CAM技术理论

摘要

所谓CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)，就是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计，是制造工程技术与计算机技术的相互结合、相互渗透而发展起来的一项综合性技术，其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有机地结合起来。随着制造业的蓬勃发展和电脑技术的飞速进步，CAM技术随着网络和并行高性能计算及事务处理的普及，三维CAM软件也在近几十年中得到了非常迅速的发展与壮大，本文通过对CAM众多相关文献、论文等的研究及总结，对重点对三维CAM软件的发展历程、研究现状、未来发展、应用等进行了详细的综诉。

关键字CAD/CAM 机械生产与制造 三维软件 发展与趋势 生产应用

Abstract:

CAM , which the full name is Computer Aided Manufacturing, always use a computer for the production equipment management control and operation process. CAM technology based on computer,peripheral equipment and system softwa.It includes the drawing design and geometric modelling design.Which can make the manufacturer of engineering technology and computer technology combined with each other, And it is a mutual penetration and developed a comprehensive technology. its characteristic is to people's ability to create and computer high-speed computing power, large storage capacity and logic judgment ability organically. With the vigorous development of the manufacturing

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industry and the rapid progress of computer technology, CAM technology as the Internet and the popularization of parallel high-performance computing and transaction processing, CAM software also got very quickly in recent decades of development and expansion.This article through to CAM many related literatures,the paper studies and summarizes. Across to this article ,you can know that we introduce the search present ituation, future development and application of ensemble on CAM software development course.

Key words: CAD/CAM Machinery manufacturing 3D software Development and Trends Production application

目录

摘要 ........................................................................................................................ 1

第一章 三维CAM的发展历程与研究现状 ............................................................ 3

1.1 CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)简介 ............... 3

1.2 CAM的发展历程 ............................................................................................ 4

1.3 CAM的研究现状 ............................................................................................ 7

第二章 三维CAM软件的未来发展方向与研究重点 ........................................... 10

2.1未来发展方向 ............................................................................................ 10

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2.1.1 CAM系统的标准化 ..................................................................................... 10

2.1.2 CAM系统的集成化 ................................................................................... 10

2.1.3 CAM系统的智能化 ................................................................................... 10

2.1.4 CAM系统的网络化 ................................................................................... 10

2.1.5 CAM系统的综合化 ................................................................................... 11

2.2研究重点 ....................................................................................................... 11

2.2.1 开发新的一代CAM的软硬件平台 .............................................................. 11

2.2.2 改变目标体系结构，面向对象、面向工艺特征 ............................................ 11

2.2.3 采用软件组件技术与开放式结构 ................................................................ 11

2.2.4 提供更用户化的功能 ................................................................................... 11

2.2.5 提供更方便的工艺管理手段 ..................................................................... 12

2.2.6 CAM软件与快速成形技术相结合 ............................................................. 12

第三章 三维CAM软件的应用实例 ..................................................................... 13

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3.1 CATIA在汽车模具逆向开发中的应用 ............................................................ 13

3.2 Pro/E 高级曲面建模实例 ............................................................................. 13

3.2.1 拉手构面 ................................................................................................... 13

3.2.2 构建方法 ..................................................................................................... 13

3.3 UG 中的电子表格法和表达式法在模具设计中的应用 .................................... 15

3.3.1 设计流程 ................................................................................................... 15

3.3.2 设计步骤 ..................................................................................................... 16

分工说明 ............................................................................................................... 19

结束语 .................................................................................................................. 19

参考文献 ............................................................................................................... 21

第一章 三维CAM的发展历程与研究现状

1.1 CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)简介

CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具

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加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。[1]

CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。是制造工程技术与计算机技术的相互结合、相互渗透而发展起来的一项综合性技术。其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有机地结合起来。CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使异地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

CAM有狭义和广义的两个概念。CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。这是最初CAM系统的狭义概念。到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。CAPP已被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订则划分给MRPⅡ/ERP系统来完成。CAM的广义概念包括的内容则多得多，除了上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。广义的CAM技术一般是指利用计算机辅助完成从毛胚到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产计划制定、五六过程的运行控制、生产控制、质量控制等方面的内容，其中工艺准备包括计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助工装设计与制造、计算机辅助数控编程、计算机辅助工时定额的编制等务。[2]

CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。CAM所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。市面上的CAM软件有：UG NX、Pro/NC、CATIA、MasterCAM、SurfCAM、SPACE-E、CAMWORKS、WorkNC、TEBIS、HyperMILL、Powermill、Gibbs CAM、FEATURECAM、topsolid、solidcam、cimatron、vx、esprit、gibbscam、Edgecam等等。[3]

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CAM的核心是计算机数值控制（简称数控），是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。[4]1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。 目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron 、MasterCAM等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。 CAM软件是具有CAM功能的软件的统称，常见的有CAXA，UG，Hypermill ,UG NX、Pro/NC等。[5]

现在三维CAD软件大多具有易操作性，具有基于特征的参数驱动造型功能。运用其拉伸、旋转、扫描、放样等工具，可以高效地建立各种复杂的三维实体，且所造形体形象逼真、色彩丰富，通过三维CAD软件，三维实体大多可自动生成二维的工程制图。其尺寸具有相关联性，如修改一部分尺寸，则和其相关联的尺寸可自动修改。随着网络技术的不断发展及CAM(Computer Aided Manufacturing)的出现，基于Internet、Intrant及企业内部局域网体系的实现成为可能，出现了基于三维CAD软件的三维CAD／CAM软件，它不仅能实现三维设计还能进行有限元分析、三维仿真加工，并能通过后置处理生成NC代码，NC代码可直接通过网络输入到数控机床，由数控机床根据NC代码所传递的信息加工生成零件实体，从而实现了机械加工过程的自动化。[6]现代三维CAD／CAM软件大都具CAE(Computer Aided)功能，有些还具有CAPP功能。它具有良好的可操作性，使用

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者可以使用任意一台装有浏览器的主机都可以使用系统功能，更适合未来分布式管理环境，在基于Internet网络的环境下，为充分发挥网络的协同作用，最大限度地将图纸资料共享，进行有效的网络决策交流，需要提供一个基于网络的多用户共享的可视化虚拟交流空间，在这个虚拟的空间中，分布在异地的设计团队成员可以聚集在一起，可以创建、共享和管理产品设计中的各种设计信息，可以进行各种设计方案与构思的协商讨论，不仅可以进行文字信息的交流，还能针对CAD的设计数据进行可视化的共享。[7]

1.2 CAM的发展历程

最早是由美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，20世纪50年代中期美国麻省理工学院（MIT）研制成功了世界上第一台数控铣床，并为数控机床的自动编程研究开发了APT计算机自动编程系统，从而使机械制造业步入柔性自动化时代，同时也标志着CAM技术的诞生，形成了早期的CAM系统。[8]

美国麻省理工学院于1962年推出“SKETCHPAD”计算机图示设计系统, 1965年由Niller发展成为第一个用于民用工程的ICES综合设计系统, 同年, 美国洛克希德公司组成专门小组, 花费了100人年的工作量, 于1972年完成了一个用于飞机设计的交互式图象处理系统, 名为CADAM,它能绘制工程图, 并能进行分析计算, 并产生数控加工纸带, 这可能是世界上最早CAD/CAM系统了, 近十年来, CAD/CAM的发展比较迅速, 出现了不少著名的专门从事CAD/CAM技术开发的软件公司以及研究所, 如IBM的CADAM公司, CV公司, INTERGAPH公司, ACLMA公司,同时,随着数字化仪表等计算机外围设备技术的发展， CAD的计算机硬软件系统, 亦由原来单一的封闭型系统, 逐步走向硬件与软件相对的开放型系统。

20世纪60年代初，美国I.E.Sutherland博士成功研制了世界上第一套计算机图形系

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统，该系统允许设计者坐在图形显示器前操作键盘和光笔，在荧光屏上显示图形，实现人机交互作业。虽然，这项研究在今天看来较为粗糙和不完善，当它标志这CAD技术的诞生。如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件∶FANUC、Siemens编程机。目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron 、MasterCAM等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。[9]

七十年代到八十年代, LSI和ULSI大规模和超大规模集成电路技术不断提高, 在数平方毫米的硅片上可以容纳数十万计的元件, 于是容量大, 速度高, 体积小, 价格低廉的计算机、自动绘图仪、图形显示装置不断推陈出新,为各工业部门兴起CAD/CAM热创造了条件。美国不断增加拨款,以支持这项技术的发展。美国国家科学基金会的生产中心甚至说“ CAD/CAM技术是自电子技术发明以来,与其它技术相比, 具有更大的潜力, 能更高地提高生产率的技术。”

