1、第2章 CAD/CAM系统 2.1CAD/CAM系统基础系统基础 2.2CAD/CAM系统的硬件与软件系统的硬件与软件 2.3国内外典型国内外典型CAD/CAM软件简介软件简介 2.4工程数据库与计算机网络技术工程数据库与计算机网络技术 在在CAD/CAM系统中的应用系统中的应用 2.1 CAD/CAM系统基础系统基础2.1.1 CAD/CAM系统的组成系统的组成所谓系统，是指为某个共同目标而组织在一起的相互关联部分的组合。一个完整的CAD/CAM系统由硬件、软件和人等三大部分组成。硬件主要指计算机及各种配套设备，如各种档次的计算机、打印机、绘图机等。广义上说，还包括数控加工的各种机械设备等，
2、它是CAD/CAM系统的物质基础。软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件等，它是CAD/CAM系统的核心。硬件的性能及其CAD/CAM功能的实现必须通过软件实现。人在CAD/CAM系统中起主导作用，是CAD/CAM系统的关键。CAD/CAM属于高新技术，只有高素质的技术人才才能把CAD/CAM系统的先进性能充分发挥出来，为企业创造效益。图2.1.1为CAD/CAM系统组成简图。图2.1.1 CAD/CAM系统的组成2.1.2 CAD/CAM系统的功能系统的功能一般来说，CAD/CAM系统应具有以下主要功能：(1)交互图形输入及输出功能。可用于基本的产品结构设计等任务。(2)几何建模功能，包括
3、实体建模、线框建模及自由曲面建模等。几何建模是CAD/CAM系统几何处理的核心，提供有关产品设计的各种数据，是后续作业处理的基础。(3)物理性能计算及工程分析功能。可根据几何建模的基本参数，对产品进行工程分析和数值计算，最常用的是有限元分析和优化处理功能。(4)处理数控加工信息的功能。可用于自动编程、动态仿真及多坐标数控加工控制等。(5)数据管理功能。可用于处理产品设计过程中的全部信息，实现工程数据信息的共享。2.1.3 CAD/CAM系统的选型及配置系统的选型及配置1.CAD/CAM系统的选型系统的选型由于CAD/CAM系统投资相对较大，因此如何科学、合理地选择适合本企业技术水平及生产能力的
4、系统，必须经过详细的考察与分析。选择CAD/CAM系统最基本的出发点是性能价格比和其适用范围，同时考虑其技术的发展趋势，特别是软件和硬件技术的发展。一般要进行以下考虑：(1)根据本企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。(2)从整个产品设计周期中各个进程的工作要求出发，考核拟选用的系统各模块的功能，包括其开放性和集成性等特点。然后，根据性能价格比选择合适的硬件环境和软件环境。(3)考虑如何使用、管理该系统，使其发挥应有的作用，真正为企业创造良好的效益。由于计算机技术发展迅速，软硬件产品的更新周期很短，因此在组建CAD/CAM系统时，应在总体规划指导下，先构建系统的基本
5、部分，再逐步扩充。资金尚不充足或CAD/CAM基础薄弱的企业，应先选择效益比较显著的普及性应用。2.CAD/CAM系统的配置系统的配置1)配置原则CAD/CAM系统的硬件配置要考虑以下几方面：(1)系统功能。主要包括CPU的数据处理能力，内外存容量，输入输出性能，图像显示和处理能力，与外部设备的接口能力，网络通信能力。(2)硬件系统要有良好的开放性且符合工业标准，是否采用UNIX、Windows等操作系统、以太网、流行CPU芯片可作为衡量标准，以利于系统进一步扩充、联网以及支持更多种类的外围设备。(3)经济性能。CAD/CAM系统的软件配置要考虑以下几方面：(1)采用标准操作系统，一般选用网络
6、版。(2)支撑软件根据需要配置成低端、中端或高端系统。(3)用户多。(4)运行可靠，维护简单，性能价格比高。(5)厂商信誉及售后服务好。2)基本配置形式按照所用主机分类，CAD/CAM系统的基本配置有四种形式：大型机系统、小型机系统、工程工作站系统和微机系统。大型机系统采用高性能的大型通用计算机为主机，用分时方式连接几十台图形终端和字符终端。主机系统的特点是通用性强、计算能力强，但价格昂贵，主要应用在需要进行复杂计算和大量数据处理的CAD/CAM系统，如国外的大型飞机制造公司和汽车制造公司。常见的主机有IBM系列、西门子系列等。小型机系统配有专用的软件、硬件，并独立地承担设计任务，其优点是软件
