第Y一章_模具CADCAM简介

1、第一章第一章1.1 1.1 CAD/CAMCAD/CAM的基本概念的基本概念 1.2 1.2 模具模具CAD/CAMCAD/CAM技术的应用技术的应用 1.3 1.3 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统的组成系统的组成 1.4 1.4 目前流行的目前流行的CAD/CAMCAD/CAM软件简介软件简介 1.5 1.5 模具模具CAD/CAMCAD/CAM技术发展趋势技术发展趋势 1.1 1.1 CAD/CAMCAD/CAM的基本概念的基本概念1.1.1 1.1.1 基本概念基本概念 计算机辅助设计(Computer Aided Design，简称CAD)，是指在设计活动中，利用计算机作为工

2、具，帮助工程技术人员进行设计的一切适用技术的总和。计算机辅助设计是人和计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。在设计过程中，人可以进行创造性的思维活动，完成设计方案构思、工作原理拟定等，并将设计思想、设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序。 在程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计算机则可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，找到人和计算机最佳结合点。计算机辅助设计包括的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分

3、析、计算机仿真、计算机绘图等。 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,简称CAM）是一项利用计算机帮助人们完成有关产品制造工作的技术。它包括狭义的和广义两个概念。CAM的狭义概念是指从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动。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。CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。CAM的广义概念除了包括上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，还包括制造活动中与物流有关的所有过程，即加工、装配、检验、存储、输送的监视、控制和管理。 CAM的功能按计算机与制造系统是否有硬件接口联系，CAM

4、可以分为直接应用和间接应用两大类。CAM的直接应用是指计算机通过接口直接与制造系统连接，用以监视、控制、协调制造过程。主要包括：物流运行控制、生产控制、质量控制。CAM的间接应用是指计算机不直接与制造系统连接，离线工作，用计算机支持车间的制造活动，提供制造过程和生产作业所需的数据和信息，使生产资源的管理更有效。主要包括：计算机辅助工艺规程设计（CAPP）、计算机辅助NC程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制。 1.1.2 1.1.2 内容概述内容概述 计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）技术是设计人员和组织产品制造的工艺技术人员在计算机系统的辅助之下，根据产品的设计和

5、制造程序进行设计和制造的一项新技术，是传统技术与计算机技术的结合。设计人员通过人机交互操作方式进行产品设计构思和论证，产品总体设计，技术设计，零部件设计，有关零件的强度、刚度、热、电、磁的分析计算和零件加工信息（工程图纸或数控加工信息等）的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制。而工艺设计人员则可以根据CAD过程提供的信息和CAM系统的功能，进行零部件加工工艺路线的控制和加工状况的预显，以及生成控制零件加工过程的信息。 CAD基本功能基本功能几何造型工程分析仿真模拟图形处理1) 在产品概念的基础上，对产品进行在产品概念的基础上，对产品进行几何造型几何造型；CAD技术的基本作业过程技术的基本作业

6、过程2) 提取模型相关数据进行提取模型相关数据进行工程分析和计算工程分析和计算（有限元分析、仿真模拟）；（有限元分析、仿真模拟）；3) 根据计算结果对设计结构进行根据计算结果对设计结构进行修改修改；4) 满意后，编辑全部设计文档；满意后，编辑全部设计文档；5) 输出工程图输出工程图。 CAD技术也是一项产品建模的技术，它是将产品的技术也是一项产品建模的技术，它是将产品的物理模型转化为计算机内部物理模型转化为计算机内部的数据模型的数据模型，以供后续的产品开发活动所共享，驱动产品生命周期的全过程。，以供后续的产品开发活动所共享，驱动产品生命周期的全过程。CAMCAM含义：含义： CAM- Comp

7、uter Aided CAM- Computer Aided ManufacturingManufacturing广义广义CAMCAM：利用计算机完成从毛坯到产利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量保证等。划、物流控制、质量保证等。狭义狭义CAMCAM：数控加工程序编制数控加工程序编制。CAPP含义：含义： CAPPComputer Aided Process CAPPComputer Aided Process PlanningPlanning 是根据产品设计结

8、果是根据产品设计结果, ,进行产品的进行产品的加工工加工工艺过程的设计艺过程的设计，是一项重要的生产准备工，是一项重要的生产准备工作。作。毛坯设计工艺路线工序设计工时定额工装设计余量分配切削用量工时定额机床刀具选用工序图绘制CAPP功能功能CAPP组成组成 人机交互模块零件信息描述获取工艺工序决策工艺文件生成与管理零件对象零件信息库数据库知识库工艺文件库CAD/CAM集成技术：集成技术： 利用数据库技术、网络技术、数据交换和利用数据库技术、网络技术、数据交换和接口技术，实现接口技术，实现3C3C各模块之间各模块之间信息自动传递、信息自动传递、转换和共享的相关技术。转换和共享的相关技术。CADC

