基于微机的CAD/CAM软件系统的选择

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
　　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
　　(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。