1、前言
　　CIMS是工業(yè)自動化的發(fā)展方向。作為CIMS核心技術(shù)的CAD/CAM系統(tǒng)，主要支持和實現(xiàn)產(chǎn)品對象的設(shè)計、分析、工藝規(guī)劃、數(shù)控編程等一系列生產(chǎn)活動的自動化處理［1］。近幾年，隨著計算機和數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD/CAM已逐漸進入實用化階段，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機械、模具制造、家電、玩具等行業(yè)。特別是數(shù)控機床的普遍使用，使得CAD/CAM技術(shù)成為企業(yè)實現(xiàn)高度自動化設(shè)計及加工的有效手段之一。目前CAD/CAM系統(tǒng)運行的硬、軟件環(huán)境主要有兩種：一是工作站，另一是微機。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，在圖形處理方面工作站與微機之間的差異逐漸縮小。由于微機的硬件投資遠運低于工作站，且易于掌握，便于用戶進行軟件開發(fā)、移植和擴充，微機與各種數(shù)控裝置的通訊技術(shù)成熟，因此微機逐漸成為各類CAD/CAM軟件的主要運行平臺。
　　CAD/CAM系統(tǒng)的工作性能，既取決于硬件系統(tǒng)的好壞，又受到軟件性能的制約。一個良好的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，將有助于更快地編程和處理更復(fù)雜的加工作業(yè)，有助于改善工作質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和利潤。因此，選擇合適的CAD/CAM軟件包是十分重要的事情。下面著重介紹市場上常見的基于微機的CAD/CAM軟件包的性能和特點，以及選擇原則與方法。
2、選擇CAD/CAM軟件的原則
　　首先應(yīng)廣泛了解和對比各種軟件性能及價格。每一種軟件都有自己的優(yōu)點和不足之處，最適用的軟件才是最好的軟件。選擇軟件時，應(yīng)以滿足需要為前提，除價格因素外，應(yīng)考慮以下幾方面問題。
　　(1)操作使用的方便性　首先應(yīng)注意軟件的安裝對操作系統(tǒng)及硬件的要求，能否直接運行于普通配置的微機上，需要增加哪些專用配件。其次再檢查軟件的各個子系統(tǒng)，比如界面設(shè)計是否符合邏輯和便于閱讀，各級子菜單如何管理和顯示，用戶如何與系統(tǒng)交流等。一個好的軟件還應(yīng)便于初學(xué)者掌握，操作簡便實用，一般應(yīng)包含供初學(xué)者使用的學(xué)習(xí)模塊和即時幫助系統(tǒng)。
　　(2)軟件的集成化程度　一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的，如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、數(shù)控加工、有限元分析、仿真模擬、動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)該以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進行統(tǒng)一管理。這樣既保持了底層數(shù)據(jù)的完整性和一致性，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，又節(jié)約了系統(tǒng)資源和運動時間。有些CAD/CAM軟件則以文件管理為基礎(chǔ)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余度大，占用存儲空間大，缺乏數(shù)據(jù)安全保護措施，不利于工程數(shù)據(jù)管理。
　　(3)CAD功能　應(yīng)能設(shè)計制作出既滿足設(shè)計使用要求又適合CAM加工的零件模型。優(yōu)秀的CAD系統(tǒng)是一個高效的設(shè)計工具，應(yīng)具有參數(shù)化設(shè)計功能，三維實體模型與二維工程圖形應(yīng)能相互轉(zhuǎn)化并關(guān)聯(lián)。CAD可分為自動設(shè)計和交互設(shè)計兩類。自動設(shè)計效率高，但靈活性差，只適用于標(biāo)準(zhǔn)化程度高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)固定的產(chǎn)品；交互設(shè)計靈活性大，能充分發(fā)揮設(shè)計人員的主觀能動性，但效率低，交互愈多愈復(fù)雜效率愈低。實際上，幾乎沒有純粹的自動設(shè)計或純粹的交互設(shè)計軟件，好的軟件能根據(jù)產(chǎn)品對象恰當(dāng)?shù)靥幚碜詣釉O(shè)計和交互設(shè)計的配合。另外，開放型的結(jié)構(gòu)不僅便于用戶進行二次開發(fā)，同時也使軟件系統(tǒng)本身能夠不斷地擴充與完善。當(dāng)然，還要考慮它與其它CAD/CAM軟件的兼容性，注意軟件所帶的圖形文件接口，看它能支持哪幾種圖形文件轉(zhuǎn)換，是否能從其它系統(tǒng)讀取圖形文件，或?qū)⒈鞠到y(tǒng)的圖形文件傳送到其它系統(tǒng)。
