CAD,CAE,CAM技术05CAPP

CIMS、CAD、CAPP、CAE、CAM、PDM、MRII等CIMS：计算机/现代集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary）。

通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。

CAD：计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。

CAPP：计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。

CAE：计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。

CAM：计算机辅助制造（computer Aided Manufacturing），将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。

PDM：产品数据管理（Product Data Management），一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。

MRII：暂缺，百度查不到MRI：Magnetic Resonance Imaging磁共振成像，利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。

ERP、OA、PDM、MIS等ERP：企业资源计划（Enterprise Resource Planning），针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）集成一体化的企业管理软件。

OA：办公自动化（Office Automation），现代利用电脑进行全自动的办公,目的是提高效率。

CAD/CAM/CAPP集成的关键技术C09机械2 XXX摘要：CAD/CAMCAPP集成的关键是CAD、CAM和CAPP之间的数据交换与共享。

CAPP/CAM系统是制造业信息化的核心技术，主要支持和实现产品设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。

CAD/CAM/CAPP的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目的是保证产品设计、工艺分析、加工模拟，直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在计算机间传递，从而克服由图纸、语言、编码造成的信息传递的局限性，减少信息传递误差和编辑出错的可能性。

Summary：T he CAD/CAE/CAPP/CAM integration's key is between CAD, CAE, CAPP and the CAM data exchange and sharing. The CAE/CAPP/CAM system is the manufacturing industry informationization core technologies, mainly supports and realizes project activity and so on product design, analysis, craft plan, numerical control processing and performance test automated processing. The CAD/CAE/CAPP/CAM integration, the request product design and makes the close union, its goal is guaranteed that the product design, the process study, the processing simulation, have the uniformity until the product process of manufacture's in data, can transmit directly in the computer, thus overcomes the information transmission limitation which by the blueprint, the language, the code creates, reduces possibility which the information transmission error and the editor make a mistake.关键词：集成CAD/CAM/CAPP；关键技术Key word：Integrates CAD, CAM, CAPP Key technologies1.引言CAD/CAM/CAPP之间的信息集成。

一．机械CAD/ CAM/CAPP的发展趋势1.CAD/ CAM系统的集成化CAD/ CAM是计算机辅助设计与计算机辅助制造的英文(Computer Aided Design and C omputer Arided Manufacturing) 的缩写,是将传统的设计与制造作为一个整体来规化和开发,实现信息处理的高度一体化。

完整的生产过程包括设计与制造两部分,狭义的CAM仅包括计算机辅助编制数控机床加工指令。

而广义的CAM是应用计算机进行制造信息处理的全部内容,包括采用计算机系统进行生产的规划、管理和控制产品制造的全过程,它即包括与加工过程直接联系的计算机监测与控制,如控制数控机床、工业机器人和进行质量的监控等。

它也包括间接控制,即利用计算机来支撑工厂生产经营,提供计划、进度表、预报、指令和数据等,根据这些信息能更有效地管理生产。

CAM中所需要的信息和数据许多来自CAD ,许多数据和信息对CAD 和CAM来说是共享的。

见图1所示。

图1CAD/ CAM一体化系统的理想模式在CAD/ CAM总体设计的指导下,以工程数据库为核心,以图形系统和网络软件为支撑,用现代化计算机接口的方法,把这些CAD、CAM 应用软件连接成为一个有机的整体,使之互相支持、互相调用、信息共同占有、数据共同享用,以发挥出某项应用软件所达不到的整体效益;使应用成果能作综合性的优化处理,得出经济上最合理、技术上最先进的最优化方案和设计。

2.CAD/ CAM系统的智能化CAD/ CAM专家系统的基本结构。

如图7所示。

图7CAD/ CAM专家系统3.CAD/ CAM系统的网络化网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透而又密切结合的产物,也伴随着它们的发展而发展,并在计算机应用和信息的传输中起了越来越重要的作用。

计算机辅助设计(CAD) 和计算机辅助制造(CAM)作为计算机应用的一个重要方面,同样也离不开网络技术。

如图8所示。

图8CAD/ CAM系统的网络化辅助设计中所需的所有公用信息如图形、零件、编号等都存储在服务器所带的一个公用数据库中,而多台工作站可以通过网络共享其中的数据,进行各自的设计工作。

