CADCAM软件及其应用-数控机床

1、CAD/CAM软件及其本节内容.1 概述.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能.3 CAD/CAM软件编程的过程.4 MasterCAM软件的应用11 概述计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）已广泛应用于绘图、设计、仿真、分析和制造等方面。 计算机辅助设计（CAD）CAD是指应用计算机技术进行产品设计、绘图、分析和技术文档编写等活动的总称，一般包括零件几何造型、产品装配造型、工程分析（如质量特性计算、有限元分析）和工程绘图等内容。方案论证总体设计需求分析结构设计分析优化工程描述21 概述计算机辅助制造（CAM）CAM是指应用计算机技术进行产品制造的统称，有广义CAM和狭义CAM之分。 广义

2、：指利用计算机技术辅助完成从原材料到产品的全部制造过程（包括直接制造过程和间接制造过程），如CAPP、计算机辅助工装设计、NC编程、数控加工、三坐标测量（CMM）、机器人装配、生产方案与管理、计算机辅助质量控制等。狭义CAM：指计算机辅助数控加工程序编制。计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如APT）编程和图形交互编程两个阶段。31 概述计算机辅助制造（CAM）计算机辅助数控加工程序编制主要经历了数控语言（如APT）编程和图形交互编程两个阶段。图形交互编程就是通常所说的CAM软件编程。CAM软件编程是在CAM软件支持下，根据计算机图形显示器上所显示的零件图形，通过人机交互方式指定加工

3、外表、选择刀具和切削参数等，自动进行刀具轨迹计算并生成零件的数控加工程序。41 概述CAD/CAMCAM软件编程的核心是刀具轨迹计算，其实现是以CAD技术为前提的。利用CAD技术生成的零件三维模型包含了数控编程所需要的完整的零件几何信息，而CAM软件可针对这些几何信息进行刀具轨迹的自动计算。因此，绝大多数的CAM软件同时具备CAD的功能，故称为CAD/CAM软件。CAD/CAM意味着集成、一体化。由于CAD/CAM软件编程具有自动化程度高、速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查和修改等很多优点，已成为目前国内外数控加工中普遍采用的程序编制方法。 52 CAD/CAM软件系统的组成及功能C

4、AD/CAM系统的组成几何造型（二维、三维）刀具轨迹生成刀具轨迹编辑刀具轨迹验证后置处理数据交换系统界面62 CAD/CAM软件系统的组成及功能几何造型几何模型是用几何概念描述的一个物理或抽象的对象按照某种数据结构在计算机中的数字表示。常用的几何模型有线框模型、面模型、实体模型和特征模型。 主要功能包括：二维绘图三维造型图形编辑和浏览阴影和着色尺寸和公差标注72 CAD/CAM软件系统的组成及功能刀具轨迹生成根据用户设定的加工对象、所选用的加工方式、刀具及加工参数等进行刀位计算，生成刀具轨迹。由于刀位计算是数控编程中最重要和最复杂的工作环节，因此它也是利用CAD/CAM软件进行编程的最明显的优

5、势。 CAD/CAM软件一般都提供一个刀具库管理模块，用户可根据需要定义和选择具有适用的几何参数的刀具。 刀具轨迹编辑 提供多种编辑手段（如增加、删除、修改刀具轨迹等），便于用户对自动生成的刀具轨迹进行修改。 82 CAD/CAM软件系统的组成及功能刀具轨迹验证采用图形化方式沿着刀具轨迹动画显示刀具运动，以检验所生成的刀具轨迹是否存在问题。刀具轨迹验证一般包括检验刀具轨迹是否正确、刀具与约束面是否发生干预和碰撞以及刀具是否啃切加工外表等。后置处理 CAD/CAM软件计算出的刀具轨迹包含了大量的刀位点数据（APT程序），后置处理的作用就是将这些刀位数据按数控机床规定的指令格式转换为数控程序。97

6、.2 CAD/CAM软件系统的组成及功能通信接口通信接口模块实现信息的交换和传输。通过图形数据交换标准（如IGES、STEP等）实现不同CAD/CAM系统的信息交换；通过计算机网络系统将数控程序等数据传送到数控机床。系统界面 系统界面是用户操作系统以及用户与系统交互的接口，它提供所有的输入方式到各功能模块之间的接口，控制系统的运行。 103 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤1. 数控工艺过程制定零件数控工艺性分析零件图分析零件结构工艺性分析主要分析待加工外表及其约束面加工方法及工艺过程确定确定加工方法确定机床确定装夹方式确定零件的加工过程 113 应用CAD/CAM软件编程的过程一