　　(4)CAM功能　CAM功能應(yīng)能提供一種交互式編程并產(chǎn)生加工軌跡的方法，它包括加工規(guī)劃、刀具設(shè)定、工藝參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容。CAM功能檢測應(yīng)注意以下幾方面：
　　①建立二維和三維刀具路徑的難易程度；
　　②加工方法的多樣性；
　　③刀具路徑是否易于編輯和修改；
　　④是否有刀具和材料數(shù)據(jù)庫，使系統(tǒng)能自動生成進給速度和主軸轉(zhuǎn)速；
　　⑤有無內(nèi)置的防碰撞和防過切功能；
　　⑥能否手動超調(diào)任何機加工缺省值(如進給速度，主軸轉(zhuǎn)速等)；
　　⑦能否對加工過程進行模擬和估算加工時間。
　　(5)后處理程序及數(shù)控碼輸出　一般的CAD/CAM系統(tǒng)使用后處理程序提供用戶化的數(shù)控碼輸出，使用戶能夠靈活地使用不同的數(shù)控裝置。選擇軟件時，應(yīng)了解以下幾方面：
　　①提供哪些后處理和程序。是否包括車床、線切割、電火花機床或三維五軸數(shù)控編程的后處理程序；
　　②后處理程序能否細調(diào)，以使數(shù)控輸出符合用戶的要求；
　　③能否將NC程序反向處理，顯示刀具路徑。
　　(6)升級方法和技術(shù)支援　應(yīng)該了解該公司近幾年來更新版本的情況，確認(rèn)升級方法；公司在我國或當(dāng)?shù)赜袩o辦事處，可提供哪些技術(shù)支援；是否需要技術(shù)培訓(xùn)，采用什么方式等。
3、常見的基于微機的CAD/CAM軟件包
　　(1)UG　Unigraphics(UG)是美國EDS公司發(fā)布的CAD/CAE/CAM一體化軟件。廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、通用機械及模具等領(lǐng)域。國內(nèi)外已有許多科研院所和廠家選擇了UG作為企業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)。UG可運行于Windows NT平臺，無論裝配圖還是零件圖設(shè)計，都從三維實體造型開始，可視化程度很高。三維實體生成后，可自動生成二維視圖，如三視圖、軸側(cè)圖、剖視圖等。其三維CAD是參數(shù)化的，一個零件尺寸修改，可致使相關(guān)零件的變化。該軟件還具有人機交互方式下的有限元解算程序，可以進行應(yīng)變、應(yīng)力及位移分析。UG的CAM模塊提供了一種產(chǎn)生精確刀具路徑的方法，該模塊允許用戶通過觀察刀具運動來圖形化地編輯刀軌，如延伸、修剪等，其所帶的后處理程序支持多種數(shù)控機床。UG具有多種圖形文件接口，可用于復(fù)雜形體的造型設(shè)計，特別適合大型企業(yè)和研究所使用。
　　(2)Pro/ENGINEER　Pro/ENGINEER是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)開發(fā)的CAD/CAM軟件，在我國也有較多用戶。它采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和全參數(shù)化造型技術(shù)，為三維實體造型提供了一個優(yōu)良的平臺。其工業(yè)設(shè)計方案可以直接讀取內(nèi)部的零件和裝配文件，當(dāng)原始造型被修改后，具有自動更新的功能。其MOLDESIGN模塊用于建立幾何外形，產(chǎn)生模具的模芯和腔體，產(chǎn)生精加工零件和完善的模具裝配文件。新近發(fā)布的20.0版本，提供最佳加工路徑控制和智能化加工路徑創(chuàng)建，允許NC編程人員控制整體的加工路徑直到最細節(jié)的部分。該軟件還支持高速加工和多軸加工，帶有多種圖形文件接口。
　　(3)I-DEAS　I-DEAS是美國SDRC公司開發(fā)的一套完整的CAD/CAM系統(tǒng)，其側(cè)重點是工程分析和產(chǎn)品建模。它采用開放型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把實體建模、有限元模型與分析、計算機繪圖、實驗數(shù)據(jù)分析與綜合、數(shù)控編程以及文件管理等集成為一體，因而可以在設(shè)計過程中較好地實現(xiàn)計算機輔助機械設(shè)計。通過公用接口以及共享的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，把軟件各模塊集成于一個系統(tǒng)中。其中實體建模是I-DEAS的基礎(chǔ)，它包括了物體建模、系統(tǒng)組裝及機構(gòu)設(shè)計等模塊。物體建模模塊可通過定義非均勻有理B樣條曲線構(gòu)成的光滑表面來形成雕塑曲面；系統(tǒng)組裝模塊通過對給定幾何實體的定位來表達組件的關(guān)系，并可實現(xiàn)干涉檢驗及物理特性計算；機構(gòu)設(shè)計模塊用來分析機構(gòu)的復(fù)雜運動關(guān)系，并可通過動畫顯示連桿機構(gòu)的運動過程。
