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作者： 来源： 发布时间：2018/2/11 16:12:47  点击数：1180

selection of pc-based cad/cam software system
zhao gexiao, et al
abstracts：this paper introduces the functions and characteristics of pc-based common cad/cam software in market. the principle and methods are suggested for selecting suitable pc-based cad/cam software system. with a shopfloor-oriented system integrated by pc and cnc machine tool, the design efficiency and quality can be greatly improved and the advantages of cnc machine tool can be fully played.
key words：cad/cam, software, pc▲
1 前言
cims是工业自动化的发展方向。作为cims核心技术的cad/cam系统，主要支持和实现产品对象的设计、分析、工艺规划、数控编程等一系列生产活动的自动化处理［1］。近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展，cad/cam已逐渐进入实用化阶段，广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具等行业。特别是数控机床的普遍使用，使得cad/cam技术成为企业实现高度自动化设计及加工的有效手段之一。目前cad/cam系统运行的硬、软件环境主要有两种：一是工作站，另一是微机。随着硬件技术的发展，在图形处理方面工作站与微机之间的差异逐渐缩小。由于微机的硬件投资远运低于工作站，且易于掌握，便于用户进行软件开发、移植和扩充，微机与各种数控装置的通讯技术成熟，因此微机逐渐成为各类cad/cam软件的主要运行平台。
cad/cam系统的工作性能，既取决于硬件系统的好坏，又受到软件性能的制约。一个良好的cad/cam软件系统，将有助于更快地编程和处理更复杂的加工作业，有助于改善工作质量、提高生产效率和利润。因此，选择合适的cad/cam软件包是十分重要的事情。下面着重介绍市场上常见的基于微机的cad/cam软件包的性能和特点，以及选择原则与方法。
2 选择cad/cam软件的原则［3］
首先应广泛了解和对比各种软件性能及价格。每一种软件都有自己的优点和不足之处，最适用的软件才是最好的软件。选择软件时，应以满足需要为前提，除价格因素外，应考虑以下几方面问题。
(1)操作使用的方便性 首先应注意软件的安装对操作系统及硬件的要求，能否直接运行于普通配置的微机上，需要增加哪些专用配件。其次再检查软件的各个子系统，比如界面设计是否符合逻辑和便于阅读，各级子菜单如何管理和显示，用户如何与系统交流等。一个好的软件还应便于初学者掌握，操作简便实用，一般应包含供初学者使用的学习模块和即时帮助系统。
(2)软件的集成化程度 一个完整的cad/cam软件系统是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础，进行统一管理。这样既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运动时间。有些cad/cam软件则以文件管理为基础，导致数据冗余度大，占用存储空间大，缺乏数据安全保护措施，不利于工程数据管理。
(3)cad功能 应能设计制作出既满足设计使用要求又适合cam加工的零件模型。优秀的cad系统是一个高效的设计工具，应具有参数化设计功能，三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联。cad可分为自动设计和交互设计两类。自动设计效率高，但灵活性差，只适用于标准化程度高、产品结构固定的产品；交互设计灵活性大，能充分发挥设计人员的主观能动性，但效率低，交互愈多愈复杂效率愈低。实际上，几乎没有纯粹的自动设计或纯粹的交互设计软件，好的软件能根据产品对象恰当地处理自动设计和交互设计的配合。另外，开放型的结构不仅便于用户进行二次开发，同时也使软件系统本身能够不断地扩充与完善。当然，还要考虑它与其它cad/cam软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，看它能支持哪几种图形文件转换，是否能从其它系统读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其它系统。