八十年代, CAD/CAM 在一些技术先进的国家中已得到广泛应用。美国、西欧、日本在飞机、汽车、船舶、机电产品、机械零部件、纺织图案中都使用了CAD。据日本CAD普及实况调查(1981年6月), 实际运用的公司占38%, 正在筹备的约占78%。从各行业来看,“实际应用” 的百分比, 运输机械、综合工程分别达到50%以上,接下去是精密机械占40%, 电机电器占43%, 设备工程占38%, 普通机械占30%, 金属产品占12%根据1980年的数字, 美国有1500 个CAD站, 西欧有150个CAD站, 英国SIA计算机服务公司是

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国际计算机服务公司（CISI）的子公司, 在英国伦敦、伯明翰等十大城市设立分站, 拥有450个远、近程终端和1000 个以上的用户,年销售额超过700万英镑。该系统与法国、美国的计算中心联网, 利用卫星传送,美国的100多个城市亦能分享该公司的资源和服务。苏联至1980年, 已建立了十三个自动设计系统, 其中四个是设计机械产品的, 九个是设计仪表和电子产品的, 总共包括75个自动化设计方面的程序。这些系统配合5000 多个ACY,在苏联国民经济中占有显著地位。

当时,在典型的CADAM系统中,终端显示屏显示出一个“菜单”,各种零件象菜谱一样列在那里, 任凭设计者选择、调用、组合和判断, 即所谓的“ 菜谱技术”。设计师、绘图员、工程师共享数据库的信息, 获得产品的零件图、装配图和透视图选择金属切削机床, 刀具材料、种类、尺寸、进刀量以及使刀具在不切削时抬起的一个间隙。此外,屏幕还显示出几何模型, 用户直接确定零件的加工过程, CADAM系统中的软件就自动生成加工零件的NC指令。

一些具体的工程问题“ 可以用一定的数字模型来表达, 但是如何评价和接受它的解, 工程师的观点和数学家的观点是很不相同的”。在进行CAD设计时, 更多的不是使用数学方法上的优化, 而是从价值表分析得来, 运用工程上的优化。比如轴与轴毅的联接有几十种方案,可以针对不同的要求,显示满足要求的方案,并将有用的价值列在旁边,供第三者参考。对某一部件则采用“ 积木式”设计。例如设计一个滑动轴承, 可以根据任务要求输入联接方式、润滑剂、密封形式、润滑油的质量, 以及转速、径向载荷、轴孔等特性值, 就能输出一组零件的代号表,以提供订货或通知装配车间去装配。更广泛、更大规模的优化则是以产值、利润、成本为基础, 确定企亚目标函数, 根据企业资源如人员、设备、材料等约束条件, 再加上对市场需求、技术发展、经济发展的近期、中期、远期的预测技术和决策技术, 以便最后从中选优。

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为了适应CADAM技术的发展, 国外十分重视CADAM的教育及培训工作。有的国家专门成立了CADAM教育及培训委员会, 对大学生CAD开设课程, 对在职的工程技术人员进行培训。日本成立了“ 劳动省雇用促进事业团”,让有资历的学者对35一45岁的科长、进行机械设计自动化技术（即CAD）方面的教育。西欧各国也都建立了相应的试验性、教学用的CADAM车间, 对工科大学生和在职工程师进行教育和培训。据去英国参加会议的同志介绍英国工业部门决定自年起,用三年的时间进行一次对CADAM提高认识的运动, 在全国各地举办一系列的, 包括举办100期为期一天的厂长和为期一周的设计和生产科长,八十年代初来美国机械专业新近开设而效果较好的课程就有《计算机输助设计》、《计算机绘图》、《高级设计》、《机械动力学》、《机械工程设计的微处理机》和《系统设计》等。

到了20 世纪90 年代开始全面实行产品开发CAD/CAM , 达到100% 的应用率。20 世纪80 年代后, 其工作站上运行的软件产品主要以I- DEA S、U GII、Euclid- IS、PRO/Engineer 和CADDS5 为主, AutoCAD 则抢占了微机CAD 市场。这些软件集成性相当高, 除CAD/CAM 功能外,CAE(计算机辅助分析)、CAPP (计算机辅助工艺规程设计)和CAQ (计算机辅助质量控制) 等都集成到系统中。它包括设计、绘图、测试、分析、制造、数据库、变量工程及数据交换部分,界面友好, 容易掌握, 用户普及, 为优化设计奠定了坚实基础。