9、APPCAM工程图样工艺文档NC代码非非集成集成3C3C系统输入输出信息流系统输入输出信息流CADCAPPCAM概念设计几何造型工程分析图形处理毛坯设计工艺准备工序设计工时定额工艺准备作业计划物流控制质量保证CAD/CAPP/CAM集成信息流集成信息流 CAD/CAM CAD/CAM集成技术集成技术CAD/CAM系统总体结构系统总体结构 CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它克服了传统手工设计的缺陷，充分利用计算机高速、准确、高效的计算功能；图形处理、文字处理功能以及对大量的、各类数据的存储、传递、加工功能；但要指出，CAD/CAM技术不能代替人们的设计和制造行为，而只是实现这

10、些行为的先进手段和工具，而人们的设计和制造行为，则由专业技术人员的创造能力和工作经验，以及现代设计方法等提供的科学思维方法和实施办法来确定。在运行过程中，结合人的经验、知识及创造性，形成一个人机交互、各尽所长、紧密配合的系统，以提高设计的质量和效率。 1.3 1.3 模具模具CAD/CAMCAD/CAM技术的应用技术的应用1 1. .3 3.1 CAD/CAM.1 CAD/CAM技术在模具行业的应用状况技术在模具行业的应用状况 随着制造业的发展，产品对模具的要求愈来愈高。传统的模具设计与制造方法已不能适应工业发展的需求。因此，国外先进工业国家对模具CAD/CAM进行了大量的研发，建立了相关的模

11、具CAD/CAM系统，并利用其进行设计与制造。 模具CAD/CAM技术发展很快，应用范围日益扩大。在冷冲模、锻模、挤压模、注塑模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。采用CAD/CAM技术是模具生产的革命，是模具技术发展的一个显著特点。 我国模具CAD/CAM的研发开始于20世纪70年代末，当时仅有少数大型企业和科研单位及部分高校参加，进展速度缓慢。近几年来，随着国内外市场激烈竞争形势的不断加剧，促使我国科技人员采用新技术的积极性不断高涨，CAD/CAM技术的优点逐渐被更多的人们所接收。CAD/CAM技术有了较快的发展，主要表现最以下几个方面： （1）少数大型企业已经建立起较完整的CAD/C

12、AM系统并获得较好的效益 少数大型企业在某些专业领域大胆应用CAD/CAM技术后，真正提高了产品质量，缩短了生产周期，取得了较好的社会经济效益。这些企业认识到了CAD/CAM技术是提高生产效益必不可少的条件之一。 （2）中小企业开始使用CAD/CAM技术进入20世纪90年代后，国家各工业部门都十分重视推广应用CAD/CAM技术，制定了发展计划，并对所属企业提出了具体要求。另外，少数大型企业采用CAD/CAM技术后产生的明显的经济效益，对中小企业的影响十分巨大。它们首先应用微机和相应的微机CAD软件组成CAD系统，进行机电产品的设计和工程图纸的绘制，与传统设计方法相比提高了效率。同时，应用范围也

13、不断扩大，而且逐步深化。有的企业在原有的基础上还计划引进工程工作站和数控机床，实现CAD和数控加工相组合。 （3）我国已自行开发了大量实用的CAD/CAM软件 从20世纪70年代中后期起，国内一些高等院校和科学院的研究所以及一些大型企业在CAD/CAM技术领域内进行了大量的研究工作，自行开发了一些实用的CAD/CAM软件。由于这些软件价格比较便宜，维护和培训较方便，因此便于推广应用。（4）国内计算机生产厂商已能为CAD/CAM提供微机和工程工作站。 现在国内市场上提供的微机价格比较便宜，性能也基本能够满足需要，不仅可以满足绘制二维工程图纸的要求，而且还可以做三维几何造型和复杂运算的工作。工程工

14、作站的价格也很便宜，而性能比微机好得多。这为推广应用CAD/CA M技术提供了一个良好的条件。 （5）引进国外成套的CAD/CAM设备 在改革开放和发展市场经济的条件下，一些经济效益好的企业从国外引进一些成套的功能较强的CAD/CAM系统，这对提高我国CAD/CAM技术的水平是十分有用的。 我国在CAD/CAM技术的普及方面已经取得了一定的成绩，CAD/CAM软件在我国制造行业设计中已得到广泛应用，但在实际工作中还存在一些问题，如标准化工作、网络化、使用人员与维护人员对软件功能认识的差异、软件的技术先进性与实用性、持续性与发展性、兼容性等方面。因此要大力加强我国CAD/CAM技术的发展并普及应

15、用，同时应根据各单位的实际需要尽快地培养一支掌握CAD/CAM技术的人才队伍，而这些人员还应该掌握本专业的理论和技术知识。1.3.2 1.3.2 模具模具CAD/CAMCAD/CAM的优越性的优越性 模具CAD/CAM特有的优越性使其得以迅速发展和广泛应用，无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法无法比拟的。 1.CAD/CAM可以提高模具的质量；计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识，为模具的设计和工艺提供了科学的依据。计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。 2.

