械制造業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機遇，機械制造中綜合運用的CAD/CAM技術，曾為機械制造業(yè)提供了強有力的技術支持，它的發(fā)展趨勢及應用現狀必將對我國的機械制造業(yè)產生深遠的影響。二、CAD/CAM的基本概念CAD/CAM技術是制造工程技術與計算機技術緊密結合、相互滲透而發(fā)展起來的一項綜合性應用技術，具有知識密集、學科交叉、綜合性強、應用范圍廣等特點。CAD/CAM技術是先進制造技術的重要組成部分，它的發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的產品設計、制造內容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術已成為衡量一個國家科技現代化和工業(yè)現代化水平的重要標志之一。2.1 CAD技術CAD技術起源于美國，它經歷了一個由二維設計技術向三維設計技術發(fā)展的過程。CAD不僅是設計手段，而且是一種新的設計方法和思維。顯然，CAD技術的內涵將會隨著計算機技術的發(fā)展而不斷擴展。就目前情況而言，CAD是指工程技術人員以計算機為工具，運用自身的知識和經驗，對產品或工程進行方案構思、總體設計、工程分析、圖形編輯和技術文檔整理等設計活動的總稱，是一門多學科綜合應用的新技術。CAD是一種新的設計方法，它采用計算機系統(tǒng)輔助設計人員完成設計的全過程，將計算機的海量數據存儲和高速數據處理能力與人的創(chuàng)造性思維和綜合分析能力有機結合起來，充分發(fā)揮各自所長，使設計人員擺脫繁重的計算和繪圖工作，從而達到最佳設計效果。CAD對加速工程和產品的開發(fā)、縮短設計制造周期、提高質量、降低成本、增強企業(yè)創(chuàng)新能力發(fā)揮著重要作用。一般認為，CAD系統(tǒng)應具有幾何建模、工程分析、模擬仿真、工程繪圖等主要功能。一個完整的CAD系統(tǒng)應由人機交互接口、科學計算、圖形系統(tǒng)和工程數據庫等組成。人機交互接口是設計、開發(fā)、應用和維護CAD系統(tǒng)的界面，科學計算是CAD系統(tǒng)的主體，主要有有限元分析、可靠性分析、動態(tài)分析、產品的常規(guī)設計和優(yōu)化設計等。工程數據庫是對設計過程中使用和產生的數據、圖形、圖像及文檔等進行存儲和管理。就CAD技術目前可實現的功能而言，CAD作業(yè)過程是在由設計人員進行產品概念設計的基礎上從建模分析，完成產品幾何模型的建立，然后抽取模型中的有關數據進行工程分析、計算和修改，最后編輯全部設計文檔，輸出工程圖。2.2 CAM技術計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡稱CAM）到目前為止尚無統(tǒng)一的定義。一般而言，CAM是指計算機在制造領域有關應用的統(tǒng)稱，有廣義CAM和狹義CAM之分。所謂廣義CAM，是指利用計算機輔助完成從生產準備工作到產品制造過程中的直接和間接的各種活動，加工、裝配、檢驗、輸送、儲存等生產活動。而狹義CAM通常指數控程序的編制，包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及后置處理和NC代碼生成等。CAM中核心的技術是數控加工技術。數控加工主要分程序編制和加工過程兩個步驟。程序編制是根據圖紙或CAD信息，按照數控機床控制系統(tǒng)的要求，確定加工指令，完成零件數控程序編制；加工過程是將數控程序傳輸給數控機床，控制機床各坐標的伺服系統(tǒng)，驅動機床，使刀具和工件嚴格按執(zhí)行程序的規(guī)定相對運動，加工出符合要求的零件。作為應用性、實踐性極強的專業(yè)技術，CAM直接面向數控生產實際。生產實際的需求是所有技術發(fā)展與創(chuàng)新的原動力，CAM在實際應用中已經取得了明顯的經濟效益，并且在提高企業(yè)市場競爭能力方面發(fā)揮著重要作用。三、CAD/CAM的區(qū)別計算機輔助設計與制造技術是近二十多年來迅速發(fā)展、廣泛應用的一門新興綜合性計算機和自動化應用技術，這項技術從根本上改變了過去從設計到產品的整個生產過程中的技術管理和工作方式，給設計和制造領域帶來了深刻的變革，對實現工業(yè)和國防現代化具有重要意義。CAD/CAM技術是當前國際上科技領域的前沿課題，也是計算機集成制造系統(tǒng)CIMS的核心技術之一。早期的計算機輔助設計，主要指計算機輔助繪圖，利用計算機確定和設計產品形狀和尺寸，完成繪圖作業(yè)的過程。 但從前面產品設計章節(jié)的討論我們可以看出，產品的設計不是一個簡單的繪圖過程，它還包括分析、優(yōu)化，用到很多領域的知識。