(4)cam功能 cam功能应能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。cam功能检测应注意以下几方面：
①建立二维和三维刀具路径的难易程度；
②加工方法的多样性；
③刀具路径是否易于编辑和修改；
④是否有刀具和材料数据库，使系统能自动生成进给速度和主轴转速；
⑤有无内置的防碰撞和防过切功能；
⑥能否手动超调任何机加工缺省值(如进给速度，主轴转速等)；
⑦能否对加工过程进行模拟和估算加工时间。
(5)后处理程序及数控码输出 一般的cad/cam系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出，使用户能够灵活地使用不同的数控装置。选择软件时，应了解以下几方面：
①提供哪些后处理和程序。是否包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序；
②后处理程序能否细调，以使数控输出符合用户的要求；
③能否将nc程序反向处理，显示刀具路径。
(6)升级方法和技术支援 应该了解该公司近几年来更新版本的情况，确认升级方法；公司在我国或当地有无办事处，可提供哪些技术支援；是否需要技术培训，采用什么方式等。
3 常见的基于微机的cad/cam软件包［3，4］
(1)ug unigraphics(ug)是美国eds公司发布的cad/cae/cam一体化软件。广泛应用于航空航天、汽车、通用机械及模具等领域。国内外已有许多科研院所和厂家选择了ug作为企业的cad/cam系统。ug可运行于windows nt平台，无论装配图还是零件图设计，都从三维实体造型开始，可视化程度很高。三维实体生成后，可自动生成二维视图，如三视图、轴侧图、剖视图等。其三维cad是参数化的，一个零件尺寸修改，可致使相关零件的变化。该软件还具有人机交互方式下的有限元解算程序，可以进行应变、应力及位移分析。ug的cam模块提供了一种产生精确刀具路径的方法，该模块允许用户通过观察刀具运动来图形化地编辑刀轨，如延伸、修剪等，其所带的后处理程序支持多种数控机床。ug具有多种图形文件接口，可用于复杂形体的造型设计，特别适合大型企业和研究所使用。
(2)pro/engineer pro/engineer是美国参数技术公司(ptc)开发的cad/cam软件，在我国也有较多用户。它采用面向对象的统一数据库和全参数化造型技术，为三维实体造型提供了一个优良的平台。其工业设计方案可以直接读取内部的零件和装配文件，当原始造型被修改后，具有自动更新的功能。其moldesign模块用于建立几何外形，产生模具的模芯和腔体，产生精加工零件和完善的模具装配文件。新近发布的20.0版本，提供最佳加工路径控制和智能化加工路径创建，允许nc编程人员控制整体的加工路径直到最细节的部分。该软件还支持高速加工和多轴加工，带有多种图形文件接口。
(3)i-deas i-deas是美国sdrc公司开发的一套完整的cad/cam系统，其侧重点是工程分析和产品建模。它采用开放型的数据结构，把实体建模、有限元模型与分析、计算机绘图、实验数据分析与综合、数控编程以及文件管理等集成为一体，因而可以在设计过程中较好地实现计算机辅助机械设计。通过公用接口以及共享的应用数据库，把软件各模块集成于一个系统中。其中实体建模是i-deas的基础，它包括了物体建模、系统组装及机构设计等模块。物体建模模块可通过定义非均匀有理b样条曲线构成的光滑表面来形成雕塑曲面；系统组装模块通过对给定几何实体的定位来表达组件的关系，并可实现干涉检验及物理特性计算；机构设计模块用来分析机构的复杂运动关系，并可通过动画显示连杆机构的运动过程。