16、CAD/CAM可以缩短模具制作周期，提高生产率：设计计算和制图的自动化大大缩短了设计时间。CAD与CAM的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。由于模具质量提高，可靠性增加，生产时间明显减少，模具的交货时间也大大缩短。 3.CAD/CAM可以较大幅度地降低成本，极大增强了产品的市场竞争能力。 4.充分发挥设计人员的主观能动性。CAD/CAM技术将技术人员从繁杂的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可从从事更多的创造性工作。 总之，模具CAD/CAM的优越性不胜枚举，CAD/CAM技术亦会取代传统的模具设计制造方法，从而在模具设计制造中居领导地位。 1.3.3 模具模具CAD/CAMCAD/C

17、AM的特点的特点(1) 模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力 有些设计过程最初提出的要求是一些参数或性能指标。但是，模具设计则不同，因为模具的工作部分是根据产品零件的形状设计，所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。这就要求模具CAD系统具备描述物体几何形状的能力，即几何造型的功能。否则就无法输入关于产品零件的几何信息。设计程序便无法运行；另外，为了编制NC加工程序，计算刀具轨迹，也需要建立模具零件的几何模型。因此，几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。 (2)模具标准化是实现模具CAD系统的必要条件 模具设计一般不具有唯一性。对于同一产品零件，

18、不同设计人员设计的模具不尽相同。为了便于实现模具CAD，减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化，模具零件和模具结构的标准化。 (3)模具CAD系统应具备良好的设计准则的处理功能 人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表相线图形式给出的，在编制设计程序时，必须对这些数表相线图进行恰当的处理将其变为计算机能够处理的表达形式。程序化和公式化是处理数表或线图形式设计准则的基本方法，对于某些定性的设计准则，计算机程序无法采用，需要深入研究，总结出便于使用的定量的设计准则。有些经验准则难以程序化或公式化。这时就需要通过人机交互方式发挥经验的作用。 (

19、4)模具CAD系统应具有丰富的数据文换接口 由于很多CAD/CAM系统具有一定的专用性，因而数据结构都是各不相同的，同时随着CAD/CAM系统广泛应用，实现计算机系统集成（CIMS）势在必行。因此系统应提供丰富的数据接口，从而有效解决各部门数据信息传递的问题。(5)模具CAD系统应具备良好的三维模型修复功能 三维模型修复功能是能够较好地完成产品外观设计，模具型腔设计的几乎所有的细节。(6)模具CAD系统应具备良好的面向制造的处理与分析的功能(7)生产过程 若生产过程需要，应注意模具CAD系统是否具有功能强大的逆向工程子系统及艺术造型子系统，以满足特殊行业的专门需要。 (8)模具CAD/CAM系

20、统应具有充分的柔性 模具的结构随产品的不同而变化，模具型面的几何形状复杂。在模具设计时，一般的设计方式基本上属于经验设计，设计质量在很大程度上取决于设计者的技巧。模具的生产方式为单件的或小批量的，大量生产模具的情况极为少见。所有这些，要求模具CAD/CAM系统具有充分的柔性，即可以根据不同产品的特点和生产条件，灵活地作出抉择，方便地修改设计，因此，在开发模具CAD/CAM系统时，不仅要考虑全面的功能，较高的效率，还应提供充分的柔性。这是实用化的模具CAD/CAM系统所应具备的基本条件之一。 1.4 1.4 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统的组成系统的组成1.4.1 1.4.1 模具模具

21、CAD/CAMCAD/CAM系统的基本构成系统的基本构成 一般来说，不同产品的设计和制造一般都有其对应的CAD/CAM系统，如设计制造印制板或集成电路应使用电子产品CAD/CAM，而模具的设计和制造则应用模具的CAD/CAM，因此相关CAD/CAM系统应用的基础和专业软件并不相同，而且硬件配置上也有差异。 但就系统的逻辑功能和系统结构角度来看还是基本相同的。不管是用于何种产品设计和制造的CAD/CAM系统，从其逻辑功能角度来看， CAD/CAM系统基本上是由计算机和一些外部设备（I/O设备等）及相应的软件组成（其中包括系统软件、支撑软件及应用软件），如图7-1所示。但对于一个具体的CAD/CA