日本、法国、德国等也相继在航天航空、汽车工业、轻工业方面的设计与加工中广泛使用了CAD/CAM 技术。

我国CAD/CAM 技术的研究工作起步于20 世纪60 年代末, “六五”期间成套引进了CAD/CAM 系统, 并不断开发和应用。到目前为止, CAD 应用已接近国际先进水平。商品化二维CAD 软件基本满足了国内企业“甩掉图板”的要求, 并已产生一定的经济效益。

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我国三维CAD 软件在功能上也已达到国外同类产品水平。随着社会经济的发展, 国有企业需要对传统的产品、设备和管理模式进行改造, 以提高企业适应市场的能力, 而采用CAD/CAM 是唯一的出路。 [10] [11] [11] [12] [13]

1.3 CAM的研究现状

目前机械CAD/CAM 软件的发展除了具有不断的扩展功能外, 主要基于建模技术、模型技术、数据管理技术、软件技术、智能技术等的优化发展。由于软件的特性和功能在很大程度上取决于开发人员的想象力, 所以其发展趋势难以预测, 而CAD/CAM 软件进一步发展的前提必须是提高性能且减少对用户的依赖性, 因此, 必须对CAD/CAM 控制系统的设计方案不断优化。譬如, 寻求最佳参数组合或几种参数的组合对系统中参数优化后, 将对系统动作或性能大大改观, 从而使系统在最佳方案上运行。判断最佳方案的依据是一项或一组评判标准, 有时在作决策时所选方案是制造成本最低, 而有时是保持机器在一最低温度下运行, 因此获得最佳设计的方法就是CAD/CAM 在优化设计中的恰当应用。又譬如, 加工过程中的数字控制(NC) 是CAM 中一个深入细致的研究领域, 在生产制造过程中NC 已被广泛运用于机器制造、机械加工、火箭发动机长丝缠绕、电器布线、电子装配等很多方面。一般地说, 数控系统是由一被控机床的机械结构加上一个控制系统与数据处理装置所组成。因此, 一个数控系统唯一的误差来源就是机床的响应精度了。若剔除人为影响因素, 可以使制造精度大大提高。数控系统具有精确性、重复性、灵活性和多样性。[7] [14]

纵观我国机械制造业，CAD /CAM技术应用现状主要呈现以下几个特点：

（1）起步晚，市场份额小:我国CAD/CAM技术应用从20世纪80年代开始，“七五”期间，国家支持对24个重点机械产品进行了CAD/CAM的开发研制工作，为我国CAD/CAM技术的发展奠定了一定的基础。通过国家科委实施的863计划中的

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CIMS主题，促进了CAD/CAM技术的研究和发展。“九五”期间，国家科委又颁发了《1995~2000年我国CAD/CAM应用工程发展纲要》，将推广、应用CAD/CAM技术作为改造传统企业的重要战略措施。尤其是机械行业，自1995年以来，相继开展了“CAD应用1215工程”和“CAD应用1550工程”，前者是树立12家“甩图板”的CAD应用典型企业，后者是培育50~100家CAD/CAM应用的示范企业，扶持500家，继而带动5000家企业的计划。通过国家这些重大举措，我国CAD/CAM技术的研发与应用取得了较大进步，但由于一些企业经济实力不足，技术人才短缺，CAD/CAM技术不能够完全应用到生产实践中去。国内的一些科研机构、高校和软件公司开发出的CAD/CAM软件，在包装方面与发达国家相比存在差距，虽投放市场，但份额较小。

（2）应用范围窄、层次浅: CAD /CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等，其中二维绘图技术在企业应用情况较好，这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程，另一方面是由于二维绘图技术解决的是3 所有企业的共性问题。三维造型软件由于早期没有推出微机版本，需要在工作站环境中工作，投资较大，所以采用的企业相对少一些，应用情况好的也相对少一些;尽管目前早已推出比较成熟稳定的微机版本，但大多数企业并未认识到其优势所在，仍然固守于二维绘图;基于三维造型技术的装配造型也因此很少应用。有限元分析和优化设计则普及率更低，原因是这些系统都进行了一定的理论假设，所以其结果的可靠性稍低，应用难度也较大，只用于某些必须的场合。在CAM方面，目前企业普遍应用的只是数控程序编制，华中数控系统、南京SKY系统、日本FUNUC系统、德国SIEMENS系统在国内企业中应用已经非常广泛，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。其主要原因有: 1）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; 2）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，只利用了极少一部分功能。3）功能单一，经济效益并不明显: CAD /CAM技术在企业中的应用仅是单元的智能