所以廣義上說，CAD技術應包括二維工程繪圖、三維幾何造型、有限元分析、數控(NC)加工、產品數據管理及其集成技術等。也就是說，為支持產品的設計，CAD技術還應該包括計算機輔助分析、輔助制造等覆蓋產品設計過程的兒個階段。為解決產品數量的交換和共享問題，國際標準化組織(ISO)根據各國有關標準制定了產品模型數據交換標準STEP。STEP不僅是產品數據交換標準，而且是信息集成技術，為開發(fā)新一代CADCAM系統(tǒng)提供了基礎。四、CAD/CAM集成技術自20世紀70年代中期以來，出現了很多計算機輔助的分散系統(tǒng)，如CAD、CAE、CAPP、CAM等，分別在產品設計自動化、工藝過程設計自動化和數控編程自動化等方面起到了重要作用。但是這些各自獨立的系統(tǒng)不能實現系統(tǒng)之間信息的自動交換和傳遞。隨著計算機輔助技術日益廣泛的應用，人們很快認識到，只有當CAD系統(tǒng)一次性輸入的信息能為后續(xù)環(huán)節(jié)（如CAE、CAPP、CAM）繼續(xù)應用時才能獲得最大的經濟效益。為此，提出了CAD到CAM集成的概念，并首先致力于CAD、CAPP、CAE、CAM系統(tǒng)之間數據自動傳遞和轉換的研究，以便將已存在和使用的CAD、CAPP、CAE、CAM系統(tǒng)集成起來。CAD/CAM集成技術的關鍵是CAD、CAPP、CAM、CAE各系統(tǒng)之間的信息自動交換與共享。集成化的CAD/CAM系統(tǒng)借助于工程數據庫技術、網絡通信技術以及標準格式的產品數據接口技術，把分散于機型各異的各個CAD、CAPP、CAM子系統(tǒng)高效、快捷地集成起來，實現軟、硬件資源共享，保證整個系統(tǒng)內信息的流動暢通無阻。CAD/CAM集成技術是各計算機輔助單元技術發(fā)展的必然結果。隨著信息技術、網絡技術的不斷發(fā)展和市場全球化進程的加快，出現了以信息集成為基礎的更大范圍的集成技術，譬如將企業(yè)內經營管理信息、工程設計信息、加工制造信息、產品質量信息等融為一體的計算機集成制造系統(tǒng)。而CAD/CAM集成技術是計算機集成制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等先進制造系統(tǒng)中的一項核心技術。五、CAD/CAM系統(tǒng)構成是CAD/CAM系統(tǒng)運行的基礎，硬件的每一次技術突破圖1-1 CAD/CAM系統(tǒng)工作流程圖系統(tǒng)構成的概念：CAD/CAM系統(tǒng)的工作流程如圖1-1所示。一個完善的CAD/CAM系統(tǒng)應具有如下功能：快速數字計算及圖形處理功能、幾何建模功能、處理數控加工信息的功能、大量數據和知識的存儲及快速檢索與操作功能、人機交互通信功能、輸入和輸出信息及圖形功能、工程分析功能等。為實現這些功能，CAD/CAM系統(tǒng)的運行環(huán)境由硬件、軟件和人三大部分所構成，如圖1-2所示。硬件都帶來CAD/CAM技術革命性的變化。軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，包括系統(tǒng)軟件、各種支撐軟件和應用軟件等。硬件提供了CAD/CAM系統(tǒng)潛在的能力，而系統(tǒng)功能的實現是由系統(tǒng)中的軟件運行來完成。CAD/CAM系統(tǒng)的運行離不開人的創(chuàng)造性思維活動，不言而喻，人在系統(tǒng)中起著關鍵的作用。目前CAD/CAM系統(tǒng)基本都采用人機交互的工作方式，這種方式要求人與計算機密切合作，發(fā)揮各自所長：計算機在信息的存儲與檢索、分析與計算、圖形與文字處理等方面具有特有的功能；人則在創(chuàng)造性思維、綜合分析、經驗判斷等方面占有主導地位。圖1-2 CAD/CAM系統(tǒng)組成六、CAD/CAM的發(fā)展與應用6.1 CAD/CAM的發(fā)展CAD/CAM發(fā)展的歷史至今已有30余年，從1965年Lockheed飛機公司研制CAD/CAM系統(tǒng)開始，CAD/CAM技術得到了迅猛地發(fā)展。隨著計算機及信息技術的迅速發(fā)展和日趨完善，CAD/CAM技術在機械、電子、航空、航天以及建筑等部門得到了廣泛的應用。CAD/CAM技術使產品的設計制造和組織生產的傳統(tǒng)模式產生了深刻的變革，成為產品更新?lián)Q代的關鍵技術，被人們稱為產業(yè)革命的發(fā)動機。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM己經形成了一個推動各行業(yè)技術進步的、具有相當規(guī)模的新興產業(yè)部門。