7、不需要变更即可在其系列产品上使用，但小型机系统扩展能力差，数据存储分散，因此现在应用很少。工程工作站系统采用高性能的图形工作站，其特点是运算速度快、数据存储量大、图形显示速度高、具有强大的网络功能,但工程工作站的价格相对昂贵，同时由于采用UNIX操作系统，其维护和使用都较难，不适合普通用户使用。微机系统采用微型计算机为主机，操作系统为流行的Windows系统或Windows NT系统，其操作非常简单，适用于广大中小用户。同时，随着计算机技术的发展，微机的性能已经达到甚至超过了传统的工作站系统，过去一些基于工作站的CAD/CAM软件也相继推出微机版。微机系统的发展,使CAD/CAM技术走出高楼，
8、得以在广大企业中真正得到普及。2.1.4 CAD/CAM系统的工作方式系统的工作方式目目前，计算机硬件的水平正以莫尔定律的规律飞速发展，CAD/CAM系统的软件功能也日益强大。但是，要发挥出CAD/CAM系统的作用，关键在人。没有掌握CAD/CAM技术的人才，CAD/CAM系统的价值将无法体现。CAD/CAM对人的要求包括：1.基础知识基础知识必须包括以下三方面的基础知识：(1)计算机基础，主要包括系统软件和硬件的基本原理和应用基础。(2)专业基础，如机械制图、机械设计与制造、电路设计等。(3)外语基础。2.实践知识实践知识必须有工程实践经验，不断地从事CAD/CAM技术的应用实践，在实践中加
9、深对先进技术的掌握，并不断丰富实践经验。3.不断学习和培训不断学习和培训CAD/CAM技术是飞速发展的先进技术，只有即时更新知识，始终掌握最前沿的软件和技术，才能发挥更大的作用。2.1.5 CAD/CAM系统的工作过程系统的工作过程一个较为完整的CAD/CAM系统的工作过程如图2.1.2所示。图2.1.2 CAD/CAM系统的工作过程从图2.1.2可以看到，操作人员使用各种设计、分析、绘图、仿真软件，以人机交互的形式进行操作。CAD/CAM软件的强大功能为设计工作带来许多方便，也使得一些靠人工不可能完成的任务得以完成。图2.1.2所示的CAD/CAM系统的工作过程包括以下几个方面：(1)各种专
10、家系统可以协助设计人员进行产品分析及方案设计。(2)使用几何造型系统快速、准确地建立产品的三维模型，并得到产品的基本数据，有些基于特征的建模系统还包括加工制造信息。(3)计算分析软件利用产品模型中的相关数据，自动生成有限元网格进行分析，得到静态和动态的分析结果，为结构设计及优化提供依据。(4)利用仿真软件进行动态仿真、装配仿真、检验零件干涉碰撞情况、模拟刀具轨迹等，以代替物理模型试验或实际样机检验等。(5)图形处理软件用于图形的绘制、编辑、显示与打印输出等，可以得到产品的任意方向的视图、剖面图、效果图等。(6)计算机辅助工艺规划(CAPP)软件辅助设计人员设计工艺路线，确定工序，选择机床、刀具
11、，制定切削用量，计算工时定额、加工成本等，最后输出完整的工艺文件等，实现零件加工工艺设计的自动化。(7)数控(NC)自动编程软件可以直接使用CAPP生成的结果进行自动编程，形成刀位文件，再经处理而成为机床的加工代码，即NC代码。根据应用要求的不同，实际的CAD/CAM系统可支持上述全部过程，也可仅支持部分过程。上图所示的系统包含了CAD/CAM的主要软件功能，实际的系统往往会有差别，不可能或不必要包含所有的软件模块，有的系统还需要该图中未列出的软件功能。2.1.6 CAD/CAM系统集成的关键技术系统集成的关键技术1.CAD/CAM系统集成技术的内涵系统集成技术的内涵CAD/CAM系统是一个集
12、成的系统，是由许多相关的技术集成在一起的综合系统，其中每一部分既可以是独立的，又可以是密切相关的。这些技术包含以下内容：1)计算机辅助设计技术计算机辅助设计简称CAD，是使用计算机进行机械产品设计的技术，是CAD/CAM系统集成的基础。计算机辅助设计可以分为以下几个方面：(1)计算机辅助绘图(Computer Aided Drafting)。它是用计算机代替传统的手工绘图。CAD发展初期即计算机辅助绘图，在企业中很多人所理解的CAD也是指计算机辅助绘图。虽然用计算机代替手工绘图可以减少图纸上的错误、提高工作效率、减轻劳动强度，但计算机辅助绘图并不是真正意义上的CAD。(2)计算机辅助设计(Co
13、mputer Aided Design)。计算机辅助设计是真正意义上的CAD，它包括以下几个方面：计算机辅助几何建模(Computer Aided Geometric Modeling)。在CAD/CAM集成的系统中，设计时已不存在绘图的概念，而是直接建立产品的三维模型。计算机辅助设计的基本任务就是考虑如何构建产品的三维几何模型，利用计算机记录产品的三维几何模型数据，并在计算机屏幕上真实显示出三维形状效果。三维几何建模是CAD/CAM系统的核心技术，它提供有关产品设计的各种数据信息，为后续作业打下基础。产品的几何建模包括零件建模和装配建模。常见的建模方法有线框模型、曲面模型和实体模型。由于实体