　　(4)CATIA　CATIA最早是由法國達索飛機公司研制的，目前屬于IBM公司，是一個高檔CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，廣泛用于航空、汽車等領(lǐng)域。它采用特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，允許自動指定或由用戶指定參數(shù)化設(shè)計、幾何或功能化約束的變量式設(shè)計。根據(jù)其提供的3D線架，用戶可以精確地建立、修改與分析3D幾何模型。其曲面造型功能包含了高級曲面設(shè)計和自由外形設(shè)計，用于處理復(fù)雜的曲線和曲面定義，并有許多自動化功能，包括分析工具，加速了曲面設(shè)計過程。CATIA提供的裝配設(shè)計模塊可以建立并管理基于3D的零件和約束的機械裝配件，自動地對零件間的連接進行定義，便于對運動機構(gòu)進行早期分析，大大加速了裝配件的設(shè)計，后續(xù)應(yīng)用則可利用此模型進行進一步的設(shè)計、分析和制造。CATIA具有一個NC工藝數(shù)據(jù)庫，存有刀具、刀具組件、材料和切削狀態(tài)等信息，可自動計算加工時間，并對刀具路徑進行重放和驗證，用戶可通過圖形化顯示來檢查和修改刀具軌跡。該軟件的后處理程序支持銑床、車床和多軸加工。
　　(5)Surfcam　美國加州的Surfware公司開發(fā)的Surfcam是基于Windows的數(shù)控編程系統(tǒng)，附有全新透視圖基底的自動化彩色編輯功能，可迅速而又簡捷地將一個模型分解為型芯和型腔，從而節(jié)省復(fù)雜零件的編程時間。該軟件的CAM功能具有自動化的恒定Z水平粗加工和精加工功能，可以使用圓頭、球頭和方頭立銑刀在一系列Z水平上對零件進行無撞傷的曲面切削。對某些作業(yè)來說，這種加工方法可以提高粗加工效率和減少精加工時間。V7.0版本完全支持基于微機的實體模型建立。另外Surfware公司和SolidWorks公司簽有合作協(xié)議，SolidWorks的設(shè)計部分將成為Surfcam的設(shè)計前端，Surfcam將直接掛在SolidWorks的菜單下，二者相輔相成。
　　(6)Virtual Gibbs　美國Gibbs & Associates公司早在1984年就推出CAM軟件包，最近推出了用于實體模型建立和多曲面加工的新模塊Virtual Gibbs。這個模塊可用來建立、輸入、修改和加工三維實體模型和曲面，可運行于Windows95和Windows NT操作系統(tǒng)。該軟件具有過程控制功能，用戶可返回到以前的任何步驟進行修改。軟件能在整個模型和刀具軌跡中自動引入所作的修改，提供了最大的靈活性和效能。軟件提供的多曲面加工能力，可使許多加工過程自動化處理，可用多個刀具作一次裝夾加工，從而簡化了編程，節(jié)省了時間。該軟件還提供了IGES圖形文件接口。
　　(7)Cimatron Cimatron是Cimatron Technologies公司開發(fā)的，可運行于DOS、Windows或NT，是早期的微機CAD/CAM軟件。其CAD部分支持復(fù)雜曲線和復(fù)雜曲面造型設(shè)計，在中小型模具制造業(yè)有較大的市場。在確定工序所用的刀具后，其NC模塊能夠檢查出應(yīng)在何處保留材料不加工，對零件上符合一定幾何或技術(shù)規(guī)則的區(qū)域進行加工。通過保存技術(shù)樣板，可以指示系統(tǒng)如何進行切削，可以重新應(yīng)用于其它加工件，即所謂基于知識的加工。該軟件能夠?qū)袑嶓w和曲面的混合模型 進行加工。它還具有IGES、DXF、STA、CADL等多種圖形文件接口。
　　(8)Master CAM　由于價格便宜，Master CAM是一種應(yīng)用廣泛的中低檔CAD/CAM軟件，由美國CNC Software公司開發(fā)，V5.0以上運行于Windows或Windows NT。該軟件三維造型功能稍差，但操作簡便實用，容易學(xué)習(xí)。新的加工任選項使用戶具有更大的靈活性，如多曲面徑向切削和將刀具軌跡投影到數(shù)量不限的曲面上等功能。這個軟件還包括新的C軸編程功能，可順利將銑削和車削結(jié)合。其它功能，如直徑和端面切削、自動C軸橫向鉆孔、自動切削與刀具平面設(shè)定等，有助于高效的零件生產(chǎn)。其后處理程序支持銑削、車削、線切割、激光加工以及多軸加工。另外，Master CAM提供多種圖形文件接口，如SAT、IGES、VDA、DXF、CADL以及STL等。
4、結(jié)束語
　　選擇合適的基于微機的CAD/CAM軟件，將微機與CNC機床組成面向車間的系統(tǒng)，將大大提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)越性，提高整體生產(chǎn)水平，實現(xiàn)系統(tǒng)集成和設(shè)計制造一體化。