7、、编程步骤1. 数控工艺过程制定加工区域规划 对加工对象进行分析，按其形状特征、功能特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成几个加工区域。对加工区域进行合理规划可以到达提高加工效率和加工质量的目的。加工方式确定刀具类型选择切削方式（走刀方式）选择 刀具选择切削用量选择确定工件坐标系123 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤2. 几何模型定义直接读入零件几何模型数据转换CAM软件一般都提供了常用CAD软件的数据接口和标准数据接口，如IGES、STEP等。直接造型确定编程原点及编程坐标系读入零件图或绘制零件图绘制毛坯图133 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤3. 加工方式及对象指

8、定加工方式设置：选择机床类型，指定加工类型、刀具轨迹的类型及相关参数等。加工对象设置：用户通过交互方式选择零件的被加工外表及其加工顺序。定义毛坯4. 参数设置刀具及其切削参数设置：平安平面、主轴转速、进给速度、切削深度、加工余量、刀具轨迹间的残留高度、行间距、线性逼近误差、进刀/退刀方式及位置。 加工程序参数设置：刀补方式、刀补方向设置、对刀位置等。 143 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤5. 刀具轨迹生成针对每个加工外表自动进行刀位计算，生成刀具轨迹，并将刀具轨迹直接显示在屏幕上。刀具轨迹计算的结果存放在刀位数据（CL DATA）文件中。6. 刀具轨迹验证与编辑直接查看：通过对

9、视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具轨迹。手工检查：对刀具轨迹进行逐步观察。刀具轨迹动态仿真：直接在显示器上观察加工效果。若发现不适宜或有问题的刀具轨迹，应调整参数设置重新进行计算，再做检验，直至生成正确的刀具轨迹；也可以在人机交互方式下对刀具轨迹进行适当的修改。 153 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤7. 后置处理 根据所选用的数控机床，运行相应的后置处理程序，将刀位文件转换成数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统不同，所用的程序指令代码及格式也有所不同。因此，CAD/CAM软件通常配备多种数控系统的后置处理程序8. 工艺文档生成将机床操作人员所需要的工艺信息（如程

10、序名称、加工顺序、刀具参数等）生成或编写成标准的文档。这一功能虽然简单，但它对保证编程人员与机床操作人员的配合，防止失误有重要的作用。 163 应用CAD/CAM软件编程的过程一、编程步骤1. 数控工艺过程制定2. 几何模型定义 3. 加工方式及对象指定 4. 参数设置 5. 刀具轨迹生成 6. 刀具轨迹验证与编辑 7. 后置处理 8. 工艺文档生成 在编程过程中，编程人员的工作主要集中在零件工艺过程设计、参数设置这两个阶段，其中工艺过程设计决定了刀具路径的质量，参数设置则构成了软件操作的主体。 173 应用CAD/CAM软件编程的过程二、特点节省大量的零件几何造型时间。在使用CAD/CAM软

11、件系统编写数控程序时，可直接使用CAD产生的零件几何模型，编程人员无需重复进行零件几何造型，因此能够节省大量的零件几何造型时间，并且能够防止零件重复造型时的人为错误。防止编程错误，提高编程效率。由于刀位数据由计算机自动计算出来，不仅速度快，而且准确。同时，由于用图形终端显示刀具轨迹，方便编程人员及时校验，大多数编程错误能被检查出来并得到及时修正。简便直观。在计算机上直接面向零件的几何图形进行编程，编程结果也以图形方式显示在计算机上，所以简便、直观，便于检查。184 Mastercam软件的应用 流行的CAD/CAM软件：法国达索系统公司的CATIA德国西门子公司的UGS美国PTC公司的Pro/

12、ENGINEER美国CNC Software公司的Mastercam以色列Cimatron公司的CimatronE英国DELCAM公司的PowerMILL北京数码大方科技有限公司的CAXA ME194 Mastercam软件的应用 一、 Mastercam软件简介Mastercam是美国CNC Software公司开发的基于微机的CAD/CAM一体化软件系统，其最新版本是Mastercam X3。由于Mastercam功能强大，价位适中，在国内外机械加工行业得到广泛应用，是目前全球销量最大的CAM软件。 Mastercam软件包括：设计（CAD）和加工（CAM）。CAD：用于工程绘图和零件设计