14、模型全面记录零件的边框、表面以及由面组成的体的信息，并可以记录其材料属性和加工属性，因此目前广泛采用的是实体建模，在很多CAD/CAM系统中为更好地表现异型表面，经常采用曲面建模和实体建模一体的混合建模技术。装配及干涉分析(Design For Assemble，DFA)。在装配建模中，为分析和评价产品的装配性能，避免真实装配中零件与零件、零件与部件、部件与部件之间产生干涉碰撞现象，必须对装配模型进行干涉分析，及时发现并解决这些问题。可制造性分析(Design For Manufacturing)。在零部件设计时应避免产品的不可制造性，减少不合理的零件结构，为产品的制造作好准备。(3)计算机辅
15、助分析(Computer Aided Engineering，CAE)。利用计算机和产品的三维几何模型，可以在产品的设计过程中，对产品进行必要和精确的计算及分析，这些计算和分析是过去采用手工设计方法不可能完成的。目前CAE主要包括运动学、动力学分析和仿真(Kinematics&Dynamics)、有限元分析和仿真(Finite Element Analysis，FEA)及优化设计(Optimization，OPT)。运动、动力学分析是对机构的位移、速度、加速度及各关节的受力进行分析，并以形象直观的方式进行运动仿真，从而全面了解机构的设计性能和运动情况，及时发现并解决问题。有限元分析是对产品重要
16、的零部件进行应力、应变分析，根据分析结果评价设计结构的合理性，并对不合理的地方进行修改。优化设计是在保证产品的性能和质量的前提下，追求产品的最优，如体积最小、重量最轻、寿命最长等。2)计算机辅助制造技术计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)是指在产品的制造过程中采用计算机技术，包括以下几个方面：(1)计算机辅助编程(Computer Aided Programming)：一般人们所说的CAM就是指计算机辅助编程。它是根据零件的模型，利用计算机自动生成刀具运动轨迹，通过后置处理，生成数控加工代码，直接传送给数控机床来进行零件的加工。在使用数控代码之前，
17、可以利用计算机进行加工代码仿真，确保加工过程中的安全性和正确性。(2)计算机辅助工艺规程编制(Computer Aided Program Planning，CAPP)：利用计算机进行零件加工工艺路线的自动编制，选择合理的切削参数和加工设备，并确定合理的检验数据。(3)计算机辅助质量控制(Computer Aided Quality，CAQ)：对产品质量进行及时检验，并提出分析报告，对生产的组织、进度和其他管理问题及时进行跟踪、反馈，并辅助做出决策。2.CAD/CAM系统集成的关键技术系统集成的关键技术 CAD/CAM系统的集成就是按照产品设计与制造的实际进程，在计算机内实现各应用程序所需的信
18、息处理和交换，形成连续的、协调的和科学的信息流。因此，产生公共信息的产品造型技术、存储和处理公共信息的工程数据库技术、进行数据交换的接口技术、对系统的资源进行统一管理的技术、对系统的运行统一组织的执行控制程序以及实现系统内部的通信和数据等技术构成了CAD/CAM系统集成的关键技术。这些技术的实施水平将成为衡量CAD/CAM系统集成度高低的主要依据。1)产品建模技术一个完善的产品设计模型是CAD/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAM系统中共享数据的核心。为了实现信息的高度集成，产品建模是非常重要的。传统的基于实体造型的CAD系统仅仅是产品几何形状的描述，缺乏产品制造工艺信息，从而造成
19、设计与制造信息彼此分离，导致CAD/CAM系统集成的困难。CAD/CAM集成系统将特征概念引入CAD/CAM系统，建立CAD/CAPP/CAM范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型。该模型不仅支持从设计到制造各阶段所需的产品定义信息(包括几何信息、工艺信息和加工制造信息)，还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语言特征，能使设计和制造工程师用相同的方式考虑问题。它允许用一个数据结构同时满足设计和制造的需要，这就为CAD/CAM系统提供了设计和制造之间相互通信和相互理解的基础，使其真正实现CAD/CAM系统的一体化。因而就目前而言，基于特征的产品定义模型是解决产品建模关键技术的比较有效的途径。