因此,CAD/CAM技術作為反映一個國家工業(yè)水平的標志。21世紀初的機械制造業(yè)，具體表現出以下幾個特征。1)標準化 CAD/CAM系統(tǒng)可建立標準零件數據庫,非標準零件數據庫和模具參數數據庫。 2)集成化技術 現代模具設計制造系統(tǒng)不僅應強調信息的集成,更應該強調技術、人和管理的集成。 3)智能化技術 應用人工智能技術實現產品生命周期(包括產品設計、制造、使用)各個環(huán)節(jié)的智能化,實現生產過程(包括組織、管理、計劃、調度、控制等)各個環(huán)節(jié)的智能化,以及模具設備的智能化,也要實現人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。 4)網絡技術的應用 網絡技術包括硬件與軟件的集成實現,各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議,信息通訊接口,系統(tǒng)操作控制策略等,是實現各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。 5)多學科多功能綜合產品設計技術 未來產品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識,而且還用到電磁學、光學、控制理論等知識。 CAD技術發(fā)展的技術關鍵-CAD數據模型 在CAD/CAM系統(tǒng)中，CAD的數據模型是一個關鍵。隨著CAD建模技術的進步，CAM才能有本質的發(fā)展。6.2 CAD/CAM技術的應用我國CAD/CAM技術的研究始于20世紀70年代，當時主要集中在少數高校及航空領域等極小范圍。通過近幾十年堅持不懈的努力，我國CAD/CAM技術在理論與算法研究、硬件設備生產、支撐軟件的開發(fā)與商品化、專業(yè)應用軟件的研制與應用，以及在人才培養(yǎng)與技術普及等方面均取得了豐碩的成果。近年來，我國CAD/CAM技術發(fā)展迅速，應用日趨成熟，范圍不斷拓寬，水平不斷提高，應用領域幾乎滲透到所有制造工程領域，尤其機械、電子、建筑、造船、輕工等行業(yè)在CAD/CAM技術開發(fā)應用上有了一定規(guī)模，取得了顯著的成效。我國已自行開發(fā)了大量實用的CAD/CAM軟件，國內計算機生產廠家已能夠為CAD/CAM系統(tǒng)提供性能良好的計算機和工程工作站。少數大型企業(yè)已經建立起較完整的CAD/CAM系統(tǒng)并取得較好的效益，中小企業(yè)也開始使用CAD/CAM技術并初見成效；一些企業(yè)已著手建立以實現制造過程信息集成為目標的企業(yè)級CIMS系統(tǒng)，以實現系統(tǒng)集成、信息共享。CAD/CAM技術應用的實踐證明：先進的技術可以轉化為現實的生產力，應用CAD/CAM技術是制造企業(yè)的迫切需求。CAD/CAM技術是保證國家整體工業(yè)水平上一個新臺階的關鍵性高技術，是提高產品與工程設計水平、降低消耗、縮短產品開發(fā)與工程建設周期、大幅度提高勞動生產率的重要手段；是提高研究與開發(fā)能力、提高創(chuàng)新能力和管理水平、增強市場競爭力和參與國際競爭的必要條件。隨著CAD/CAM技術應用的日益深入，我國制造企業(yè)在今后一段時間將面臨的問題是：如何將CAD技術由二維繪圖向三維建模發(fā)展，進一步提高設計效率；怎樣充分發(fā)揮CAE技術的作用，提升產品的競爭力；如何盡快將CAM/CAPP技術應用于數控編程及工藝設計上，提高數控設備的應用水平，提高工藝設計及工藝管理的計算機應用水平；如何在現有計算機輔助單元技術應用的基礎上，提高CAD/CAM應用的集成化程度；如何在將來把CAD/CAM系統(tǒng)與產品數據管理系統(tǒng)有機地結合起來，形成企業(yè)級信息集成管理系統(tǒng)；面對先進設計理論和先進制造模式的發(fā)展，怎樣抓緊時機迎接新的機遇與挑戰(zhàn)等。這些都需要在今后的工作中不斷地探索和研究CAD/CAM領域的先進技術、不斷地吸收及應用CAD/CAM領域的最新成果。CAD/CAM在現代企業(yè)中發(fā)揮的作用：（1）縮短了新產品的開發(fā)周期，從而提高了勞動生產效率; （2）提高了產品設計、生產的精度，從而提高了產品的質量; （3）.節(jié)省人力、物力、空間和時間，從而降低了成本。七、CAD/CAM技術發(fā)展與應用需解覺的問題 CADCAM是指結合專業(yè)技術、通過計算機系統(tǒng)輔助進行設計與建造的一門應用性很強的新興學科。當前，在許多高等職業(yè)技術學校，雖然開展了CAD/CAM方面的教學，開出了一些相關課程；但是，由于對CAD/CAM究竟最應該學習什么和怎樣學習等問題認識不足；所以，各個學校在CAD/CAM方面的