1.CAD（计算机辅助设计）：是指工程技术人员在计算机及其各种软件工具的帮助下应用自身的知识及经验，对产品进行包括方案构思，总体设计，工程分析，图形编辑和技术文档整理等一切设计活动的总称。

功能：几何建模，工程分析，模拟仿真，工程绘图。

2.CAPP（计算机辅助工艺设计）：是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计。

功能：毛坯设计，加工方法选择，工序设计，工艺路线制定和工时定额计算。

3.狭义CAM（计算机辅助制造）：指数控程序的编制，包括刀具路线的规划，刀具文件的生成，刀具轨迹仿真以及后置处理和数控代码的生成等作业过程。

4.广义CAM：指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备，生产作业计划制定物流过程的运行控制，生产控制质量控制等5.CAD\CAM集成技术：是指一种在CAD,CAPP,CAM各应用系统之间进行信息的自动传递和转换的技术6.CAD\CAM的系统：由硬件，软件（核心），和设计者组成的人机一体化系统7.CAD\CAM系统硬件：计算机主机（核心），输入输出设备，存储器，生产设备以及计算机网络等几部分组成8.CAD\CAM系统软件类型：操作系统，支撑软件，应用软件9.CAD\CAM技术的发展阶段：单元技术的发展阶段，CAD\CAM的集成阶段，面向产品并行设计制造环境的CAD\CAM发展阶段10.CAD\CAM系统的网络拓扑结构：线性表，栈与队列，树与二叉树11.PDM功能：电子资料室管理与检索，产品配置管理，工作流程管理，项目管理功能12.成组技术：成组技术是利用相似性原理将工程技术和管理技术集于一体的一种生产组织管理技术。

涉及到相似性标识，相似性开发和相似性应用等技术内容13.设计手册的数据处理包括？处理方法有？包括数表和线图的处理。

方法有数表的程序化、数表的文件化、数表的公式化以及数据库存储等。

14.线图计算机化处理做法？若提供线图原有的公式，只需将公式编写到计算机程序中，直接由公式求取相关的数据。

CAD/CAPP/CAM集成的关键技术1.产品的建模技术为了实现信息的高度集成，产品的建模是非常重要的。

一个完善的产品设计模型是CAD/CAPP/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAPP/CAM系统中共享数据的核心，传统的基础基于实体造型的CAD系统仅仅是几何形状的描述、难以在模型中表达特征及公差、精度、表面粗糙度和材料热处理等工艺信息，从而导致CAD/CAPP/CAM系统集成的困难，基于特征的产品定义模型不仅能支持设计与制造各阶段所需的产品定义（几何信息、工艺和加工信息），而且还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语—特征，是目前被认为最适合于CAD/CAPP/CAM集成系统的产品描述方法。

因此，产品的特征建模技术已成为集成过程中必须研究和解决的一项关键技术。

2.存储和处理公用信息的工程数据库技术目前在商业领域广泛应用的数据克管理系统大多是用于处理商用事务数据的，对于处理数量大、形式多样、结构烦琐、关系复杂、活动规律差、动态的CAD/CAM过程中的工程数据，还不能满足要求。

而已有的CAD/CAM集成系统，主要是通过文件来实现CAD与CAM之间的数据交换的。

不同子系统的文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。

为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，尽量避免数据文件和格式转化，消除数据冗余，应努力建立能处理复杂工程数据的数据管理环境。

因此，研究和采用工程数据库管理方法将成为开发新一代CAD/CAPP/CAM—体化系统的又一关键，也是系统集成的核心。

3.进行数据交换的借口技术数据交换的任务是，在不同的计算机之间，不同的操作系统之间，不同的数据库之间和不同的应用软件之间进行数据通信。

由于历史上各种CAD、CAM系统，甚至同一系统中的各功能模块在最初开发过程中的”孤岛”现象，导致可它们的机内数据表示格式不统一，使不同系统间、不同模块间的数据交换难以进行，影响了用户应用软件效益的发挥。

1．什么是CAD,CAM,CAPP,CAE,CAD/CAM集成？答：CAD是指以计算机为工具，对产品进行涉及方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整顿等设计活动旳技术。