20、2)集成的数据管理技术随着CAD/CAM技术的自动化、集成化、智能化和柔性化程度的不断提高，集成系统中的数据管理问题日益复杂，传统的商用数据库已满足不了上述要求。CAD/CAM系统的集成应努力建立能处理复杂数据的工程数据处理环境，使CAD/CAM各子系统能够有效地进行数据交换，尽量避免数据文件和格式转换，清除数据冗余，保证数据的一致性、安全性和保密性。采用工程数据库方法将成为开发新一代CAD/CAM集成系统的主流，也是系统进行集成的核心。3)产品数据交换接口技术数据交换的任务是在不同的计算机之间、不同操作系统之间、不同数据库之间和不同应用软件之间进行数据通信。为了克服以往各种CAD/CAM系统
21、之间，甚至各功能模块之间在开发过程中的孤岛现象，统一它们的机内数据表示格式，使不同系统间、不同模块间的数据交换顺利进行，充分发挥用户应用软件的效益，提高CAD/CAM系统的生产率，必须制订国际性的数据交换规范和网络协议，开发各类系统接口。有了这种标准和规范，产品数据才能在各系统之间方便、流畅地传输。4)集成的执行控制程序由于CAD/CAM集成化系统的程序规模大、信息源多、传输路径不一，以及各模块的支撑环境多样化，因而没有一个对系统的资源进行统一管理、对系统的运行进行统一组织的执行控制程序是不行的。这种执行控制程序是系统集成的最基本要素之一。它的任务是把各个相关模块组织起来，按规定的运行方式完成
22、规定的作业，并协调各模块之间的信息传输，提供统一的用户界面，进行故障处理等工作。2.1.7 CAD/CAM集成的体系结构集成的体系结构CAD/CAM系统分以下三个层次来实现：(1)产品数据管理层。它以STEP的产品模型为基础，提供数据库、工作格式(STEP)、文件交换等三种数据交换方式。这三种数据的存取由DBMS(数据库管理系统)、工作格式管理模式及系统转换器来实现。(2)基本功能层，包括几何造型、特征造型、图形编辑显示及尺寸公差处理。通常的CAD/CAM集成软件具备完整的功能界面、统一的产品模型和数据表。(3)系统层，包括设计、分析、工艺规程设计和数控编程等。可以通过用户界面来完成从设计、分
23、析到加工的任务。2.1.8 CAD/CAM集成的发展趋势集成的发展趋势目前CAD/CAM集成的关键技术已经得到解决，今后的CAD/CAM集成发展的特点和趋势体现在以下几点：(1)面向并行工程。CAD/CAM集成系统应该从全局优化的角度出发，能够对产品进行管理和控制，并对已经存在的产品设计进行改进和提高。(2)面向生产过程的多种功能的高度集成。(3)支持面向对象的工程数据库。(4)参数化设计。(5)多种工业标准数据接口和具有二次开发的能力。(6)智能化技术。(7)现代CAD技术。2.2 CAD/CAM系统的硬件与软件系统的硬件与软件2.2.1 硬件的组成硬件的组成1.主机主机CAD/CAM系统中
24、的主机包括大型机、小型机、图形工作站和微型计算机。目前，微型计算机技术发展得非常迅速，其性能已接近甚至超过了传统的工作站，因此在CAD/CAM系统中得到了广泛应用，是中小用户的首选机型。主机主要包括CPU、存储器等。CAD/CAM系统要求计算机的CPU有极高的运算速度，现在市场上流行的微机CPU为奔腾4处理器，其主频可达4 GHz以上，有些计算机还采用了双CPU，以满足CAD/CAM系统对运算速度的要求。存储器可分为内存储器和外存储器两类。一般常见的CAD/CAM系统要求计算机应当有较大的内存容量，目前应达到2 GHz，甚至更大。常见的外存储器有硬盘、光盘等。硬盘是计算机中的主要外存储器，当前
25、容量可达500 GB，并且根据需求可以加装双硬盘。目前，还出现了移动硬盘和U盘，这类外存储器与计算机的USB接口连接，支持热插拔，因此有广泛的应用前景。2.输入设备输入设备输入设备是把图形数据或指令传送给计算机的一种装置，计算机键盘就是一种最常见的输入设备。除此之外，它还有以下几种：1)鼠标鼠标是计算机上的主要输入设备，由于其结构简单、使用方便、价格便宜，因此现在已经成为计算机的标准配置。在CAD/CAM系统中，鼠标主要通过交互的方式向计算机输入命令、坐标点以及拾取图形对象等。鼠标的种类主要有机械鼠标、光电鼠标等，根据按键的数量又可分为双键鼠标和三键鼠标。在CAD/CAM系统中由于要求有较高的