22、M系统来讲， 其硬件、软件相互的配置是需要进行周密考虑的，同时对硬软件的型号、性能以及厂家都需要进行全方位的考虑。 图7-1 CAD/CAM系统的基本结构 软件核心人关键硬件基础CAD/CAM系统组成系统组成 人：人：有着不可替代有着不可替代主导主导作用作用 硬件：硬件：是是基础基础，包括主机、计算机外部设，包括主机、计算机外部设备以及网络通讯设备等备以及网络通讯设备等 软件：软件：是是核心核心，决定系统性能的优，决定系统性能的优 劣，包劣，包括操作系统、支撑软件、括操作系统、支撑软件、 应用软件等；应用软件等；CAD/CAM系统硬件组成系统硬件组成存贮器计算机主机输入装置生产装备输出装置计算

23、机网络CAD/CAM系统硬件组成输入装置：输入装置： 键盘鼠标键盘鼠标：最：最典型常用典型常用的输入装置；的输入装置； 数字化仪数字化仪：通过电磁感应原理进行图形坐标点输入；：通过电磁感应原理进行图形坐标点输入； 图形扫描仪图形扫描仪：能快速完成图形信息的输入，生成位：能快速完成图形信息的输入，生成位图图 信息，经矢量化处理将位图转换为矢量化图形；信息，经矢量化处理将位图转换为矢量化图形； 数码相机数码相机：将光学真实图像转换为数字图像；：将光学真实图像转换为数字图像； 其他输入装置其他输入装置：如触摸屏、声响交互输入等。：如触摸屏、声响交互输入等。输出装置：输出装置： 图形显示器图形显示器：

24、最基本的输出装置，由图形卡支持；：最基本的输出装置，由图形卡支持； 打印机打印机：有针式、喷墨、激光打印机之分；：有针式、喷墨、激光打印机之分； 自动绘图仪自动绘图仪：有笔式绘图仪、喷墨绘图仪，：有笔式绘图仪、喷墨绘图仪， 有滚筒绘图仪、平板绘图仪之分。有滚筒绘图仪、平板绘图仪之分。存储器：存储器： 内存储器内存储器：存储当前所需的数据和程序，半导体：存储当前所需的数据和程序，半导体材材 料，访问速度快，成本高，存储量有限，存储信料，访问速度快，成本高，存储量有限，存储信息掉电丢失；息掉电丢失；ROM（只读）、（只读）、RAM（随机）（随机） 外存储器外存储器：存储：存储CPU暂时不用的数据和

25、程序，暂时不用的数据和程序，存储量大，能长期保存。有软盘、硬盘、光盘、存储量大，能长期保存。有软盘、硬盘、光盘、USB之分。之分。 应 件 用 软 支 件 撑 软系统软件CAD/CAM系统的软件组成按执行任务和处理对象不同：按执行任务和处理对象不同：1.4.3 CAD/CAM系统的软件1.1.系统软件系统软件: : 操作系统：操作系统：计算机软件核心，有计算机软件核心，有CPUCPU管理、内存管理、管理、内存管理、I/OI/O管理、文件管理等功能，常用操作系统有管理、文件管理等功能，常用操作系统有DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix、OS/2OS/2等。等。 语言编译系

26、统：语言编译系统：如如 BasicBasic、C/C+C/C+、LISPLISP等编译系统，是将等编译系统，是将高级语言转换为计算机机器语言。高级语言转换为计算机机器语言。 图形接口标准图形接口标准：如：如 GKSGKS、PHIGSPHIGS、GL/OpenGLGL/OpenGL等图形接口标准，等图形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。特点：特点： 公用性：公用性：各个应用领域都要有系统软件的支持各个应用领域都要有系统软件的支持 基础性：基础性：各种支撑软件及应用软件都是在系统软件基础各种支撑软件及应用软件都是在系统软件基础 上开发的。上开发的

27、。1.4.3 CAD/CAM系统的软件2.2.支撑软件支撑软件： 交互绘图软件交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制，：主要完成二维工程图样的绘制， 如如AutoCADAutoCAD、PICAD PICAD 高华高华CAD CAD 开目开目CADCAD等。等。 三维造型软件：三维造型软件：如如 MDTMDT、SolidworksSolidworks、SolidedgeSolidedge等。等。 数控编程软件：数控编程软件：如如 MasterCAMMasterCAM、SurfCAMSurfCAM等。等。 工程分析软件：工程分析软件：如如 SAPSAP、ADINAADINA、NASTRANNAS

28、TRAN、ANSYSANSYS等。等。 综合集成支撑软件：综合集成支撑软件：如如 I-DEASI-DEAS、UGIIUGII、PRO/EPRO/E、 CATIACATIA等等, ,具有具有CADCAD、CAECAE、CAMCAM等综合功能。等综合功能。1.4.3 CAD/CAM系统的软件3.3.应用软件应用软件： 在系统软件和支撑软件基础上，针对某一在系统软件和支撑软件基础上，针对某一具体应用具体应用开发的软件，开发的软件，如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等CADCAD或或CAECAE软件系统。软件系统。1.4 CAD/CAM技术的发展和应用技术的发展和应