13、，具有完整的二维、三维曲线曲面设计、实体造型和编辑功能。CAM：包括铣削（Mill）、车削（Lathe）和线切割（Wire）等功能模块。204 Mastercam软件的应用 铣削（Mill）模块用于编制数控铣削加工程序，具有25轴铣削加工刀具轨迹生成功能，可进行外形铣削、型腔（挖槽）加工、钻孔加工、平面加工、曲面加工以及多轴加工等的刀具轨迹生成及仿真；车削（Lathe）模块用于编制数控车削加工程序，可进行粗车、精车、切槽、车螺纹以及铣车复合加工等的刀具轨迹生成及仿真；线切割（Wire）模块用于编制线切割加工程序，可进行24轴电火花线切割的加工轨迹生成及仿真。214 Mastercam软件的应用

14、 Mastercam的显著特点：具有强大的CAD功能，不仅具有二维绘图和尺寸标注功能，而且具有三维曲面造型和实体造型、着色处理等功能。 具有强大的CAM功能，能够进行铣削、车削、雕刻和线切割加工程序的编制。 具有刀具轨迹验证和实体切削仿真功能。 MasterCAM能够依据使用者定义的刀具、进给速度、转速等模拟刀具轨迹和计算加工时间。具有刀具库及材料库，能根据被加工工件材料及刀具规格尺寸自动确定进给速度、主轴转速等加工参数。 具有丰富的数据接口，可直接读入UG、PRO/E、CATIA、AUTOCAD等常用CAD/CAM软件的几何模型文件，同时提供标准图形数据格式如IGES、STEP等的数据转换功

15、能。 224 Mastercam软件的应用 Mastercam的显著特点：提供适合目前国际上常见的多种数控系统的后置处理程序文件。 具有DNC功能，可直接将NC程序通过RS-232C通讯接口发送至指定的数控机床或直接控制数控机床进行加工。 用户界面友好，操作方便。并且用户界面可在一定程度上实现个性化定制，以满足个人的操作风格和喜好。 234 Mastercam软件的应用 247.4 Mastercam软件的应用 应用Mastercam编写程序的主要步骤：启动Mastercam软件。翻开一个零件文件，或根据零件图纸进行零件几何造型。选择用于加工零件的机床类型和机床定义。用户可根据实际加工需要对同

16、一个零件选择铣、车等多个机床定义，以完成不同的加工。中选择一个机床类型时，系统将在刀具轨迹管理器中自动产生一个新的机床群组和刀具轨迹群组。在生成刀具轨迹前，必须首先选择机床定义。设置加工对象和参数（机床群组属性），包括文件、刀具、毛坯和平安区设置。生成刀具轨迹。验证和编辑刀具轨迹。后置处理。254 Mastercam软件的应用二、编程举例例7-1：在某立式加工中心上加工如下图零件，要求铣加工外形轮廓。零件材料为45号钢。 264 Mastercam软件的应用编程步骤：1. 数控工艺分析及工艺过程制定277.4 Mastercam软件的应用2. 数控加工程序编制几何造型以O点为零件坐标系原点，绘

17、制零件外形 284 Mastercam软件的应用机床类型选择在主菜单项选择择【机床类型】/【铣削】，激活刀具路径管理器。 294 Mastercam软件的应用工件材料设置在刀具路径管理器中，点击【属性】，选择【材料设置】，弹出【机器群组属性】对话框。 304 Mastercam软件的应用工件材料设置 勾选【显示方式】复选框，并单击【选取对角】按钮，然后在视图中捕捉矩形的对角点1和对角点2返回；在右边灰色区中的【X】文本框中输入180，【Y】文本框中输入90，【Z】文本框中输入12，并点击红色立体线框图的右上角作为工件原点，修改工件原点坐标X、Y、Z分别为（-25，-25，0） 314 Mast

18、ercam软件的应用工件材料设置 324 Mastercam软件的应用刀具路径选择在主菜单中选择【刀具路径】/【外形铣削】命令，弹出【串连选项】对话框；选择单项选择框【2D平面】和串连按钮，然后在零件图形中选择刀具路径。 334 Mastercam软件的应用刀具选择 单击【串连选项】对话框的按钮确认，弹出【外形（2D）】对话框 点击【选取刀库】按钮，弹出【刀具选择】列表框选择10mm平底铣刀，单击按钮确认 344 Mastercam软件的应用刀具选择 在【外形（2D）】对话框中，双击刀具项，弹出【定义刀具】对话框354 Mastercam软件的应用加工参数设置 在【外形（2D）】对话框中，单击