26、光标定位精度和方便观察图形的能力，因此最好选用真三键的光电鼠标。2)数字化图形输入板数字化图形输入板是一种定标设备，当专用的触笔或游标(与鼠标类似)在输入板上移动时，它向计算机发送触笔或游标的坐标位置。数字化仪定位精度高、使用方便，但价格较贵，一般用于原有图纸的计算机化。3)扫描仪当用户希望把复杂的图形或图像输入计算机时，扫描仪是首选设备。扫描仪是一种高精度的光电产品，它通过光电转换原理，把要输入的图形、图像、文字、数据等扫描到计算机中，供计算机进行处理。扫描仪的特点是输入速度快、质量好，并可以输入彩色图形。扫描仪在工程中主要用于原有工程图纸的计算机化，但图纸只能以图像的形式存储，占用空间很大
27、，并且不便于修改。扫描后的图形只有通过专用的软件进行处理后，才能够转化成工程中常用的格式。常见的扫描仪有手持式、平板式(见图2.2.1)和滚筒式等三种，其主要性能指标为光学分辨率。图2.2.1 平板式扫描仪4)数码相机数码相机是新一代的输入设备(见图2.2.2)，它的外形和照相机相同，只是其感光部分用电子元件取代了传统照相机的胶卷。它的主要优点是可以像照相似的把实物的信息直接输入到计算机中，供计算机处理使用。数码相机的性能主要是分辨率(用像素表示)，像素越多则性能越好，如1000万像素。与数码相机的原理类似，还有数码摄像机，它主要用于存储动态的图像。图2.2.2 数码相机3.输出设备输出设备1
28、)显示器显示器是计算机中应用的最主要的输出设备，用于图形、文字等各种信息的显示，一台没有显示器的计算机等于没有了眼睛。因此，显示器是计算机的标准配置。目前，常用的显示器有阴极射线管式(CRT)和液晶式(LED)。阴极射线管式(CRT)显示器的主要优点是价格便宜、亮度高，但易闪耀而使眼睛产生疲劳，同时体积较大。这类显示器的主要技术指标有显示器大小、分辨率、刷新频率等。液晶显示器具有不闪耀、亮度适中、体积小、无辐射等优点，目前得到越来越多的使用。2)打印机打印机是把计算机中的图形或文字信息输出到纸介质的一种设备，它主要用于A3以下图纸的打印。目前，常见的打印机有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机三
29、种。在机械设计中使用的多为黑白线条图，因此常采用打印速度快、效果好、耗材便宜的激光打印机。喷墨打印机可以打印彩色图形，常用于打印效果图。而针式打印机打印的图形效果较差，在CAD/CAM系统中很少使用。3)绘图仪绘图仪(见图2.2.3)是CAD/CAM系统中的主要输出设备，用于大幅面工程图纸的输出，其特点是输出图纸幅面大(可打印A0加宽加长的图纸)、速度快、精度高。高性能的彩色喷墨式绘图仪打印出的彩色图像可与照片媲美。图2.2.3 绘图仪4.网络互连设备网络互连设备网络互连设备是组成计算机网络的必要设备。目前企业CAD/CAM网络主要使用局域网，组建其网络的主要设备有集线器(HUB)、网络适配器
30、(网卡)、传送介质(双绞线、同轴电缆或光缆)等。网卡安装在每台用户终端计算机上，通过传送介质与集线器相连，而集线器与服务器连接。另外，为保证在不同的企业局域网之间远距离传送信息，组网时还应根据具体情况选用调制解调器、中继器、路由器、网关、网桥、交换机等设备。5.常见计算机硬件的配置常见计算机硬件的配置下面给出两款CAD/CAM系统使用的计算机的配置。1)COMPAQ专业工作站COMPAQ工作站是目前世界上性能优良的专业工作站，主要用于CAD/CAM系统和其他领域。其中一款的配置如下：CPU：酷睿2双核，主频3.16 GHz内存：2 G，DDR，800 MHz硬盘：250 G，SATA SMAR
31、T 显示卡：256 MB，nVIDIA GeForce 84002)兼容机兼容机指非品牌计算机，其特点是价格便宜，配置灵活，可以根据自己的需求选用计算机配件。在CAD/CAM系统中，兼容机主要用于图形终端或低档用户。现列举一款兼容机的配置如下：CPU：Intel Pentium，主频3.16 GHz内存：2 G DDR，800 MHz硬盘：500 GB显卡：256 MB显示器：19英寸纯平显示器2.2.2 软件的组成软件的组成软件在CAD/CAM系统中占有重要的地位。如果没有一个好的软件，那么不可能很好地发挥硬件的能力。根据软件在系统中的作用，软件可以分为系统软件、支撑软件和应用软件三类。系统