CAM是指借助计算机进行产品制造活动旳简称，有广义和狭义之分。

广义CAM，一般是指运用计算机辅助完毕从毛坯到产品制造过程中旳直接和间接旳多种活动。

狭义CAM，一般指数控程序旳编制。

CAPP是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，运用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理来制定零件机械加工工艺过程。

CAE技术是以现代计算力学为基本、计算机仿真为手段旳工程分析技术。

CAD/CAM集成系统借助于工程数据库技术、网络通信技术、以及原则格式旳产品数据接口技术，把分散于机型各异旳各个CAD/CAM模块高效、快捷地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证整个系统内旳信息流动畅通无阻。

2．CAD/CAM系统旳基本功能和重要任务是什么？答：CAD/CAM系统具有如下几种方面旳功能：几何造型功能、计算分析功能、工程绘图功能、构造分析功能、优化设计功能、计算机辅助工艺规程设计(CAPP)功能、NC自动编程功能、模拟仿真功能、工程数据管理功能和特性造型功能。

CAD/CAM系统旳以计算机硬件、软件为支持环境，通过各个功能模块（分系统）完毕对产品旳描述、计算、分析、优化、绘图、工艺规程设计、NC加工仿真、生产规划、管理、质量控制等方面旳任务。

3．目前机械领域常用旳CAD/CAE/CAM软件有哪些？各有什么特点？在机械领域旳应用案例分析。

答：(1) Pro/E（Pro/Engineer）是美国PTC公司（Parametric Technology Corporation，参数技术公司）开发旳大型CAD/CAM/CAE集成软件。

(2) UG（Unigraphics）软件来源于美国麦道飞机公司，后于1991年11月并入世界上最大旳软件公司——EDS公司。

(3) Solid Edge是通用机械CAD/CAE/CAM 一体化软件，三维实体造型系统。

CAD、CAE、CAPP是什么意识
CAD（Computer Aided Design）计算机辅助设计
是制造业企业产品设计时非常重要的工具，运用大量的、非常复杂的数学模型进行计算，大大减轻了手工绘图的设计模式时代的工作量，极大地提高了设计效率。

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。

此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

CAPP的英文全称为Computer Aided Process Planning，中文翻译为计算机辅助工艺过程设计。

CAPP是一种将企业产品设计数据转换为产品制造数据的技
术，通过这种计算机技术辅助工艺设计人员完成从毛坯到成品的设计。

CAPP系统的应用将为企业数据信息的集成打下坚实的基础。

CAM是计算机辅助制造Computer-aided manufacturing。

CAD/CAE/CAM技术的现状与发展趋势CAD/CAE/CAM 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）、仿真模拟及产品数据管理（PDM）等内容。

是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。

其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。

CAD/CAE/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

一、CAD/CAE/CAM技术概况1、CAD技术的发展历程及现状50-60年代初CAD技术处於准备和酝酿时期，被动式的图形处理是这阶段CAD技术的特征。

60年代CAD技术得到蓬勃发展并进入应用时期，这阶段提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的进一步发展和应用打下了理论基础。

70年代CAD技术进入广泛使用时期，1970年美国Applicon公司首先推出了面向企业的CAD商品化系统。

80年代CAD技术进入迅猛发展时期，这阶段的技术特征是CAD技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用於产品设计发展到用於工程设计和工艺设计。

90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的CAD技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化。

微机加视窗操作系统与工作站加Unix操作系统在因特网的环境下构成CAD系统的主流工作平台，同时网络技术的发展使得CAD/CAE/CAM集成化体系摆脱空间的约束，能够更好地适应现代企业的生产布局及生产管理的要求。

在CAD系统中，正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等高新技术得到综合应用，大大提高了CAD自动化设计的程度，智能CAD应运而生。

CAE、CAD、CAM与CAPP之间的区别一项工程，一般包含初步设计、试验、分析、工程设计、施工、建成和验收（评定）等若干阶段。

随着电子技术的迅速发展，人们越来越多地采用计算机作为辅助手段，更好地实现各工程阶段的工作，于是产生了一系列的科学分支，比如计算机辅助工程（CAE），计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺过程设计（CAPP），以及计算机辅助制造（CAM）等。