19、【外形铣削参数】，弹出【外形铣削参数】对话框 当参数设置完毕后，单击按钮确认，返回到主界面。在图形窗口中将自动产生外形铣削的刀具路径364 Mastercam软件的应用刀具路径验证 用户可在【刀具路径管理器】窗口中单击“刀具路径验证按钮，将弹出【实体切削验证】对话框，单击“播放按钮就会在绘图窗口产生实体切削的动画模拟。377.4 Mastercam软件的应用后置处理 在【刀具路径管理器】窗口中单击“G1按钮，将弹出【后处理程式】对话框384 Mastercam软件的应用后置处理 %O0001(PROGRAM NAME - EXAMPLE7_1 )(DATE=DD-MM-YY - 04-07-0

20、9 TIME=HH:MM - 22:57 )N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90( 10. FLAT ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 2 LEN. - 0 DIA. - 10. )N104 T1 M6N106 G0 G90 G54 X-40. Y-30. A0. S1600 M3N108 G43 H0 Z40.N110 G1 Z-16. F300.N112 G41 D2 X-30. F120.N114 G3 X-20. Y-20. R10.N116 G1 Y20.N118 X-5.043 Y50.N120 X23.542N122 G2

21、 X82. Y44. R40.N124 G3 X130. Y20. R60.N126 G1 X150.N128 Y-20.N130 X-20.N132 G3 X-30. Y-30. R10.N134 G1 G40 Y-40.N136 G0 Z40.N138 M5N140 G91 G28 Z0.N142 G28 X0. Y0. A0.N144 M30%394 Mastercam软件的应用二、编程举例例7-2：在某数控车床上加工如下图零件。 仅讨论120和70外圆柱的粗车和精车加工程序的编制。 404 Mastercam软件的应用1. 几何造型在车床上加工的工件一般都是对称于Z轴的回转体，所以在绘

22、制几何模型时只需绘制零件的一半剖面图。在“状态栏中单击【构图面】，在弹出的菜单中有【车床半径】和【车床直径】子菜单，点击弹出常用的车床坐标系，设定车床坐标系。绘零件图414 Mastercam软件的应用 2. 机床类型选择在主菜单项选择择【机床类型】/【车削】/【默认】命令，激活刀具路径管理器。424 Mastercam软件的应用 3. 工件材料设置在刀具路径管理器中，点击【属性】，选择【材料设置】，弹出【机器群组属性】对话框。 434 Mastercam软件的应用3. 工件材料设置 定义工件外形在“Stock设置区中，首先设置工件的主轴转向，即“左转或“右转。选择“左转单项选择项，并单击其后

23、的“参数按钮，弹出【长条状毛坯的设定】对话框。 单击“OD”后的“选择”按钮，在视图中选择点1并返回，从而确定工件的直径；单击“长度”后的“选择”按钮，在视图中选择水平直线1并返回，从而确定工件的长度；单击“基线Z”区域中的“选择”按钮，在视图中捕捉左下角的交点2（即原点）并返回；选择“在左端面”选项，结果如图示。 444 Mastercam软件的应用3. 工件材料设置 定义工件夹头 在“Chuck设置区中，选择“左转单项选择项，并单击其后的“参数按钮，弹出【夹爪的设定】对话框。在“型式区域中单击“由两点产生按钮，在工件视图中捕捉上侧直线的中点1和任何一点（确定一个矩形区域）并返回；然后修改夹

24、爪的高度、宽度、步进等参数。 454 Mastercam软件的应用3. 工件材料设置 在“夹持的方法区域中选择上边第2个单项选择项。在“位置区域中单击“选择按钮，在视图中捕捉上侧水平直线左侧的端点2，确定夹持点位置；最后单击按钮确认，即可在视图中显示出工件的夹头 464 Mastercam软件的应用3. 工件材料设置 定义工件顶尖 在“Tailstock设置区中，单击“参数按钮，弹出【尾座】对话框。按照顶尖实际尺寸设置相关参数；然后单击“选择按钮，在视图中捕捉水平直线右侧的端点，从而确定工件顶尖位置。 474 Mastercam软件的应用4. 粗车刀具路径生成及验证 在主菜单中选择【刀具路径】

25、/【粗车】命令，弹出【串连选项】对话框；选择单项选择框【2D平面】和局部串连按钮；在零件图形中按照如下图选择粗车加工的刀具路径。 484 Mastercam软件的应用4. 粗车刀具路径生成及验证 单击按钮确认，弹出【车床粗加工 属性】对话框 ；单击“刀具路径参数选项，选择T0101刀具，设置相应的参数；单击“粗车参数选项，设置加工参数、切削方法、粗车方向/角度。 494 Mastercam软件的应用4. 粗车刀具路径生成及验证 单击按钮确认，则在【刀具路径管理器】窗口中添加“车床粗加工，并在视图中显示出粗车的刀具路径。504 Mastercam软件的应用4. 粗车刀具路径生成及验证 重复上述步

