1、 1 第一章 CAD/CAE/CAM 的简述 1.1 CAD/CAE/CAM 的发展历程 1963年美国教授I.E. Su terland成功研制出了世界上第1套实时交互的计算机图 形系统SKETCHPAD，它标志着CAD技术的诞生。在1952年美国MIT试制成功了世界上第1 台数控铣床，解决了复杂零件的加工自动化，促使了数控编程技术的发展。20世纪50 年代中期，MIT研制开发了自动编程语言(APP)提出了被加工零件的描述、刀具轨迹的 计算、后置处理及数控指令自动生成等CAM基本技术。从此以后，CAD技术与CAM技术 便相辅相成地发展起来，在过去的40多年中，CAD/CAM技术经历了如下四个
2、主要发展 阶段 【1415】 ： 20世纪50年代的初始准备阶段美国麻省理工学院(MIT)于1950年在“旋风”计 算机上采用阴极射线管(CRT)做成图形终端，并能显示图形。50年代后半期出现了光 笔，由此开始了交互式计算机图形学的研究。 20世纪60年代前期的研制试验阶段此阶段是交互式计算机图形学发展的最重 要时期。该时期较著名的交互式系统有：1963年美国学者Ivan.Su therland研究的 “sketchpad”系统；1964年美国通用汽车公司的“DAC一1”系统；1965年洛克希德 公司推出的“CAD/CAM”系统，贝尔电话公司的“GRAPHIC一1”系统等，但当时刷新 式显示器
3、价格十分昂贵，CAD系统因此难以普及。 20世纪60年代末至70年代的商品化阶段交互图形技术日益成熟并得到广泛应 用，此时期CAD/CAM的发展着重于绘图技术，几何模型化及工程分析研究工作，仍以 分离的单个软件应用为主。 此时它们大多是6位机上的三维线框系统及二维绘图系统， 只能解决一些简单的产品设计问题。 20世纪80年代后的迅速发展阶段20世纪80年代工业界开始认识到CAD/CAM新 技术的重要性，大量推出新原理、新方法、新软件，并把单一功能软件集成，使之不 但能绘制工程图形，而且能进行自由曲面设计、有限元分析、三维造型、机构及机器 人分析与仿真等多种应用。与此同时，计算机硬件及输人、输出
4、设备也有较大发展， 32位的工作站可以和小型机、甚至中型机相媲美，价格低廉的彩色光栅图形显示器占 据统治地位，计算机网络获得以广泛应用，所有这些都大大促进了CAD/CAM的更大发 展。30年来，工业发达国家的CAD技术不断创新、完善，逐步发展形成一个从研究开 发、生产制造到推广应用和销售服务的完整的高技术产业。 CAE技术比起CAD、CAM发展得晚，在20世纪60-70年代，处于探索阶段，有限元技 术主要针对结构分析问题进行发展， 以解决航空航天技术发展过程中所遇到的结构强 2 度、刚度以及模拟实验和分析。20世纪70-80年代是CAE技术蓬勃发展时期，出现了大 量的机械软件，软件的开发主要集
5、中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内 存的有效利用及磁盘空间利用上， 而且有限元分析技术在结构和场分析领域获得了很 大的成功。20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件的发展向与各CAD软件的专用接 口和增强软件的前后置处理能力方向发展，使CAE走上了CAD/CAE/CAM集成的道路。 1.2 CAD/CAE/CAM 的概念、作用和关系 CAD在早期是英文Computer Aided Drafting（计算机辅助绘图）的缩写，随着 计算机软、硬件技术的发展，人们逐步地认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计 算机辅助设计，真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构 分
6、析、加工制造等。二维工程图设计只是产品设计中的一小部分，于是CAD的缩写也 由Computer Aided Drafting改为Computer Aided Design，CAD也不再仅仅是辅助绘 图，而是整个产品的辅助设计。 CAE（Computer Aided Engineering）通常指有限元分析和机构的运动学及动力 学分析。有限元分析可完成力学分析（线性、非线性、静态、动态） 、场分析（热场、 电场、磁场等） 、频率响应和结构优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移、速 度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。 CAM（Computer Aided Manufacture）可完成自动生成零件加工的数控代码，并 可进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等。是为数控机床服务的。 CAD是CAE和CAM的基础。在CAE中无论是单个零件、还是整机的有限元分析及机构 的运动分析，都需要CAD为其造型、装配；在CAM中，则需要CAD进行曲面设计、复杂 零件造型和模具设计。在CAD中对零件及部件所做的任何改变，都会在CAE和CAM中有 所反应。所以如果CA
