CADCAM的未来发展趋势.docx

CAD/CAM 的未来发展趋势在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和生产,在 很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要模 具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要 标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发展模具 CAD/CAM 是在模具 CAD 和模具 CAM 分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃 CAD/CAM 技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术 支持,为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化、 集成化、网络化的最优选择1 目前国内流行的 CAD/CAM 软件特点及其应用情况1.1 国外软件1.1.1 Unigraphics(UG)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 UnigraphicsSolutions 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1.1.2 AutoCADAutoCAD 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,占整个 CAD/CAE/CAM 软件市场的 37%左 右,在中国二维绘图 CAD 软件市场占有绝对优势1.1.3 MDT(MechanicalDesktop)MDT 是 Autodesk 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据称目前已经装机 2 万余套,国内已销售近千套1.1.4 SolidWorksSolidWorks 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,SolidWorks 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1.1.5 Pro/EngineerPro/Engineer 是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation 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,在中国模具工厂得到了非常广泛的应用1.2 国内软件1.2.1 PICADPICAD 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 CAD 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1.2.2 高华 CAD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 GHDrafting、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1.2.3 CAXACAXA 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、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1.2.4 GS-CAD98GS-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1.2.5 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1.2.6 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2 目前 CAD/CAM 软件二次开发情况如上所述,许多商品化的 CAD/CAM 系统在模具行业中得到了广泛应用,但由于这些 CAD/CAM 系统都是作为通用机械设计与制造软件来设计的,没有特别针对模具,为了提高模 具设计的效率与正确率,需要对其进行二次开发。

在微机平台上开发 CAD/CAM 软件方面我 国与国外起点差不多,都是使用 VisualC++或 OpenGL 等工具进行软件开发,国内许多高校、软 件公司和企业在此基础上开发出了先进的、有自己特色的、符合中国用户习惯的 CAD/CAM 软件或模块,其中有一些成果已经得到了推广和使用[7]如华中科技大学 1997 年推出了 HSC2.0 注射模 CAD/CAE/CAM 集成系统,该系统以 AutoCAD 软件包为图形支撑平台,包括模具 结构设计子系统,结构及工艺参数计算校核子系统,塑料流动、冷却等子系统合肥工业大学 基于 AutoCAD 与 MDT 的三维参数化注射模系统 IPMCADV4.0另外,众多的科研单位和企业 也针对具体应用开发了众多的插件和模块,如武汉汽车工业大学开发了基于 SolidWorks 的三 维标准件库 3DPARTLIB 等3 模具 CAD/CAM 软件开发应遵循的原则1)用户界面友好 软件开发的目的是为了应用,所以用户是否可以较为容易地掌握成为 评价软件的基本标准一个友好的用户界面应包括:使用方便,界面熟悉,有灵活的提示帮助 信息,良好的交互方式,良好的出错处理。

2)遵循软件工程方法 软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程科学即采用工程 的概念原理、技术和方法来开发和维护软件软件工程采用生命周期法从时间上对软件的 开发和维护进行分解,把软件生存周期依次划分为几个阶段,分阶段进行开发3)参数化 CAD 对于系列化、通用化和标准化程度高的产品,产品设计所采用的数学模型 及产品结构都是固定的不同的仅是结构尺寸的差异,这是由于相同数目及类型的已知条件 在不同规格的产品设计中取不同值而造成的对于这类产品,可以将已知条件及其他的随着 产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替,然后根据这些已知条件和基本参数,由计算机 自动查询图形数据库,或由相应的软件计算出绘图所需的全部数据,由专门的绘图生成软件在 屏幕上自动地设计出图形来,这种方法称为参数化 CAD4)成组 CAD 许多企业的产品结构尽管不一样,但比较相似,可以根据产品结构和工艺性 的相似性,利用成组技术将零件划分成有限数目的零件库,根据同一零件族中各零件的结构特 点编制相应的 CAD 通用软件,用于该族所有零件的设计,这就是“成组 CAD”5)智能化 CAD 工程设计中有一部分工作是非计算性的,需要推理和判断,其中包括设计过 程内容的过程决策和具体设计的技术决策。

因此,设计效率和质量在较大程度上取决于设计 师的实践经验、创造性思维和工作的责任心采用专家系统可以指导设计师下一步该做什 么,当前存在问题,建议问题的解决途径和推荐解决方案,或者模拟人的智慧,根据出现的问题 提出合理的解决方案采用专家系统可以提高设计质量和效率智能化 CAD 就是将专家系 统与 CAD 技术融为一体而建立起来的系统4 模具 CAD/CAM 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1)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,按用户要求对相似 模具结构进行修改,即可生成所需要的结构2)集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术。