26、骤，设置另一粗车加工路径。514 Mastercam软件的应用4. 粗车刀具路径生成及验证 刀具路径验证：在【刀具路径管理器】窗口中，单击“选择全部操作按钮，再单击“刀具路径验证按钮，弹出【实体切削验证】对话框，然后单击“执行按钮，系统动态显示加工过程524 Mastercam软件的应用5. 精车刀具路径生成及验证 在主菜单中选择【刀具路径】/【精车】命令。后续操作步骤与粗车加工相同。需要注意精车时刀具和加工参数的选择。 534 Mastercam软件的应用6. 后置处理 在【刀具路径管理器】窗口中单击“G1按钮，将弹出【后处理程式】对话框。54 CAD/CAM技术经过几十年的开展，先后走过大

27、型机、小型机、工作站、微型计算机时代，每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在，工作站和微型计算机(以下简称微机)平台CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。 1. 高档CAD/CAM软件 高档CAD/CAM软件的代表有Unigraphics、IDEAS、Pro/ENGINEER、CATIA等。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起，加工方式完备，计算准确，实用性强，可以从简单的二轴加工到以五轴五联动方式来加工极为复杂的工件外表，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化，同时提供了二次开发工具

28、允许用户扩展Unigraphics的功能，是航空、汽车、造船行业的首选CAD/CAM软件。5 CAD/CAM软件分类55 2. 中档CAD/CAM软件 Cimatron是中档CAD/CAM软件的代表。这类软件实用性强，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、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 3. 相对独立的CAM软件 相对独立的CAM系统有MasterCAM、Surfcam等。这类软件主要通过中性文件从其它CAD系统获取产品几何模型。系统主要有交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块。主要应用于中小

29、企业的模具行业。 4. 国内CAD/CAM软件 国内CAD/CAM软件的代表有CAXAME、金银花系统等。这类软件是面向机械制造业的自主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件，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。这些软件价格廉价，主要面向中小企业，符合本国国情和标准，所以受到了广泛的欢送，赢得了越来越大的市场份额。 5.1 CAD/CAM软件分类56 目前，在市场上流行的商业性CAD/CAM系统，大体上可划分两种类型。5.2 典型CAD/CAM软件介绍575.2 典型CAD/CAM软件介绍5.2.1 通用性系统 典型的通用性系统有CADAM、SolidWork

30、s、Unigraphics NX、CATIA、Pro/ENGINEER、IDEAS等。 1. CADAM CADAM系统是美国洛克希德飞机公司1965年开始研制的绘图加工系统，1972年投入生产使用，1975年进入市场，目前国际上已有近百家飞机公司和其他部门采用，我国也有十余套CADAM系统在使用。CADAM系统是在IBM大型机系列和IBM2250光笔图形显示终端上开发的。 CADAM的设计思想是使新的计算机绘图方式尽量保持原来工程制图的习惯用三面投影图描述三维形体。其内部的存储格式是 坐标，例如，存放一个视图的Z平面位置以及各点的x、y坐标值。该系统可以在屏幕上百分之百地完成一幅工程图的图面

31、设计，包括标注尺寸线和全部图注，可以方便地存储、调用和修改图样，同时还能对所设计的产品做几何分析、构造有限元模型、生成数控加工指令等。58 2. SolidWorks SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于Windows的机械设计软件。生信公司是一家专业化的信息高速技术效劳公司，在信息和技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。该公司提倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统是以Windows为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等，为中国企业提供了梦寐以求的解决方案。 So

32、lidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/41/5向广阔机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更群众化的实体造型实用功能。SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，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，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。5.2 典型CAD/CAM软件介绍59 3. Unigraphics Unigraphics是Unigraphics Solutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为

33、用户提供一个全面的产品建模系统。在Unigraphics中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和外表功能结合在一起，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。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能开展起来的软件。20世纪90年代初，美国通用汽车公司选中Unigraphics作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了Unigraphics的开展。 Unigraphics最早是在VAX计算机的通用环境下开发的，后来逐渐转移到UNIX工作站上，例如SGI工作站。1997年10月Unigraphics Solutions公司与Inter

34、graph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有UNIX工作站版和WindowsNT微机版的较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。目前推出的Unigraphics系统从15版本开始已经可以在微机上运行，从16版本开始已经完全抛开UNIX操作系统，而采用Windows NT或Windows 2000，且用户界面与Windows的界面风格相统一。但可以仿UNIX，使Unigraphics除了可以在一般的微机(至少64MB内存)上运行外，也可以在工作站上运行。目前已经开发到了Unigrap