29、用CAD/CAM技术的发展技术的发展5050年代年代萌芽期萌芽期：图形显示器：图形显示器(50),NC(50),NC机床机床(52),(52),绘图仪绘图仪(58)(58)6060年代年代成长期成长期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型等大型 CAD/CAMCAD/CAM系统问世系统问世7070年代年代发展期发展期：CAD/CAMCAD/CAM软硬件系统商品化软硬件系统商品化8080年代年代普及期普及期：PCPC微机和工作站系统广泛使用微机和工作站系统广泛使用，从大型从大型 企业向中小企业扩展，从发达国家

30、向发展中国家扩展企业向中小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩展9090年代年代集成期集成期：CAD/CAMCAD/CAM集成，集成，CIMSCIMS集成集成CAD/CAM技术的发展单元技术的发展和应用阶段单元技术的发展和应用阶段 6070年代年代 如图形软件、数控编程、如图形软件、数控编程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等等CAD/CAM系统；系统；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系统。工程分析系统。 阶段特征：各功能模块基本形成，数据结构尚不统一，不具备集成性阶段特征：各功能模块基本形成，数据结构尚不统一，不具备集成性。CAD/CAM的集成阶段的集成阶

31、段 20世纪世纪80年代年代 实体造型成熟，特征建模、工程数据库发展；超级微机、工作站占领实体造型成熟，特征建模、工程数据库发展；超级微机、工作站占领市场。市场。 阶段特征阶段特征: CAD/CAE/CAM集成性好，应用向三维、集成化发展集成性好，应用向三维、集成化发展。面向并行设计制造环境的面向并行设计制造环境的CAD/CAM阶段阶段 自自20世纪世纪90年代年代 由面向零件集成向面向产品并行设计发展，要求产品设计一次成功。由面向零件集成向面向产品并行设计发展，要求产品设计一次成功。 阶段特征：面向产品全生命周期建模、企业阶段特征：面向产品全生命周期建模、企业PDM、计算机网络、计算机网络、

32、 协同工作模式协同工作模式。CAD/CAM目前研究热点目前研究热点计算机辅助概念设计计算机辅助概念设计 需解决建模和推理两大技术难题需解决建模和推理两大技术难题。计算机支持的协同设计计算机支持的协同设计 须解决须解决： 群体成员间实时、可靠、廉价的信息交换；群体成员间实时、可靠、廉价的信息交换； 保证异地、异构环境下协同设计系统可靠运行；保证异地、异构环境下协同设计系统可靠运行； 群体成员冲突协调解决机制。群体成员冲突协调解决机制。海量信息的存储、管理和检索技术海量信息的存储、管理和检索技术 智能智能CAD/CAM技术技术 CAD/CAM与虚拟现实技术的集成与虚拟现实技术的集成 计算机安全计算

33、机安全1.3.2 1.3.2 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统的硬件配置系统的硬件配置 模具CAD/CAM系统的配置形式，可以从多种角度进行分类，常规的模具CAD/CAM系统的类型划分方式有以下几种：1.3.2.1 按系统的功能划分 根据系统的功能分为通用CAD/CAM系统和专用CAD/CAM系统。通用的CAD/CAM系统使用范围广，其硬件和软件的配置也比较丰富。而专用的CAD/CAM系统是为了实现某种专门产品生产的系统，其硬件配置比较简单，软件也比较单一。 当前各单位对CAD/CAM系统的要求不尽相同，所需的硬件和软件性能不同，即应用是多层次的。 1.3.2.2 按系统中使用的计算机

34、类型划分 根据模具CAD/CAM系统所用的计算机性能和类型，按照传统的分类方式来讨论CAD/CAM系统的基本类型。 （1）大型机CAD/CAM系统 顾名思义，该系统一般具有大容量的存储器和极强的计算功能的大型通用计算机为主机，一台计算机可以连接几十至几百台图形终端和字符终端及其他图形输入和输出设备。 其主要优点有：系统具有一个大型的数据库，可以对整个系统的数据实行综合管理和维护；计算速度快；给企业的集成管理带来方便； 提高了企业在设计、制造方面的效率，为企业的设计、制造一体化提供了条件，为企业生产方式向国际先进水平靠拢奠定了基础。 主要缺点有：安全性能低：如果主机出现故障，则整个系统都不能工作

35、；但随着双机容错等先进技术的广泛使用，安全性能已经今非昔比；终端距离不能太大；但随着网络技术的发展，距离的限制是越来越小了；随着计算机的总负荷增加，系统的响应速度将降低。这种现象在三维造型和复杂有限元分析时尤为突出。大型机系统的一般用户为大型的飞机制造公司和船舶制造公司。系统的成本很高，一般中小企业不可能承受。有代表性的大型机生产厂家是IBM、NAS、CDC、Honeywell等，实际上，随着计算机技术的发展，小型机的性能和功能的提升已经逐渐取代了传统大型机的地位。 （2）小型机CAD/CAM系统 20世纪70年代末至80年代初，这类系统处于蓬勃发展时期。我国在此期间从国外购进的CAD/CAM

