计算机辅助设计与制造的应用及发展前景

CAD/CAM 技术结课论文

计算机辅助设计与制造

的应用及发展前景

论文题目： CAD/CAM软件应用现状及发展前景院系：

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摘要

针对现阶段我国机械制造业现状，系统地分析了我国机械制造业发展趋势及CAD/CAM技术的要求，对国内外各种CAD/CAM软件的特点及其应用环境进行了分析，指出了CAD/CAM系统应用的选型原则及开发原则，阐述了CAD/CAM技术的发展及应用对我国机械制造业的意义所在。

【关键词】：CAD/CAM 机械制造业发展趋势

CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)技术产生于20世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中。随着计算机技术和信息技术的发展，CAD/CAM技术在全球迅速普及开来。CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)技术产生于20世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中。随着计算机技术和信息技术的发展，CAD/CAM 技术在全球迅速普及开来。对制造业来说，CAD/CAM是提高产品设计品质和制造品质、缩短产品开发周期，降低产品开发成本的强有力手段，已成为企业赢得市场的制胜法宝。因此，研究我国机械行业CAD/CAM技术应用现状，探讨其发展前景，对加快我国机械行业CAD/CAM技术推广应用步伐，提高我国机械制造业的国际竞争力具有深远意义。

一、模具CAD/CAM的现状

由于对模具要求的越来越高，传统的制模方法已经不能满足需要，这就促使了CAD/CAM技术在模具业中的应用。因此，发达国家从20世纪50年代末就开始模具CAD/CAM的研究[1-4]，如美国通用汽车公司在20世纪50年代就将CAD/CAM 技术应用于汽车覆盖件的设计和制造上；普惠（PW）公司早在1968年就开始把CAD/CAM技术应用于航空发动机的研究工作上，着手开发涡轮叶型设计系统TADSYS，使工程分析时间缩短到1/6，提高了设计质量；罗-罗公司的CAD/CAM 工作也是从叶片开始的，而且进展很快，其系统已成功应用于RB211-524发动机的涡轮叶片精铸模具上了。到20世纪80年代，模具CAD/CAM技术已经广泛应用于冷冲模具、锻造模具、注射模具、压铸模具的设计与制造。

我国由于计算机技术发展起步较晚等原因，模具CAD技术的研究与开发于上世纪70年代末才开始[3]，并相继在国家的“六五”、“七五”、“八五”、“九五”规划中均列为重要的技术攻关项目。通过几十年的努力，模具CAD技术的研究和开发已取得了很大的进展。

二、模具CAD/CAE/CAM技术优势

模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式,为用户提供一种有效地辅助工具,使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAE/CAM技术之所以发展迅速、应用广泛,深受广大设计人员的欢迎,是因为它具有以下几方面的优势:①提高模具制造的综合质量。CAD/CAE/CAM系统中,制造所需数据直接取自系统数据库,并经系统内部直接传送,速度快、错误少。模具制造广泛采用数控机床,精度高、自动化程度高,通过采用CAD/CAE/CAM技术生产的模具,精度和尺寸协调一致性得到进一步提高,对于型腔几何形状复杂的大型模具质量保证,效果尤为明显;②节省设计时间、缩短生产周期、提高劳动生产率。模具产品更新频繁的形势下,生产周期成为产品赖以生存的重要条件。采用CAD/CAE/CAM技术可以大大缩短模具设计制造周期,模具设计时间可以“小时”或“分钟”计算;③有利于实现设计方案的优化。提高模具设计水平是提高模具质量的重要环节,采用CAD/CAE/CAM技术可以通过计算机检索来继承前人的经验积累,采用一系列优化设计程序,通过人机交互,反复修改,发挥出设计者最大的才智,并利用计算机模拟成型,增大设计可靠性;④有利于提高产品的标准化。CAD/CAE/CAM技术要求模具设计过程、生产制造过程和工艺条件的标准化,通过信息的集成,使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体;⑤有利于发挥设计人员的创造性。CAD/CAE/CAM技术通过计算机查阅设计模具时所需数据及图表,速度快、精度高、不易出错,用于自动绘图和编程,可以使

技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来,使其可以从事更多的创造性劳动。

三、模具CAD/CAE/CAM技术的应用

国外在航空航天、汽车、造船、机床制造等工业部门都已实现模具CAD/CAE/CAM技术的应用。如波音飞机公司应用模具CAD/CAE/CAM技术,在波音777飞机上对全部零件进行了三维实体造型,设计了除发动机以外的其他机械零件,比传统设计和装配流程效率提高了一倍。美国General Dynamic ElectricBoat和Newport News Shipbuilding应用CAD/CAE/CAM技术设计和建造美国海军的新型弗吉尼亚级攻击潜艇,从核反应堆、相关的安全设备到全部的生命支持设备都形成了三维数字化产品。相比之下,国内模具CAD/CAE/CAM技术的研究和应用远落后于国外,但也有应用较为成功的例子。如云马飞机制造厂采用模具CAD/CAE/CAM技术,为数十个单位数控加工飞机关键零件、飞机吹风模型、雷达波导管、军用载波机箱体、核潜艇发动机动定涡体、高能加速器和正负电子对撞机关键部件、滚珠丝杠反相器械、光学仪器用各类凸轮、汽车复盖件模具、汽车结构件模具、汽车发动机和摩托车发动机缸体(盖)模具等,以及数控加工波音飞机737~700垂直尾翼梁间肋铝合金结构件,实现了高难度的薄壁结构件的数控加工,使得产品开发的周期比未采用CAD/CAE/CAM前平均缩短32%,设计效益提高3~5倍。据统计,CAD/CAE/CAM技术20世纪末已应用于近百个工业领域。到了21世纪,CAD/CAE/CAM技术将在各行各业都有所应用,可以说在目前的各个领域的制造业,已离不开CAD/CAE/CAM技术的应用,其中CAD/CAE/CAM技术在模具领域的应用最为出色,其前景也将更为广阔。

四、CAD/CAM系统应具有的功能

一个较完善的CAD/CAM系统,是由产品设计制造的数值计算和数据处理程序包、图形信息交换(输入、输出)和处理的交互式图形显示程序包、存储和管理设计制造信息的工程数据库等三大部分构成的。这种系统的主要功能包括:

1.雕塑曲面造型功能

系统应具有根据给定的离散数据和工程问题的边界条件,来定义、生成控制和处理过渡曲面与非矩形域曲面的拼合能力,提供汽车、飞机等设计和制造,以及某些用自由曲面构造产品几何模型所需要的曲面造型技术。

2.实体造型功能

系统应具有定义和生成体素的能力,以及用几何体素构造法,或边界表示法构造实体模型的能力,并能提供机械产品以及用规则几何形体构造产品几何模型所需要的实体造型技术。

3.物体质量特性计算功能

4.三维运动机构的分析和仿真功能

系统应具有研究机构运动学特征的能力,以及对运动系统的仿真等进行研究的能力。从而为设计师设计运动机构时,提供直观的、可以仿真的交互式设计技术。

5.二、三维图形的转换功能

产品的总体设计需要三维图形,结构设计主要用二维图形。所以CAD/CAM系统应具有二维三维图形转换功能。

6.三维几何模型的显示处理功能