35、hics NX4版本，在功能和应用上有了较大的提高。5.2 典型CAD/CAM软件介绍60 Unigraphics是业界最实用的工业设计软件包之一，它提供给用户一个灵活的复合建模模块。Unigraphics作为一个CAD/CAE/CAM系统，主要提供了以下功能：工程制图模块、线框、实体、自由曲面造型模块、特征建模、用户自定义CAD/CAE/CAM系统特征、装配、虚拟现实及漫游、逼真着色、WAVE技术(参数化产品设计平台)及几何公差等CAD模块。 Unigraphics还有较强的CAM功能，主要有车削加工、型芯和型腔铣削、固定轴铣削、清根切削、可变轴铣削、顺序铣、后置处理、切削仿真、线切割、图形

36、刀具轨迹编辑器及NURBS(非均匀B样条)轨迹生成器。 提供的CAE局部主要有如下功能：有限元分析、机构分析、注塑模分析等模块。另外，Unigraphics还提供了较为完善的钣金件的设计、制造、排样及高级钣金的设计功能。 5.2 典型CAD/CAM软件介绍615.2 典型CAD/CAM软件介绍 此外，Unigraphics还提供了用户进行二次开发的接口及用户界面的设计工具Unigraphics OPEN/API等。值得一提的是Unigraphics的一个特色产品IMAN。 Unigraphics的IMAN是一种经过生产验证的PDM解决方案，目前在各种不同行业的大、小型企业中得到了广泛应用。IM

37、AN可以从很少的用户扩展到非常多的用户，并能够管理单站和多站企业环境。其产品可靠的结构使客户可以持续以最少的数据移植本钱充分利用数据和信息技术所带来的新的优势。IMAN还是提供虚拟产品开发(VPD)和支持一体化产品开发过程和环境的技术产品，能够保证工程师们在提供端到数据端管理的无缝电子产品开发环境中密切合作。除了与工程应用和实用工具如CAD/CAM的紧密集成外，IMAN还具备将信息与后处理系统如采购管理和企业资源规划系统的链接能力。62 4. CATIA CATIA是由法国著名飞机制造公司Dassault开发并由IBM公司负责销售的CAD/CAM/ CAE/PDM应用系统，CATIA起源于航空

38、工业，其最大的标志客户即美国波音公司。波音公司通过CATIA建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。现在的CATIA软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX平台，V5版本应用于UNIX和Windows两种平台。V5版本的开发开始于1994年，UNIX平台下的V4版本尽管功能强大，但也有其缺点，即菜单较复杂，专业性太强等。一个设计人员熟练掌握CATIAV4版本往往需要两三年甚至更长的时间。为了使软件能够易学易用，Dassault System于1994年开始重新开发全新的CATIAV5版本，目前已开展到Inter Op(R15)。新的V5版本界面更加友好，功能也日趋完

39、善，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风格。 CATIA提供了下面几种功能： (1) 提供基于规则驱动的实体建模、混合建模以及钣金件设计，相关装配与集成化工程制图产品等。 (2) 提供了一系列易用的模块来生成、控制并修改结构及自由曲面物体。5.2 典型CAD/CAM软件介绍63 (3) 提供了最先进的高级电子样机检查及仿真功能；知识工程产品能帮助用户获取并重复使用本企业的经验，以优化整个产品生命周期。 (4) 在产品设计过程中集成并交换电气产品的设计信息。 (5) 提供了容易使用，面向设计者的零件及其装配的应力与频率响应等分析。 (6) 提供面向车间的加工解决方案。 (7) 用户制

40、造厂房设施的优化布置设计工作。 (8) 提供各类数据转换接口，与CATIAV4的集成帮助将V4与V5有效地组合成为一个集成的混合环境。 CATIA软件是与Unigraphics软件功能类似的CAD/CAE/CAM系统，但CATIA主要应用于航空航天工业，而Unigraphics主要在汽车、船舶等行业应用广泛，在最近几年，Unigraphics在航空航天工业也占有一席之地，且有与CATIA平分秋色之势。5.2 典型CAD/CAM软件介绍64 5. Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER在机械制造领域中大量使用，美国参数技术公司(Parametric Technology Corpor

41、ation，PTC)的著名产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM的传统观念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAE/CAM产品Pro/ENGINEER软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 Pro/ENGINEER备有统一的数据库，并具有较强的参数化设计、组装管理、生产加工过程及刀具轨迹等功能；它还提供各种现有标准交换格式的转换器以及与著名的CAD/CAE系统进行数据交换的专用转换器，所以也具有集