32、软件主要负责管理硬件资源以及各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性管理软件及应用和开发CAD/CAM系统的软件平台，一般包括操作系统及网络管理系统等。支撑软件运行在系统软件之上，是实现CAD/CAM各种功能的通用性应用基础软件，是CAD/CAM系统专业性应用软件的开发平台。应用软件是用户针对具体要求而专门开发的软件，一般在通用CAD/CAM支撑软件系统上开发而成，例如齿轮设计软件、滚刀设计软件、模具设计软件等。2.2.3 操作系统操作系统操作系统是对计算机系统硬件(包括主机、输入/输出设备)及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的底层软件，负责计算机系统内所有软件和硬件资源的监控和调度
33、，使其协调一致、高效率地运行。用户只有通过操作系统才能控制和操纵计算机。目前在机械CAD/CAM中广泛采用的操作系统有UNIX和Windows两种。UNIX操作系统主要使用在以中、小型计算机和图形工作站为硬件的CAD/CAM系统中，其特点是功能强大、使用灵活、用途广泛。但随着微型计算机的普及和性能的飞速提高，CAD/CAM系统已经向微机过渡，因此，许多过去建立在UNIX操作系统下的支撑软件，已经纷纷推出微机版软件。Windows操作系统一般特指美国微软公司的Windows操作系统，此窗口界面的系统具有操作简便、直观、友好的用户界面等特点。目前，在微机上采用的主流操作系统有Windows Vis
34、ta、Windows XP、Windows NT和Windows 2003等。2.2.4 CAD/CAM系统的支撑软件系统的支撑软件支撑软件是为计算机和用户之间提供界面的软件。支撑软件主要由软件开发商提供，也可以由用户自己开发使用。CAD/CAM系统的支撑软件主要指那些直接支撑用户进行CAD/CAM工作的通用性功能软件，一般可分为功能集成型和功能单一型。功能集成型CAD/CAM系统的支撑软件提供了设计、分析、造型、数控编程及加工控制等多种模块，如I-deas软件、UG软件；功能单一型CAD/CAM系统的支撑软件只提供用于实现CAD/CAM中某些典型过程的功能，如几何建模软件(包括二维、三维绘图
35、软件包)、计算分析软件、优化设计软件、有限元分析软件、动态仿真软件、数控编程软件等。目前市场上出售的CAD/CAM基本属于支撑软件。各种数据库软件、高级语言软件也属于支撑软件。2.2.5 CAD/CAM软件的选择原则软件的选择原则目前，市场上提供CAD/CAM软件的厂商有多种，如何选择一种适合用户的软件是非常重要的。商品化的CAD/CAM软件根据性能可以分为高端软件和低端软件。高端软件一般包含CAD、CAE、CAM等模块，功能齐全，但价格昂贵。而低端软件一般只包含单一的模块，如只有CAD功能或CAM加工功能(虽然有些CAM软件可以建立实体或曲面模型，但建模过程复杂，并且不能够进行装配造型和三维
36、图形与二维图形的转换，因此，仍然属于单独的CAM软件)，其特点是用户可以根据需要单独购买CAD或CAM软件，使用户节约资金。选择时可根据用户的具体情况按需要购买。一般考虑以下几点：(1)用户的应用场合。如果是航空航天、汽车、船舶等大型企业，由于需要非常可靠的产品性能。因此，需要性能全面的高端CAD/CAM产品，包括实体造型、曲面造型、有限元分析、动态仿真、数控加工等功能。如果用户是中小型机械制造厂，则需要软件提供更多的标准件库、符号库等功能。(2)用户的应用能力。对一个性能全面的高端CAD/CAM系统，需要高水平的应用人员。一旦这些人员流失，价格昂贵的CAD/CAM系统就失去了应有的功能，发挥
37、不了应有的作用。而性能相对单一的低端CAD/CAM系统，由于使用简单、操作简便，大多数的工程技术人员都能掌握，不必担心人员的流失，而且其功能能够得到最大的发挥。(3)用户的经济能力。功能齐全的CAD/CAM系统价格昂贵，而且有些功能对某些用户来说可能永远使不上，因此，可以根据用户的经济能力选择合适的CAD/CAM系统。(4)软件的开放性。先进的CAD/CAM系统应提供简便的二次开发工具，这样用户可以根据自己的需求开发专用软件。(5)CAD/CAM软件提供商的背景。一个具有良好信誉的CAD/CAM软件提供商能保证用户得到良好的售后服务与技术支持，并能保证软件的阶段性升级。2.3 国内外典型国内外
