CAD/CAM技术在机械设计制造中的应用研究

崔松华

摘 要： 随着计算机技术的迅速发展，CAD/CAM技术在机械制造业中得到广泛应用，尤其是CAD技术从二维绘图向三维仿真模型的发展，以及在此基础上逐步发展成熟的零件结构设计和分析、有限元分析、装配设计及仿真、数控加工与仿真等计算机辅助功能，使CAD/CAE/CAMP/DM等逐步集成为综合的计算机辅助设计、制造系统。本文结合工作实践，在分析CAD/CAM系统关键技术的基础上，对CAD/CAM技术在机械设计与加工中的应用进行了探讨。

关键词： CAD/CAM技术 机械设计制造 应用教学

1. CAD/CAM系统概述

CAD/CAM系统软件主要针对计算机的硬件和软件资源进行管理，是进行CAD/CAM系统应用及开发的软件平台，通常包括的内容有三个：操作系统、网络管理系统和编译系统。当前微软系统中主要的操作系统是Windows98、Windows2000、WindowsXP和WindowsNT，而相关工作站中主要使用的是UNIX操作系统，在苹果计算机中则主要使用Mac操作系统等；编译系统实际上就是通过高级语言编写计算机应用程序，形成计算机可以直接执行的语言，其中主要的高级语言有：C/C++、Basic、Pascal、Lisp、Prolog等。

2. CAD/CAM系统的关键技术

2.1 CAM数据库

CAM数据库是将全部需要存储的数据进行存储，然后通过计算机高速存取信息功能，提供设计和生产过程中需要的各种数据信息，同时还可以对产品生产的整个过程进行监控。

2.2生产管理

在数控程序编制完成之后，需要加工的零件将信息存入CAM数据库。全部的生产计划经过相关的调度程序调控生产的进行。调度程度通过对相关的生产程序进行接收，然后制订下列生产计划：（1）关注生产中各个零部件的生产情况；（2）关注生产中不同数控机床的运行情况；（3）对比生产时间和计划时间的差异；（4）机床或者其他的设备系统出现问题。根据调度程序将上述信息进行检测和确定后，明确不同的机床生产中的负荷和排列计划。如果调度程序对下一步的零件程序予以确定后，就可以将缓冲器中通过直接或者间接的方式存储的信息，传输到数控机床的相关生产单元中。

3. CAD/CAM技术在机械设计与加工中的应用

3.1 CAD/CAM技术在机械设计的应用

3.1.1零件的建模设计。零件生产的建模过程就是对零件需要的特征进行确定的过程，通过合理的组合方法形成零部件的生产模型。在零件与特征之间主要体现的关系是层次性的关系，这就要求相关设计人员在设计的过程中，不仅要有非常清楚的空间想象能力，还要对零件建模的各种技巧加以掌握，增强建模的灵活性，进而有效提高零部件建模的速度和效率。

3.1.2装配建模设计。在相关机械产品的生产中，需要将各种零部件进行组装，然后将组装后的零部件整合形成机器。因此，可以将一个非常复杂的机器看做是由无数个零部件组合而成的，而复杂的部件则可以当做若干组件形成的局部。可以说这是对机器的层次性描述，通过这种描述能够极大地方便机器的制造和设计。此外，机器在模型的装备中也会体现这种层次性关系。

在计算机上安装各种零部件的层次性组合，通过零部件的组合形成完整的装配体的过程就是装配建模和设计，回转、直线运动机构（装配钩）是通过两个子装配（驱动部分和传動部分）加上一个零件（活塞缸）组成。一个装配系统对零部件之间的构成关系进行完整的记录，同时也规定不同的零部件之间的限制关系。

3.2 CAD/CAM技术在机械加工中的应用

CAD/CAM技术在机械加工中的应用主要是针对产品的加工和制造中必须完整的工作而设计的，其中主要的内容是工艺设计、用于零件加工的数控编程、用于零件装配的机器人编程等的准备工作。其中工艺设计主要内容是通过研究和确定零件加工需要使用的加工顺序、设备和方法等内容。工艺设计需要较多的经验，在传统的加工中需要很多具有丰富经验的工作人员，而通过机械工具的运用，可以将经验数据存储在计算机中，然后通过人机对话，操作人员只要执行计算机操作就能完成工艺设计和生产任务。

美国科学院进行了相关调查，通过CAD/CAM集成技术，有效地降低50%设计时间、30%的制造时间和10%的成本投入，同时具有非常高的一次成功率。以整体铝合金车轮的生产过程为例：当前，轿车轮毂通常是使用整体式铝合金来制作的，在生产上大多使用金属型铸造进行生产。随着我国社会的进步和经济的发展，轿车生产厂家在生产中会对轮毂进行不断的修改，从而更好地满足消费者的实际。这就要求在进行新产品的设计和研发中需要缩短周期，但同时要确保产品的质量不断提高。因此，依靠传统的生产模式是无法适应当前市场发展的，必须采用CAD/CAE/CAM/RPM的一体化这一全新的生产模式进行。

利用CAD/CAM技术加工轮毂，首先利用Pro/E系统设计出轮毂产品的模型，其次根据产皮结构设计产品模具，具体包括产品的上、下模具和侧模（4块）等。对轮毂和模具设计方案不断地通过模拟实现优化，优化的内容包括传热过程模拟及冷却工艺分析。在模拟的基础上对方案进行优化和分析，然后将优化后方案输入CAD/CAM系统中，从而迅速制造出低压铸造模具，进而生产处符合要求的产品。采用CAD/CAM集成技术，轮毂的实际制造过程可以缩减为6天，大大缩短生产周期。

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