42、成化功能该系统的另一个特点是硬件独立性，它可以在DEC、HP、IBM、SUN、SGI等各种工作站上运行。Pro/ENGINEER采用实体造型技术，从8.0版本开始增加了参数化曲面造型功能，并具有用户自定义形状特征的模块。目前已经开发到2005版野火版等。5.2 典型CAD/CAM软件介绍65 Pro/ENGINEER系统主要有以下功能。 (1) 参数化设计和特征功能：Pro/ENGINEER是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，也可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的

43、简易和灵活。 (2) 单一数据库：Pro/ENGINEER是建立在统一基层的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户可为一件产品造型而工作，不管是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反映在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程样图有改变，NC(数控)工具路径也会自动更新；组装的工程图如有任何变动，也完全同样反映在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得一件产品的所有设计完全结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更廉价

44、。5.2 典型CAD/CAM软件介绍66 (3) 真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方。 (4) 具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力。 (5) 具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。 (6) 容易使用，可以极大地提高设计效率。 Pro/ENGINEER系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/ENGINEER建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。 6. IDEAS IDEAS是由美国国家航空及宇航局(NASA)支持开发的，由SDRC公司于1979年发布的第一个完全基于实体造型技

45、术的CAD/CAM大型软件，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，国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代及福特等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。5.2 典型CAD/CAM软件介绍67 该软件可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。IDEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。IDEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计及耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I

46、DEASCAMAND是CAM行业的顶级产品。IDEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的二轴、两轴半加工到以七轴五联动方式来加工极为复杂的工件外表，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化。 目前属于EDS公司(2001年，EDS宣布收购合并UGS与SDRC)。IDEAS提供一套基于因特网的协同产品开发解决方案，包含全部的数字化产品开发流程。IDEAS是可升级的、集成的、协同电子机械设计自动化(Manufacturing Design Automatically，MDA)解决方案。IDEAS使用数字化主模型技术，这种技术将帮助用户在设计早期阶段就能从“可制造性的角度更加全面

47、地理解产品。纵向及横向的产品信息都包含在数字化主模型中，这样，在产品开发流程中的每一个部门都将更容易地进行有关全部产品信息的交流，这些部门包括：制造与生产、市场管理及供给商等。5.2 典型CAD/CAM软件介绍68 数字化主模型帮助用户开发及评估多种设计概念，使得设计的最终产品更贴近用户的期望。质量成为设计过程自身的一局部。通过为相关产品开发任务提供公共基础的方法，整个团队实现并行工作。数字主模型能够使不同职能部门的多个团队在产品开发早期共同工作，它替代了在同一时期不同团队只能建立各自数据的模式，这样就大大地缩减了产品的上市时间。它在航空航天、汽车运输、电子及消费品和工业设备等方面拥有众多的用

48、户。 IDEAS除了根本的CAD造型及CAM功能以外，在IDEAS的新版本中又增加了一些新功能，主要包括以下三项。 (1) CAD方面：复杂曲面建立能力，包括模压/凸台、复杂角结构圆角以及变量化扫描；产品修改工具，包括增强的选取意图捕捉及几何映射。 (2) CAM方面：机床仿真、笔尖铣削、光顺的高速加工连接、交互的图形化刀具轨迹编辑以及自动孔加工等。 (3) CAE方面：基于网格区域的几何提取、装配的有限元模型构造等。5.2 典型CAD/CAM软件介绍69 由于IDEAS和Unigraphics的内核都是Parasolid，因此IDEAS和Unigraphics实现两个产品基于Parasoli

49、d/eXT技术的互操作就成为可能。在2001年推出的IDEAS 9中，已实现了IDEAS与Unigraphics之间的互操作。两个系统彼此能互相访问，在一个系统中进行设计，另一个系统可以对该设计进行分析或加工。用户可以充分利用两套软件的优势来优化自己的产品研发流程，获取更高的价值。两套系统之间可进行双向变更的相关通知及更新，并保护设计意图，实现对历程树等的智能跟踪。两套软件将按阶段逐步实现针对几何、模型文件、TDM数据的互操作性。互操作功能将使用户运用两个产品的互补性以改善其企业的设计过程。 5.2 典型CAD/CAM软件介绍705.2 典型CAD/CAM软件介绍7. Cimatron Cim