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技术应用，是从企业生产的各个侧面来提高效率，推进自动化。采用单一功能的CAD /CAM技术其效果是相当有限的，只有将CAD、CAPP、CAM等技术集成在一起，综合应用在设计与制造过程中，才能产生显著经济效益。[15] [16]

第二章 三维CAM软件的未来发展方向与研究重点

2.1未来发展方向

2.1.1 CAM系统的标准化

随着生产加工越来越精细化，CAM系统得到越来越多的重视，应用也越加广泛，CAM系统逐渐向标准化发展。标准化是很重要一部分，统一了标准，能够大大CAM与生产效率的关系。比如在模具CAM中，可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。[17]标准零件库中的零件在CAM设计中可以随时调用,并采用成组技术生产。非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。[18]

2.1.2 CAM系统的集成化

单个的CAM软件虽然在生产上有优点，但在设计方面，由于CAM系统与各种CAD设计软件或多或少的存在不兼容和理解不一致，导致设计的产品在生产中可能存在生产缺陷，同时CAM与其他设计软件需要相应的转化，造成了生产的效率低下等，所以与各类设计软件集成化是CAM未来发展的一个重要趋势，而且集成化是多角度、多层次的。[19]它可以是一个CAM系统内部的集成；可以是与多种 CAD 系统之间的集成，实现通用性、

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开放性、可移植性、可互连性。通过集成 ，可以大大提高生产和设计效率，减少软件间翻译的过程。

2.1.3 CAM系统的智能化

所谓CAM智能化，就是应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化, 以便更大限度地提高产品开发效率及一次成功率。[20]

通过智能化，能够对产品制造就行有效的判断是否最佳适合生产和可能出现的问题，从而减少人投入的时间和精力，可以避免产品出现过多不合格的问题，智能化后，可以依靠知识库、数据库、专家系统来解决各种处理的问题，同时智能化还能自我产生反馈机制，遇到制造产品有问题自动生成问题库，并产生免疫性，在遇到同样的问题时先改进再生产，避免再次出现同样的问题。

2.1.4 CAM系统的网络化

网络云技术发的发展带给了CAM发展又一个重要的趋势，利用CAM系统的网络化，其一是CAM系统的网络化，通过网络实现制造、生产、问题等数据的共享，进行数据交换，提高效率，减少不必要的错误；其二是可以通过CAM系统连接局域网络，调动庞大的资源对生产进行指导检测等，实现整个生产过程的全自动化和高效化，使得制造出更符合理论要求的产品[21]。

2.1.5 CAM系统的综合化

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综合化是指将多学科多功能综合产品纳入系统之中， 未来产品的开发设计制造不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识[22]。使得制造的产品在各个系能指标上达到最优化，同时可以考虑到该产品的应用场合进行自动化优化改造,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。

2.2研究重点

2.2.1开发新的一代CAM的软硬件平台

随着软件市场骤增和计算机功能的强大化和小型化，面对CAM软件未来发展的各个趋势，现有的软硬件平台有一定的年头，需要更合适的平台来适应CAM的发展和为CAM的向着更深、更高层次发展提供条件，在开发平台的同时不断融入计算机软件新技术，呈现出开放化、多元化发展.使之支持多种主流的计算平台，流行的UNIX工作站等，让CAM软件具有广泛的适应性和顽强的生命力 [23]。

2.2.2改变目标体系结构，面向对象、面向工艺特征的结构体系

传统CAM曲面为目标的体系结构将被改变成面向实体、面向工艺特征的结构体系，系统将能够按照工艺要求自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域。采用面向对象技术，对象具有封装性、多态性、继承性，使对象模块化、即插化，从而提高应用开发和软件维护效率，增强了代码的可重用性和互操作能力，最终达到改善应用整体质量的目标。

2.2.3 采用软件组件技术与开放式结构

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基于组件的功能可为设计者提供很大程度的柔性，通过组件技术提供的功能模块，开发者可方便地把它嵌入到应用中，并能够快速适应前沿技术和扩展核心功能。目前在软件技术领域有两个重要标准，CORBA（Common Object Request Broker Architecture）规范和IDL(Interface Defination Language)规范.CORBA的目标是要使异构分布环境内的不同应用系统之间能够互操作，IDL则是一种用来定义组件如何与ORB交换信息的标准语言[24]。

2.2.4 提供更用户化的功能.

