的基本概念和作用

第一节　CAD/CAM的基本概念和作用

一、基本概念

计算机辅助设计(Computer Aided Design)与计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing)简称CAD/CAM，是一门新兴的综合性计算机应用技术，其应用往往体现一个国家或地区的科技水平。

CAD和CAM起初是两个独立发展的分支，随着它们的推广与使用，两者之间相互依存的关系越来越紧密:设计系统只有配合数控加工，才能充分显示其巨大的优越性;而数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥效率。两者自然而然地紧密结合，形成计算机辅助设计与制造集成系统(CAD/CAM)，系统中的两个阶段可以利用公共数据库中的数据，大大缩短了产品的生产周期，提高了产品的质量。

CAD/CAM以计算机、外围设备及其系统软件为基础，处理各种数字、图形等信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟及产品数据管理等内容。它能够将传统的机械设计与制造这两个彼此相对独立的工作作为一个整体来规划和开发，实现信息处理的高度一体化。随着计算机网络技术的高速发展，CAD/CAM技术向开放式、标准化、集成化、智能化和网络化发展，使产品的设计和制造都发生了革命性的变革。

实现CAD/CAM一体化最简单的方法是使用一些连接用的接口转换程序，实现信息流的传递。CAD/CAM一体化系统的理想模式如图1－1所示，所有的CAD/ CAM功能都与一个公共数据库(DB)串联成一个整体，数据与制造过程紧密相连，数据自动编辑系统利用数据的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息，从而实现产品设计、工艺规程编制、生产过程控制、质量控制、生产管理等产品生产全过程的一体化。

图1－1　CAD/CAM一体化系统的理想模式

二、CAD/CAM的辅助作用

传统的生产流程如图1－2虚框内所示。其内容为:根据市场需要设计产品(产品的设计过程是通过创造、分析和综合以达到满足市场需要的一种活动);在根据产品图样和技术要求进行生产前的准备过程中对产品进行质量控制;产品出厂后根据用户的要求对产品进行不断的改进，最终达到市场的要求。然而，传统的设计和生产过程中的工作显得特别繁琐和复杂:

图1－2　CAD/CAM的工作内容

(1)数据的处理　材料、设备、结构和工艺等不仅数据量大，而且数据的类型、属性和形式也是多种多样的，设计过程中需要不断地对这些数据进行存取、加工、传递、检查等操作，以获得最优的方案。

(2)图形的绘制　图样是设计与制造工程人员的语言，是记录和表达设计的主要方式。概念设计阶段，需要快速地作出产品模型和系统布局的设计，以便生成和编辑有关的图形;结构设计阶段，需要根据技术要求绘制大量的工程图样。

(3)数值的计算　对数值的计算是通过材料力学、结构力学提供的近似公式进行推算，已大大不能满足产品设计与生产的发展需要，必须采用先进的设计方法进行较精确、快速的分析计算。

CAD/CAM技术正是在这样的情况下产生的，它不仅能大量地储存数据、快速地检索和处理数据，具有很强的构造模型和图形处理能力、高速运算和逻辑分析能力，还能完成复杂的工程分析计算。

计算机在设计和制造过程中能起重要的辅助作用，它可以协助完成图1－2虚框外的内容:有效地辅助设计人员进行产品的构想和模型的构建(概念设计)以及工程分析计算和优化，无须经过样机试制，在计算机上对设计的产品性能进行模拟仿真;计算机辅助绘制工程图样和文档编辑;辅助工艺人员和管理员编制工艺规程，制订生产计划和作业调度计划;辅助操作人员控制工作机械(机床、机器人等)，并在加工过程中进行质量控制等。

在CAD/CAM系统中，可实现可视化效果，将计算机设计结果转换为几何图形及图像信息在屏幕上显示出来并进行交互处理，并可对计算机工作过程进行干预和引导，处理设计与制造过程中出现的各种问题。