36、系统大都属这种类型。生产、制造这类系统的厂商很多，如美国的CV、Inter-graph、DEC、Calma、Autotrol、Unigraphics和法国的Eue-lid等。通过使用，人们逐渐发现了这类小型机系统有一定的局限性，如系统的计算能力和扩充能力差等，而且，不同系统之间数据是很难进行交换的，即不同系统的数据存贮格式是不相同的。20世纪80年代中期，由于分布式工程工作站的问世和异种机之间联网技术的发展，促进了这种独立孤立系统向开放式系统发展，而系统使用的软件也逐渐向工业标准方向靠拢。 （3）工程工作站组成的CAD/CAM系统 20世纪80年代初，32位的工程工作站问世，以工作站组成CAD

37、/CAM系统发展很快。它与小型机CAD/CAM系统不同，一台工作站只能一个人使用，并且具有较强的联网功能，其处理速度很快，一般都赶上或超过了过去的小型机的速度。这类工作站一般都采用RISC技术和开放系统的设计原则，且以UNIX为操作系统。这种类型的工作站式20世纪90年代CAD/CA M系统的主要机器。生产这类产品的厂商有：IBM公司，CDC公司，DEC公司，HP公司，Sun公司，SGI公司等。 （4）PC微机组成的CAD/CAM系统 随着微机性能的不断提高，价格的不断下降，以PC及组成的CAD/CAM系统近年来增加很快。过去以PC微机为主机的CAD/CAM系统一般只能进行二维拼图和绘图，而现

38、在可以进行三维造型和复杂的分析计算。值得一提的是，由于网络技术的发展，现在的微机已能与大型机和小型机及工作站联网，成为整个网络的一个节点，共享主机和工作站资源。 这样，大型系统、工作站系统、PC机系统就不再相互割裂，而成为一个有机的整体，在网络中发挥各自的优点，使得原来在小型机和工作战上运行的CAD/CAM软件直接在微机上运行。因此，在我国用高档微机组成的CAD/CAM系统发展很快，在某些方面已接近低档工程工作站的能力。1.3.2.3 按网络连接方式划分 在实际应用中，目前按CAD系统的大小大致分类：网络环境下的CAD/CAM系统和单机环境下的CAD/CAM系统。在过去几年里，基于微机的单机C

39、AD/CAM系统给小型企业、个人以及教学使用带来了方便，并且这也是CAD/CAM技术普及的必由之路。但是，随着企业集成化管理和生产能力进一步提高的需要，网络化是必然的趋势，现代企业在CAD/CAM的建设过程中，必须要考虑到和CAPP、PDM、MIS等系统的集成问题。根据企业的发展来确定CAD/CAM系统的建设。按是否连接网络方式划分可分为集中式系统和分布式系统。 （1）集中式CAD/CAM系统 集中式CAD/CAM系统的硬件配置如图7-2所示。在这种系统中，如果计算机仅与一台图形终端相连，则为单用户系统，此时，用户拥有系统的全部资源，不会发生与其他用户争夺资源的问题。但是，因为整个计算机资源在

40、某一时间内只为一个用户所占有。易造成资源的浪费。 外部存储器 大型主机 输出设备 大型主机 终端 1 终端 2 图7-2 集中式CAD/CAM系统 在集中式的CAD/CAM系统中，如果计算机与多台图形终端相连，则为分时系统。采用大型主机的分时系统具有很强的计算能力和比较完备的外部设备，为多用户提供了共享硬件和软件资源的环境。但是，这种系统与用户交互能力很差，有时用户需等待较长时间才能得到系统的响应。 （2）分布式CAD/CAM系统 随着计算机网络的发展，分布式的CAD/CAM系统得到了快速发展，利用网络技术，可以将多个独立工作的模具CAD/ CAM工作站组织在局域网（简称LAN）中。这种局域网

41、具有良好的交互性能，可快速响应用户的要求，使多用户共享软件和硬件资源。局域网还可以通过网关与其他局域网或大型主机相连，构成远程广域网（简称WAN）。广域网的典型代表是INTERNET。 局域网是由电缆连接起来的许多计算机，外围设备和通信设备组成的，连接距离一般在1-2km之内。组织局域网的方式很多，但采用最多的是总线和环形网络结构。 总线形网络的所有入网设备共用一条物理传输线路，所有的数据发往同一条线路，并能够由附接在线路上的所有设备感知。入网设备通过专用的分接头接入线路。总线网的特点有：多台机器共用一条传输信道，信道利用率较高；同一时刻只能由两台计算机通信；某个结点的故障不影响网络的工作；网