传统的CAM平台只提供最基本的几何造型功能，如基本图形的绘制、基本体素的生成。[25]当今的平台则提供更上层的功能，如特征造型、约束造型.而且在提供造型功能的同时，提供诸如显示、交互、产品数据管理等功能，即提供了一个集造型、可视化、交互、数据管理为一体的集成化开发环境.这种集成开发环境可大大提高开发者的开发效率，更便于CAM为核心的集成化、一体化产品的开发。

2.2.5提供更方便的工艺管理手段

CAM的工艺管理是数控生产中至关重要的一环，未来CAM系统的工艺管理树结构，为工艺管理及即时修改提供了条件。较领先的CAM系统已经具有CAPP开发环境或可编辑式工艺模板，可由有经验的工艺人员对产品进行工艺设计，CAM系统可按工艺规程全自动批次处理。据报道，未来的CAM系统将能自动生成图文并茂的工艺指导文件，并能以超文本格式进行网络浏览。

2.2.6 CAM软件与快速成形技术相结合

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快速成形制造技术RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品，能够实现快速化生产，无论是用于小批量生产还是模拟生产，都能产生很大的优势，快速的将设计制造成产品。

第3章 三维CAM软件的应用实例

下面我们通过CATIA，Pro/E，UG软件进行讲解模具CAD/CAM 系统。

3.1 CATIA在汽车模具逆向开发中的应用

以某汽车前保险杠为例，说明逆向设计在汽车零配件产品开发中的应用。实例采用线状激光束测量方法，获取汽车前保险杠的点云数据。三维模型生成流程如下：

(1)运用CATIA的DSE模块import点云数据，并在DSE中拟合成三角面片；

(2)在QSR模块中用曲率分析初步判定物体曲面的构成方式。分清基础曲面和过渡曲面以及相关曲面的裁剪的先后顺序，对逆向的全过程做到心中有数；

(3)使用Freestylei、QSR、GSD等模块进行逆向，大体的逆向原则是点—线—面，必要时也可以借助Fit to geometry及powerfit命令进行铺面。面面大致是使用GSD中的loft曲面及freestyle中的net surfacce命令．若要得到光顺曲面，须先做好光顺曲线；

(4)基础曲面完成后并按模型特征线进行裁剪，裁剪之后的基础曲面的边界运用blend等工具构建过程曲面；

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(5)使用控制点及曲率分析命令检查曲面是否符合A面要求。

3.2 Pro/E 高级曲面建模实例

3.2.1 拉手构面

提供的线架构图 完成后的效果 完成后的斑马分析图

3.2.2 构建方法

1）草绘曲线。

2）拉伸曲面，做为后面的基准面。

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3）进入STYLE 在基准曲面上构两条曲线。

4）用STYLE 构面工具构第一个曲面。

5）用STYLE 构面工具构第二个曲面。

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6）曲面镜像，合并曲面，得到下图效果。

7）使用拉伸曲面工具 拉伸一面，然后曲面合并完成。

完成图

3.3 UG中的电子表格法和表达式法在模具设计中的应用

修边模模具

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3.3.1 设计流程

详细设计流程见下图, 从流程图可以看出, 如果没有企业的标准件库, 设计人员将花费大量的时间进行标准件的绘制, 如果有了企业自身的标准件库文件, 相当于形成了可发展的知识工程, 设计时间可节约50%以上。