(4)catia catia最早是由法国达索飞机公司研制的，目前属于ibm公司，是一个高档cad/cam/cae系统，广泛用于航空、汽车等领域。它采用特征造型和参数化造型技术，允许自动指定或由用户指定参数化设计、几何或功能化约束的变量式设计。根据其提供的3d线架，用户可以精确地建立、修改与分析3d几何模型。其曲面造型功能包含了高级曲面设计和自由外形设计，用于处理复杂的曲线和曲面定义，并有许多自动化功能，包括分析工具，加速了曲面设计过程。catia提供的装配设计模块可以建立并管理基于3d的零件和约束的机械装配件，自动地对零件间的连接进行定义，便于对运动机构进行早期分析，大大加速了装配件的设计，后续应用则可利用此模型进行进一步的设计、分析和制造。catia具有一个nc工艺数据库，存有刀具、刀具组件、材料和切削状态等信息，可自动计算加工时间，并对刀具路径进行重放和验证，用户可通过图形化显示来检查和修改刀具轨迹。该软件的后处理程序支持铣床、车床和多轴加工。
(5)surfcam 美国加州的surfware公司开发的surfcam是基于windows的数控编程系统，附有全新透视图基底的自动化彩色编辑功能，可迅速而又简捷地将一个模型分解为型芯和型腔，从而节省复杂零件的编程时间。该软件的cam功能具有自动化的恒定z水平粗加工和精加工功能，可以使用圆头、球头和方头立铣刀在一系列z水平上对零件进行无撞伤的曲面切削。对某些作业来说，这种加工方法可以提高粗加工效率和减少精加工时间。v7.0版本完全支持基于微机的实体模型建立。另外surfware公司和solidworks公司签有合作协议，solidworks的设计部分将成为surfcam的设计前端，surfcam将直接挂在solidworks的菜单下，二者相辅相成。
(6)virtual gibbs 美国gibbs & associates公司早在1984年就推出cam软件包，最近推出了用于实体模型建立和多曲面加工的新模块virtual gibbs。这个模块可用来建立、输入、修改和加工三维实体模型和曲面，可运行于windows95和windows nt操作系统。该软件具有过程控制功能，用户可返回到以前的任何步骤进行修改。软件能在整个模型和刀具轨迹中自动引入所作的修改，提供了最大的灵活性和效能。软件提供的多曲面加工能力，可使许多加工过程自动化处理，可用多个刀具作一次装夹加工，从而简化了编程，节省了时间。该软件还提供了iges图形文件接口。
(7)cimatron cimatron是加拿大安大略省的cimatron technologies公司开发的，可运行于dos、windows或nt，是早期的微机cad/cam软件。其cad部分支持复杂曲线和复杂曲面造型设计，在中小型模具制造业有较大的市场。在确定工序所用的刀具后，其nc模块能够检查出应在何处保留材料不加工，对零件上符合一定几何或技术规则的区域进行加工。通过保存技术样板，可以指示系统如何进行切削，可以重新应用于其它加工件，即所谓基于知识的加工。该软件能够对含有实体和曲面的混合模型 进行加工。它还具有iges、dxf、sta、cadl等多种图形文件接口。
(8)master cam 由于价格便宜，master cam是一种应用广泛的中低档cad/cam软件，由美国cnc software公司开发，v5.0以上运行于windows或windows nt。该软件三维造型功能稍差，但操作简便实用，容易学习。新的加工任选项使用户具有更大的灵活性，如多曲面径向切削和将刀具轨迹投影到数量不限的曲面上等功能。这个软件还包括新的c轴编程功能，可顺利将铣削和车削结合。其它功能，如直径和端面切削、自动c轴横向钻孔、自动切削与刀具平面设定等，有助于高效的零件生产。其后处理程序支持铣削、车削、线切割、激光加工以及多轴加工。另外，master cam提供多种图形文件接口，如sat、iges、vda、dxf、cadl以及stl等。
4 结束语
选择合适的基于微机的cad/cam软件，将微机与cnc机床组成面向车间的系统，将大大提高设计效率和设计质量，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产水平，实现系统集成和设计制造一体化。■
作者简介：赵葛霄，广州五山，广东工业大学五山校区fmc中心，510643）
作者单位：赵葛霄（广东工业大学）
高伟强（广东工业大学）
刘作毅（广东工业大学）
参考文献：
［1］杨萱，李佳等.箱体类零件cad/cam集成技术的研究.组合机床与自动化加工技术，1997(10)
［2］刘利.当前nc的热点——开放化与pc化.机电一体化，1998(1)
［3］郭启全.cad/cam基础教程.北京：电子工业出版社，1997.
［4］刘雄伟等.数控加工理论与编程技术.北京：机械工业出版社，1994.

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