50、atronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。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、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。CimatronCAD/CAM系统自从20世纪80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业备受欢送。近年来，Cimatron公司为了在设计制造领域开展，着力增加了许多适合设计的功能模块，每年都有新版本推出，市场销售份额增长很快。1994年北京宇航计算机软件有限公司(BACS)开始在国内推广Cimatron软件，从第8版本起进行了汉化，以满

51、足国内企业不同层次技术人员应用需求。用户覆盖机械、铁路、科研及教育等领域，目前已销售200多套，市场前景看好。 71 较典型的单功能系统有如下几种。1. Master CAM Master CAM是由美国CNC Software公司开发的基于微机的CAD/CAM软件，V5.0以上版本运行于Windows操作系统。由于其价格较低且功能齐全，因此有很高的市场占有率，目前该软件的最新版本已经开发到了Master CAM 9.0。 系统的主要功能有： 1) 造型功能 (1) 完整的曲线功能：可设计、编辑复杂的二维、三维空间曲线。还能生成多边形、椭圆等方程曲线。尺寸标注、注释等也很方便。 5.2.2 单

52、功能系统5.2 典型CAD/CAM软件介绍725.2 典型CAD/CAM软件介绍 (2) 强大的曲面功能：采用NURBS、PARAMETRICS等数学模型，有十多种生成曲面方法。 (3) 具有曲面修剪、曲面间等(变)半径倒圆角、倒角 、曲面偏置、延伸等编辑功能；以及处理两个曲面或三个曲面产生熔接曲面，可对三个曲面做过渡处理。 (4) 崭新的实体功能：以PARASOLID为核心，倒圆角、抽壳、布尔运算、延伸及修剪等功能都很强。 (5) 可靠的数据交换功能，可转换的格式包括：IGES、SAT(ACIS SOLIDS)、DXF、CADL、VDA、STL、DWG及ASCII。并可读取Parasolid

53、、HPGL、CATIA、Pro/ENGINEER、STEP等格式的数据文件。73 2) 加工功能 (1) 可实现由二轴至五轴的外形、挖槽、钻孔、单一曲面、多重曲面等多种加工方式； (2) 除可使用原来的加工方式，如平行加工、外形加工及挖槽等加工方式外，Master CAM V9提供多种新的多重曲面加工方式，辐射加工及多重曲面投影加工； (3) 零件采用辐射粗、精加工，刀具路径对回转中心呈辐射状，解决了行切加工陡壁零件时效果不好的问题； (4) 加工中可设定起始角度、旋转中心及起始补正距离，以切削方向容差及最大角度增量控制外表精度； (5) 对于极不规则零件，可先做二维刀具路径，然后把刀具路径投

54、影至多重曲面进行加工。 另外，新版软件还提供了一个有用的功能批次加工。当有多个刀具路径需生成时，可采用此方式，设置好每个任务的加工参数，调整加工次序，即可让系统按照次序自动执行每一个处理过程。5.2 典型CAD/CAM软件介绍74 3) 仿真模拟 可模拟实际的切削过程，通过设定毛坯及刀具的形状、大小及不同颜色，可以观察到实际的切削过程。系统同时给出有关加工情况，去除材料量，加工时间等，并检测出加工中可能出现的碰撞、干预并报告错误在刀具轨迹文件中的位置。模拟完成后，即可测量零件的外表精度。 4) 屏幕显示 (1) 新版软件界面上方有灵活方便的工具棒，可自由设定其中的98个按钮，随意调用各种功能；

55、 (2) 图形可实时用鼠标拖动旋转，彩色渲染图可控制旋转、平移及缩放，可清楚地观察建立的三维模型； (3) 图素选取可用多边形框选，也可取消选择； (4) 在操作过程中，若有疑问，可随时用“?或“AltH呼叫HELP，即可显示当前使用功能的详细说明。 5) 数据接口 软件提供多种图形文件接口，包括DXF、IGES、STL、STA及ASCII等。我国自行开发的较典型的系统有北京航空航天大学的CAXA和广州红地技术有限公司开发的金银花系统。5.2 典型CAD/CAM软件介绍752. AutoCAD AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。目前在

56、CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供给商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。Autodesk公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及Web网的数据开发等重大领域。AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有局部三维功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作为二次开发的工具。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。目前，Autodesk公司已经发布AutoCAD2006。5.2 典型CAD/CAM软件介绍763. MDT MDT是Autodesk公司在PC平台上开发的三维机械CAD系统。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。MDT主要功能特点如下： (1) 基于特征的参数化实体造型，用户可十分方便地完成复杂三维实体造型，可以对模型进行灵活地编辑和修改。 (2) 基于NURBS的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具设计等方面对复杂曲面的要求