3.3.2 设计步骤

1) 利用UG- WAVE 技术建立自顶向下的模具装配树文件.。用UG 克隆技术进行克隆装配, 如图3.3.1 所示) 。

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如果有标准模架, 可利(

图3.3.1 UG 装配树

2) 整理修边模具工艺数模及修边线到种子文件, 利用WAVE 技术提取曲面和修边线到上模镶块、下模镶块、压料芯的文件中实现参数化连接。

3) 在种子文件中建立模具间相关联的表达式, 控制模具的整体布局, 如图3.3.2~ 3.3.3所示。

图3.3.2表达式

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图3.3.3电子表格

4) 构造下模镶块结构、下模废料刀安装基准面、下模镶块安装基准面和溜料槽基准面, 如图3.3.4所示。

图3.3.4

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图3.3.5压料芯结构

6) 建立上模镶块结构、上模镶块安装基准面、压料芯导向位置等。设计冲孔、弹性元件等模具功能部件安装台面, 并进行细化, 如图3.3.6所示。

7) 检查模具功能部分结构, 利用建立的表达式( 如图3.3.2) 调整标准模架的长、宽、高到合理大小,设计完善导向安装台等, 对以上建立的功能部件进行细化。

图3.3.7上模结构

8) 在检查无误的情况下对模具安装位置进行设计, 如图3.3.8所示。

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图3.3.8

9) 装配标准件. 在装配标准件时, 要根据模具需要, 选择电子表格里的标准数值, 如图3.3.7所示。

10) 完善模具结构, 对模具进行干涉检查, 如图3.3.9 所示。

图3.3.9总装图

以上就完成了三维参数化汽车修边模的设计。

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分工说明：

任 翰：摘要、第二章

陈建波：第一章、排版封面

张飞华：第三章

结束语：

陈建波：关于这次报告，不仅让我在这几天的时间里搜集了很多有关于CAM的书籍和报告，而且学到了很多在书本上没有的知识。这些大部分的资料都来源于学校的电子图书管里，这也更好的锻炼我如何利用学校的电子资源，也让我知道原来在课本的外面，有更多的知识领域，我们平时应多花一些时间在这些我们未知的知识领域，平时我们仅仅靠接触课本，和接受课上老师的讲述是远远不够的，相信在以后的学习中这些都会给我带来积极的影响。

另外，在这次作业的完成过程中，我也体会到了团队协作的重要性，一个合作良好的团队往往会起到事半功倍的效果。在这次作业中，我们三个人互相协作，并且各自分配完成好自己的工作，使得这次作业顺利完成。

任瀚：通过这次的报告，在过程中学到了许多东西，特别是在专业方面，以前对CAM完全没多少了解，对学习能做什么保有很大的怀疑态度，但通过本次的实践，对CAM能做什么的有了深刻的了解，更认识到国内和国外的许多与专业相关的软件，才知道自己的知识是多么浅薄，今后一定要花更多的时间在专业学习上。

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还有，在本次报告中还领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间合作的重要性,在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本。这次实践也暴露出了我许多的缺点：比如对同学的依靠性较大，自觉性不强，责任感不强，付出的努力还很不过,记得毛燕语他们那组，在写报告时非常的认真负责，因为发现一个小错误，就和组员一起重新去学校图书馆查阅资料，不断将报告改得更好，他们那认真求实的精神，非常值得我们学习。他们让我深刻的明白别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩,那绝对不是侥幸或者巧合,而是在背后付出了相当多的劳动与努力，坚持了看似无法坚持的事。爱迪生也说过，天才1%的灵感+99%的努力，也有人曾调侃的说过“‘天才’不就比‘人才’多个‘二’吗”这种有点看不起天才的话，但也确实是事实，天才确实比普通人“二”，他们“二”在甘愿将生命用在也许默默无闻的事上，敢于在别人看来很枯燥的事上无比的坚持，不断的学习，不断上进。也认识到要成为一个别人眼中的天才，首先需要的是端正态度：认真、踏实、肯吃苦，在今后的学习生活中,要做到脚踏实地，改掉心浮气躁的毛病，要永远的记住一句话:态度决定一切。

张飞华：这次作业让我稍微深入的了解到了三维CAD/CAM技术的作用及其应用的广泛性。在各行各业都在快速的发展过程中，尤其制造业以及高新技术产业很需要CAD/CAM来帮助其提升产品质量，生产效率，优化产品设计等。CAD/CAM已经是一种现代生产系统中必不可少的关键性技术，它的发展与进步也会帮助现代及未来生产方式的大跃进。

同时，我也了解到有关CAD/CAM的许多相关软件，但是大多都是国外的专业软件，国内的相关软件开发却很少。这其实很值得很多高科技企业开发出更适用于国人的习惯的软件。同时也会提高我国技术开发的进步。

还有就是此次报告的书写也帮助我学习论文的书写的规范性，对于标准严格的遵守会让我们的论文更正式一点，极大地提高了我的写作能力及态度，而不是以前的很随意。

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此外，我还了解到我们专业不仅要会专业知识，好要学会很多软件来丰富自己的能力。所以要学习这些建模软件来帮助自己提升自己的理解能力及软件操作的熟练性。

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