42、络的延伸距离有限，结点数有限。适用于对实时性要求不高的环境。总线网拓扑是局域网的一种组成形式，主要表现形式为以太网。图7-3是用以太网连接的分布式CAD/ CAM系统。从性价比来看，快速以太网是中小型网络的最佳方式。 图7-3 以太网连接的分布式CAD/CAM系统 环形网络拓扑结构的入网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的物理线路。环形网的数据传输具有单向性，一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。环形网特点有：实时性较好（信息在网中传输的最大时间固定）； 每个结点只与相邻两个结点有物理链路；传输控制机制比较

43、简单；某个结点的故障将导致物理瘫痪；单个环网的结点数有限。适用于对实时性要求较高的网络环境。图7-4是用环形网连接的分布式CAD/CAM系统。 图7-4 环形网连接的分布式CAD/CAM系统 1.3.3 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统的软件系统的软件 模具CAD/CAM系统的软件是决定模具CAD/CAM系统功能强弱，效率高低和使用是否方便的关键因素。模具CAD/CAM系统的软件多种多样，其作用亦各不相同。通常将模具CAD/ CAM的软件分为系统软件，支撑软件和应用软件三类。1.3.3.1 系统软件 系统软件直接配合硬件工作，对其他软件具有支撑作用，包括操作系统、汇编系统、编译系统和诊

44、断系统等。操作系统是用户和计算机之间的接口，使用户能有效地使用计算机。 操作系统全面管理计算机资源，合理地组织计算机的工作流程，操作系统的管理包括CPU管理、存储管理、文件管理、输入输出管理和作业管理等，操作系统是每一计算机系统都具有的系统软件。目前常用的操作系统是视窗（WINDOW）操作系统。在研发模具CAD/CAM系统时，还需要用到编译系统和汇编系统。编写应用程序是模具CAD/CAM人员项经常性的工作，程序设计语言是必须掌握的基本工具。在模具CAD/CAM常用的高级语言有C、PASCAL 、VC+、VB等。在开发CAD/CAM软件中，有时也用到汇编浯言。有些汇编语言编写的程序可在高级语言程

45、序中调用，因此编译系统和汇编系统也是开发模具CAD/CAM系统所必需的系统软件。 1.3.3.2 支撑软件 模具CAD/CAM系统的支撑软件主要包括图形处理软件、几何造型软件和数据库管理系统等。图形处理软件可使用户方便地在屏幕上建立和修改图形，并在相关输出设备上输出图形。几何造型软件用于建立物体几何模型的软件。利用其造型功能，可以定义物体的几何开头及其相互关系，在计算机内建立的几何模型可为设计、图形显示和NC编程等方面提供必要的信息。数据库管理系统的加入可为模具CAD/CAM系统提供信息分析、处理和传递，同时为智能化管理提供了基础。 1.3.3.3 应用软件 应用软件是在模具设计制造过程中用于

46、特定目的的软件。编制应用软件的过程就是将模具设计和制造工艺设计算法化、程序化的过程。在开发的过程中，需要建立数学模型，用计算机可以处理的方式表述设计准则。为了方便易用目前一般采用交互式界面的模具CAD/CAM系统。 1.4 1.4 目前流行的目前流行的CAD/CAMCAD/CAM软件简介软件简介 CAD/CAM技术经过多年的发展，形成了许多优秀的软件，下面我们对目前国内外常用的CAD/CAM软件作简要介绍：1.4.1 1.4.1 国外软件国外软件(1)AutoCAD AutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个具有交互式和强大二维功能的绘图软件,如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标

47、注以及二次开发等功能,同时有部分三维功能。 AutoCAD软件是目前世界上应用最广的CAD软件,占全球整个CAD/CAM软件市场较大份额,在中国二维绘图CAD软件市场占有绝对优势。AutoCAD提供Autolisp、ADS、ARX作为二次开发工具。在诸多领域（如机械、电子等）中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已成功开发出许多实际应用的软件。目前的版本为AutoCAD200X系列。 (2) Unigraphics(UG) UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术

48、与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。 UG起源于美国麦道(MD)公司的产品,1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部。UG由其独立子公司Unigraphics-Solutions开发,是一个集CAD/CAM/CAE于一体的机械工程辅助系统,适用于航空、航天、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起,还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK,允许用户扩展UG的功能。 (3) MDT(MechanicalDesktop) MDT是Au

49、todesk公司在基于参数化特征实体造型和曲面造型的CAD/CAM软件,它以三维设计为基础,集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体,为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。由于该软件与AutoCAD同时出自Autodesk公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。MDT为AutoCAD用户向三维升级提供了一个较好的选择。 (4) SolidWorks SolidWorks是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发的基于Windows平台的全参数化特征造型的软件,Solid-Works是世界各地用户广泛使用,富有技术创新的软件系统,已经成为三维机械