计算机辅助工程（CAE）：计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

CAE现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。

随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。

计算机辅助设计（CAD）：计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。

CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

CAD的功能可归纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。

一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。

计算机辅助工艺设计（CAPP）：计算机辅助工艺设计CAPP是(Computer Aided Process Planning)是机械制造生产过程技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。

1、计算机辅助设计CAD：以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工作的设计、计算、建立、修改、分析和优化、信息输出等全部任务的综合性高新技术。

2、计算机辅助工程CAE：模拟仿真技术。

主要是通过构造能够准确描述研究对象的某一过程或属性的数学模型;利用合适的求解方式，设置合理的边界条件和初始条件。

3、计算机辅助制造CAM：利用计算机对制造过程进行设计、管理和控制。

包括：工艺设计、数控编程和机器人编程等内容。

4、CAD是CAM的前提,为CAM提供必备的数据信息；CAM是CAD设计方案（理念）物化的最佳途径。

5、材料加工研究的主要内容：铸造成形、焊接成形、塑性成形、注射成形.集成系统的优点：大幅度缩短新产品开发周期、最多打限度保障产品质量、显著降低新产品开发成本、有效地整合了各种资源。

6、CAD/CAE/CAM的发展趋势：如何在最短的时间内设计并制造出最优的产品,并且具有最低的成本价格。

高度集成化、智能化、网络化和协同化、绿色化7、CAD系统组成:主机CPU、外存储器、输入设备、输出设备软件组成：操作系统、支撑软件、数据库、应用软件8、CAD系统分类：信息检索CAD系统、人机交互型CAD系统、智能型CAD系统.9、插补类型计算对象直线插补终点相对起点的增量圆弧插补①以起点为参考点，计算圆心相对起点的增量；②以圆心为参考点,计算起点相对圆心的增量；10、逆铣:铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相反顺铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相同11、CAD系统的数据信息交换方式：初始图形交换规范IGES产品模型数据交换规范STEP数据交换格式STL针对CAD的数据交换格式DXF12、专家系统:人工智能的一个分支,是指在某个领域内能够起到人类专家作用,具有大量知识和经验的智能系统.13、知识表示:研究如何存储信息的数据结构和智能地管理这些数据结构以进行推理的过程。

表示法：谓词逻辑:主要是运用命题演算和谓词演算等知识来描述事实。

CAD联合CAPP及CAM软件技术在模具设计与制造中的应用0 前言模具自身的特殊性决定了模具的设计与制造是一个不可分割的整体。

由于模具的型腔多为复杂的曲面或曲线所构成，因而首先在设计、绘图、三维造型过程应用了CAD技术;在模具加工工艺规程的制订中应用CAPP软件;在模拟制造过程应用了CAM技术;加工过程应用了数控技术。

近年CAD/CAPP/CAM商业软件日益普及，使得计算机不仅被用来进行模具的设计和数控程序的生成，而且还被用来模拟模具的成型和使用过程。

因此，在模具设计与制造的过程中更多的应用计算机软件具有广阔的研究空问。

1 利用CAD软件进行模具三维造型设计1.1从二维设计向三维设计转变从设计手段看，传统的模具设计主要采用二维设计，即首先将三维的制品零件通过投影生成若干个二维视图来表示，然后在此基础上再进行模具结构设计，画出模具的装配图及各个零件图。

目前模具的设计手段正逐步从传统的二维设计向三维设计转变。

1.2模具设计中应用了特征三维造型技术根据使用要求及美学要求进行设计，在此同时要考虑材料性能、成型工艺、模具结构、成型设备、生产批量及生产成本等各方面的要求。

基于特征的三维造型软件的应用，为设计师提供了强大的设计编辑平台。

使用参数化特征造型技术，能很方便地生成产品的三维参数化模型，调整参数值即可实现设计模型快速修改，为后续的模具设计、分析、计算、调整打卜良好的基础。

2 应用CAPP软件制订模具加工工艺规程CAPP计算机辅助工艺规划，上与计算机辅助设计（CAD）相接，下与计算机辅助制造（CAM）相连，是连接设计与辅助制造之问的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。

计算机辅助工艺过程设计即CAPP设计，其作用是利用计算机来制订模具加工工艺过程，即把毛坯加工成模具图纸上所要求的零件的整个过程。

其方法是通过向计算机输入被加工零件的几何信息和工艺信息，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。