CAD-CAM基本概念及发展趋势

CAD-CAM发展历程及基本概念

CAD/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing），即计算机辅助设计与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术。

第一节 CAD/CAM发展历程及基本概念

一、CAD/CAM发展历程

1. CAD、CAM技术的发展历程

CAD技术从出现至今大致经历了五个阶段：

（1）孕育形成阶段（20世纪50年代）。

（2）快速发展阶段（20世纪60年代）。

（3）成熟推广阶段（20世纪70年代。

（4）广泛应用阶段（20世纪80年代）。

（5）标准化、智能化、集成化阶段（20世纪80年代后期）

2. CAE技术的发展历程

CAE技术的发展大致经历了三个阶段：

（1）技术探索阶段（20世纪60~70年代）。

（2）蓬勃发展时期（20世纪70~80年代）。

（3）成熟推广时期（20世纪90年代）。

二、CAD/CAM基本概念

一般认为，CAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图，在这一过程中，把设计人员的创造思维、综合判断能力与计算机强大的记忆、数值计算、信息检索等能力相结合，各尽所长，完成产品的设计、分析、绘图等工作，最终达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的目的。

CAD的功能可以大致归纳为四类，即几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。

为了实现这些功能，一个完整的CAD系统应由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。

科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等；

图形系统则包括几何造型、自动绘图、动态仿真等；

工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存储和管理。

CAM是指应用电子计算机来进行产品制造的统称，有狭义CAM和广义CAM。

狭义CAM指数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是加工时的刀位文件和数控程序。

广义CAM是利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等。

把计算机辅助设计和计算机辅助制造集成在一起，称为CAD/CAM系统、把计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程集成在一起，称为CAD/CAE/CAM系统。

CAD/CAM技术是一种在不断发展着的技术，随着相关技术及应用领域的发展和扩大，CAD/CAM技术的内涵也在不断扩展。

三、CAD/CAM系统组成

CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统则由系统软件、应用软件和专业软件组成。

第二节 CAD/CAM技术在模具行业中的应用

模具工业是国民经济的重要基础工业之一，模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。

一、模具成形的特点

按照成形的特点，模具分为冲压模具、塑料模具、压铸模具、锻造模具、铸造模具、粉末冶金模具、玻璃模具、橡胶模具、陶瓷模具和简易模具等十大类。

模具成形技术具有如下特点：

（１）生产率高

（２）制件质量好

（３）材料利用率高

（４）成本低

二、CAD/CAM技术在现代模具技术中的应用

1. CAD/CAM技术在冷冲模中的应用

上世纪50年代末期，国外一些科研院所便开始研究开发冷冲模CAD/CAM 系统。

1971年，美国DieComp公司成功地开发了级进模计算机辅助设计系统PDDC。应用该系统可以完成冷冲模设计的全部过程，其中包括输入产品图形和技术条件；确定操作顺序、步距、空位、总工位数；绘制排样图；输出模具装配图、零件图和压力机床参数；生成数控线切割程序等。1977年捷克金属加工工业研究院研制成功AKT系统，它可以用于简单、复合和连续冲裁模的设计和制造；

20世纪70年代末期，日本机械工程实验室和日本旭光学工业公司分别开发的连续模设计系统MEL和冲孔弯曲模系统PENTAX；

1982年日立公司研制了冲裁模CAD系统。使用这些系统进行模具设计制造，大大缩短了模具开发周期，降低了生产成本，提高了生产效率。CAD/CAM在冷冲模具设计与制造中的应用，主要可归纳为以下几个方面：

1) 利用几何造型技术完成复杂模具几何设计。

2) 完成工艺分析计算，辅助成形工艺的设计。

3) 建立标准模具零件和结构的图形库，提高模具结构和模具零件设计效率。

4) 辅助完成绘图工作，输出模具零件图和装配图。

5) 利用计算机完成有限元分析和优化设计等数值计算工作。

6) 辅助完成模具加工工艺设计和NC编程。

2. CAD/CAM技术在塑料模中的应用

注射模CAD/CAM技术主要从两个方面对技术人员提供强有力的帮助：一是应用CAE技术对模具进行有限元结构力学分析、流动分析模拟和冷却分析模拟等；

二是完成注射模结构CAD，包括塑料产品的建模、模具总体结构方案设计和零部件设计，数控仿真和数控程序生成，模具模拟装配、零件图和装配图的生成与绘制等。

20世纪60年代中期，英国、美国、加拿大等国学者完成注射过程一维流动与冷却分析；

70年代完成二维分析程序；

80年代开始对三维流动与冷却分析进行研究；

进入90年代，对流动、保压、冷却、应力分析注射成型全过程进行集成化研究，这些研究为开发实用的注射模CAE软件奠定了坚实的基础。（１）塑料模具CAD/CAM系统的特点

１）模具成型部分的几何造型需要功能强大的三维图形系统支持。２）模具自由曲面一般采用数控加工。