50、设计软件的标准。它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好,用户易学易用。SolidWorks软件于1996年8月由生信国际有限公司正式引入中国以来,在机械行业获得普遍应用,目前用户已经扩大到三十多万个单位。 (5)Pro/Engineer Pro/Engineer是美国参数技术公司(Parametric Techn-ology Corporation简称PTC)的产品,于1988年问世。Pro/E具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点,该软件用户界面友好,符合工程技术人员的机械设计思想。Pro/Engineer整个系统建立在统

51、一的完备的数据库以及完整而多样的模型上,由于它有二十多个模块供用户选择,故能将整个设计和生产过程集成在一起。在最近几年Pro/E已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件, 在模具行业得到了非常广泛的应用。 (6) Mastercam Mastercam为PC级CAM软件。 Mastercam包括了铣削加工(milling)，车削加工(turning)，线切割加工(wire EDM)等主要模块，适用于机械设计与制造的各个领域。(7)Cimatron Cimatron系统是以色列的CAD/CAM/PDM产品，该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数

52、据接口以及集成化的产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统自从80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业备受欢迎。 (8) I-DEAS I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是国际上著名的机械CAD/CAE/CAM公司，在全球范围享有盛誉。I-DEASMasterSeries5是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS是全世界制造业用户较广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。 (9) SOLIDEDGE SOLIDEDGE是真正Window

53、s软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows平台上，而是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。SOLIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计师们在使用CAD系统时，能够进行Windows下文字处理、电子报表、数据库操作等。 SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。 1.4.2 1.4.2 国内软件国内软件(1) PICAD PICAD系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发的具有自主知识产权的CA

54、D软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开放性，对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航；系统提供局部图形参数化、参数化图素拼装及可扩充的参数图符库；提供交互环境下的开放的二次开发工具，用户可以任意增加功能或开发专业应用软件。PICAD是国内商品化最早、市场占有率最大的CAD支撑平台及交互式工程绘图系统，自从1991年推出中国第1个商品化的二维CAD系统以来，PICAD的用户已经遍及各行业及各省市，至今装机量已超过数万套。 (2)高华CAD 高华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统的

55、研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。高华CAD软件包括机械设计及绘图系统GHMDS、计算机辅助绘图支撑系统GHDr-afting、工艺设计系统GHCAPP、产品数据管理系统GHPDMS、三维几何造型系统GHGEMS及自动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统,具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。 (3) CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师 CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件,可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、

56、平面包装的设计,适合所有需要二维绘图的场合,使设计人员可以把精力集中在设计构思上,彻底甩掉图板,满足相关行业的设计要求。 CAXA-ME是一套数控编程和三维加工软件,具有强大的造型功能,可快速建立各种复杂的三维模型,它为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。其中的CAXA注塑模设计(CAXA-IMD)是一套中文注塑模专业CAD软件,该软件提供注塑模标准模架和零件库,以及塑料、模具材料和注射机等设计参数数据库,可随时查询、检索；并能自动换算型腔尺寸，对模具进行各种计算。使用该软件，设计人员不必翻找设计手册即可轻松设计模具。 (4) GS-CAD98

57、GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统的软件。它是一个具有完全自主知识产权的基于中文Windows95/NT平台的三维CAD系统，该软件是在国家“七五”重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上，参照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它包括实体、草图、参数化特征造型及高级曲面造型技术以及采用自适应参数关联技术来保证从设计到制造过程中各个环节的一致性。 (5)金银花系统(Lonicera) 金银花系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。该系统是国家科委863/CIMS主题在“九五”期间科技攻关

58、的最新研究成果。它是基于STEP标准的CAD/CAM系统，该软件主要应用于机械产品设计和制造中，它可以实现设计/制造一体化和自动化。 该软件采用面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、SDAI标准数据存取接口的技术；具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能；同时还具有多种标准数据接口,如STEP、DXF等;支持产品数据管理(PDM)。目前金银花系统的系列产品包括:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。机械设计平台MDA1.7版已投放市场，MDA99版也已发布，目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。

59、(6)开目CAD 开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主知识产权的CAD和图纸管理软件,它面向工程实际应用。开目CAD在设计思想上遵循画法几何的原理，直接模仿工程技术人员手工绘图时的思维模式和绘图方法，支持全约束、过约束、欠约束驱动的尺寸分析与驱动模块，满足用户各类需求；支持AUTOCAD具有的块、层功能,保证了与AUTOCAD的完全兼容；拥有强大、灵活的零件标注与明细栏设计功能，灵活的自定义尺寸样式、零件标注样式、上线、智能导航工具更使用得心应手。开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国CAD应用工程主推产品之一。 1.5 1.5 模具模具CAD

60、/CAMCAD/CAM技术发展趋势技术发展趋势 21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计周期及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。具体表现出以下几个特征。 ( (一一) )标准化标准化 CAD/CAM系统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。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用，并采用GT(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