38、典型CAD/CAM软件简介软件简介近几年来，在微机上使用的CAD/CAM软件发展非常迅速，而我国是世界上最大的CAD/CAM潜在市场。目前，国内常见的CAD/CAM软件可以分为单一的CAD软件、单一的CAM软件和CAD/CAM集成在一起的软件。表2-1所列为国内外常见的CAD/CAM软件。表表2-1 国内外常见的国内外常见的CAD/CAM软件软件2.3.1I-deas软件软件I-deas是美国机械软件行业先驱SDRC公司的产品。该公司成立于1967年，早期以工程计算与结构分析为主，后来逐步发展为CAD/CAE/CAM软件公司。I-deas软件的运行环境为工作站和Windows NT下的微机。由
39、于SDRC公司早期是以工程与结构分析为主而逐渐发展起来的，因此工程分析是该公司的特长，如I-deas有很强的有限元模型生成和后置处理功能，并有多种解算器及优化设计软件。由于解算器是I-deas集成化软件的一个组成部分，因此对分析计算无需附加输入文件，这样就减少了大量的计算准备工作，并保证了建模、解算和结果显示之间的数据统一性和正确性。I-deas的突出特点是其独创的基于特征的变量化实体造型系统，并且无论是单个模块还是成组应用都是以Core Master Modeler为核心来运行的。这种先进的核心式体系结构决定了它必然以主模型(Master Modeler)为单一数据库，并且所有的模块之间的数
40、据全部并行关联。I-deas集产品设计、工程分析、数控加工、塑料模具仿真分析、样机测试及产品数据管理于一体，是高度集成化的CAD/CAE/CAM一体化工具。2.3.2 Pro/E软件软件Pro/E是美国PTC(Parametric Technology Corporation)公司的机械设计自动化软件产品。该公司成立于1986年，它虽然成立较晚，但由于没有沉重包袱，设计思想先进，因此在短短的几年里很快就开发出了一个面向机械工程的Pro/E系统，最早较好地实现了参数化设计功能。Pro/E包含了70多个专用功能模块，如特征造型、产品数据管理(PDM)、有限元分析、装配等。Pro/E仅生成实体模型来
41、描述工程师所设计的产品模型,不再应用线框和表面模型转换成实体模型的手段，思路清晰。Pro/E采用基于参数化、特征设计的三维实体造型系统,这样便于在新产品的开发中实现概念设计，也可方便地依照工业标准的零件族概念建库。Pro/E的用户界面简洁，概念清晰，符合工程技术人员的设计思想与习惯。2.3.3 UG软件软件UG起源于美国麦道飞机公司，它是美国麦道飞机公司1975年买下一家小公司United Computing Corporation后发展起来的，60年代起成为商业化软件，1991年并入美国EDS(Electronic Data System，电子资讯系统)有限公司。多年来,UG汇集了美国航空航
42、天与汽车工业的专业经验，发展成为集成化机械CAD/CAE/CAM软件系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等设计、分析、制造工程。该软件的运行环境为工作站和Windows NT下的微机。UG的曲面实体造型起源于英国形谱数据公司的Parasolid系统，采用了标准的R-rep结构的实体模型。UG发展了概念设计思想，即草图设计，通过修改参数而改变设计。UG具有尺寸驱动编辑功能。用户利用编辑技术，指定草图的约束、特征参数和几何关系，利用尺寸驱动生成所需的实体模型。UG具有统一的数据库，实现了CAD/CAE/CAM之间无数据交换的自由切换。UG提供二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK，允许
43、用户扩展UG功能。同时也以工业标准软件工具集提供给用户，作为开发目的的系统工具。2.3.4 MDT软件软件MDT(Mechanical Desktop)是美国Autodesk公司的三维机械设计软件。1996年3月，Autodesk公司率先向市场推出了基于微机平台的，能使二维绘图功能和三维造型功能无缝融合在同一套具有相同数据库结构和相同交互界面的软件系统MDT。MDT以ACIS为内核，具有实体建模、曲面建模、产品装配、二维工程图等功能。该软件的最大特点是与目前非常流行的AutoCAD图形数据完全兼容，并且具有相似的用户操作界面。MDT的设计策略是以低的价位来满足广大用户对三维设计软件的需求，因此
44、该软件只包含三维建模部分，是一个单独的设计软件(即只有CAD部分)，而分析部分和数控加工部分则由其他的专业软件供应商提供。如MSC公司的有限元分析及动态机构仿真软件MSC.visualNastran Desktop；Pathrace公司的数控加工软件EdgeCAM；SPI公司的钣金设计软件SPIsheetmetal等。这些软件都可以与MDT无缝集成，即在MDT环境下的模型发生变化，则相关软件中的模型数据也相应发生改变。2.3.5 MasterCAM软件软件MasterCAM是美国CNC Software公司的产品，具有CAD和CAM功能，但其CAD建模功能较弱，而CAM功能强大，因此可以看成专
45、门的CAM软件。有些企业用Pro/E建模，而用MasterCAM进行数控加工程序的编制。MasterCAM运行于微机环境，虽然不如工作站上的CAD/CAM软件功能齐全，但就其性能价格比来说更有灵活性。目前MasterCAM的最新版本是MasterCAM X2。MasterCAM包括三大模块：Design、Mill和Lathe。在Design模块中可以进行二维和三维曲线的绘制和编辑，并且具有以Parasolid为内核的实体造型功能。Mill模块属于CAM部分，主要进行铣削加工，包括二维加工系统和三维加工系统。二维铣削系统包括外形铣削、型腔加工、面加工以及钻孔、镗孔、螺纹加工等。三维加工包括曲面加
46、工、多轴加工和线框加工系统。Lathe模块也属于CAM部分，主要用于车削加工，可以进行粗车、精车、车螺纹、切槽、镗孔、钻孔等加工。CAM部分除提供2D、2.5D、3D编程，并生成刀具轨迹外，还可以进行刀具加工轨迹的动态模拟显示及提供多种后处理程式。2.3.6 CAXA系列软件系列软件1.CAXA电子图版电子图版CAXA电子图版是一套高效、方便、易学、价格低廉的二维CAD软件。该软件提供形象化的设计手段，帮助设计人员摆脱繁重的手工绘图，并有助于促进产品设计的标准化、系列化和通用化。CAXA电子图版适用于只需要二维设计的场合。2.CAXA三维电子图版三维电子图版为弥补CAXA电子图版只能绘制二维图
47、的缺陷，北航海尔推出了三维电子图版。CAXA三维电子图版采用先进的三维特征造型技术和强大的二维图纸自动创建工具，使用户可以轻松进入三维设计空间，创建三维零件模型，并生成二维工程图。另外，北航海尔公司最新推出的CAXA实体设计软件具有更强的三维造型能力。3.CAXA-ME2008制造工程师制造工程师(简称简称ME2008)CAXA-ME2008制造工程师是一套基于微机的CAD/CAM软件。该软件功能强大、易学易用，并采用全中文界面，具有Windows风格。在ME2008中可以完成三维实体建模和曲面建模；通过加工工艺参数和机床后置设定，可以对选定部分进行数控加工代码的自动生成；可以进行直观的加工仿
48、真，以此检验数控加工代码的正确性。CAXA-ME2008制造工程师为数控加工行业提供了从三维造型设计到数控加工代码生成、校验的一体化的全面的解决方案。另外CAXA系列软件还包括数控铣、数控车、线切割、雕刻、CAPP、冷冲模设计师等软件。2.4工程数据库与计算机网络技术在工程数据库与计算机网络技术在 CAD/CAM系统中的应用系统中的应用2.4.1 CAD/CAM系统和工程数据库系统和工程数据库1.工程数据库的特点工程数据库的特点所谓工程数据库是指能满足人们在工程活动中对数据处理需求的数据库。理想的CAD/CAM系统，应该是在操作系统的支持下，以图形功能为基础，以工程数据库为核心的集成系统，从产
49、品设计、工程分析直到制造过程中产生的全部数据都应在同一个数据库环境中维护。工程数据库支持复杂数据类型、复杂数据结构，具有丰富的语义关联、数据模式动态定义与修改、版本管理能力，具有完善的用户接口。工程数据库不但能处理常规表格数据、曲线数据等，还能处理图形数据。随着计算机及网络技术在工程领域中的普遍应用，随着工程数据通过Internet的互相传递，随着计算机辅助设计与计算机辅助制造、计算机辅助工程及计算机辅助集成制造系统技术的不断进步，工程数据库的管理变得越来越重要，并成为CAD/CAM各个子系统信息交换与数据共享的核心。2.工程数据的类型工程数据的类型工程数据的类型有以下4种：(1)通用型数据：
50、指产品设计与制造过程中所用到的各种数据资料，如国家及行业标准、技术规范、产品目录等方面的数据。这些数据的特点是数据结构不变，数据具有一致性，数据与数据之间关系分明，数据相对稳定，即使有所变动，也只是数值的改动。(2)设计型数据：指在产品设计与制造过程中产生的数据，如产品功能要求描述数据、设计参数及分析数据、各种资源描述数据及各种工艺数据，包括各种工程图形、图表及三维几何造型等数据。由于产品种类及规格等的变化，这类数据是动态的，包括数值、数据类型及数据结构。(3)工艺加工数据：指专门为CAD/CAM系统工艺加工阶段服务的数据，如金属切削工艺参数、热加工工艺参数等。(4)管理信息数据：指包括生产活
