材料加工CAD/CAM的发展历程

CAD/CAM技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。虽然这项技术兴起的时间不长,但发展速度很快。目前它已经成为新一代生产技术的核心,被公认为是提高制造业生产率和产品竞争力的关键。在形成和发展过程中,CAD/CAM系统针对不同的应用领域、用户需求和技术环境,表现出不同的发展水平和构造模式。CAD和CAM两项技术虽然几乎是同时诞生的,但在相当长的时间里却是按照各自轨迹独立地发展起来的。

CAD诞生于20世纪60年代美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划。1950年,麻省理工学院采用阴极射线管(CRT)研制成功图形显示终端,实现了图形的屏幕显示,并在此基础上孕育出一门新兴学科——计算机图形学。50年代后期出现了光笔,从此开始了交互式绘图的历史。由于当时硬件设施昂贵,只有美国通用汽车公司和波音公司使用自行开发的交互式绘图系统。60年代初,屏幕菜单指点、功能键操作、光笔定位、图形动态修改等交互绘图技术和CAD的曲面片技术相继出现。1962年,美国人Ivan Sutherland开发出第一个交互式图形系统Sketchpad。此后,相继出现了一大批商品化CAD软件系统。70年代,小型计算机费用下降,美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统,完整的CAD系统开始形成。80年代,随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现,工程工作站问世,CAD技术在中小型企业逐步普及。又由于PC的应用,CAD得以迅速发展,出现了专门从事CAD系统开发的公司。比如当时的Autodesk公司是一个仅有数名员工的小公司,其开发的CAD系统虽然功能有限,但因其可免费复制,故得以广泛应用。同时,由于系统的开放性,该CAD软件升级迅速。80年代中期以来,CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展,一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出,为CAD技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用;系统构造由过去的单一功能变成综合功能,出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统;固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用,极大地提高了CAD系统的性能;人工智能和专家系统技术引入CAD,出现了智能CAD技术,使CAD系统的问题求解能力大为增强,设计过程更趋自动化。

CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜,应用范围也逐渐变广。CAD最初主要被用于产生和手绘图样相仿的图样。如今,CAD已经不仅仅用于绘图和显示,它开始进入设计者的专业知识中更智能的部分。随着计算机技术的日益发展,CAD经历了二维平面图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。现在,CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。(www.xing528.com)

CAM中的核心技术是数控技术,编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节,其技术的发展主要是在数控编程和计算机辅助工艺过程规划两个方面,其中的数控编程主要是发展自动编程技术。麻省理工学院于1950年研究开发了数控机床的加工零件编程语言APT,它是类似FOR_- TRAN的高级语言,增强了几何定义、刀具运动等语句,使编写程序变得简单,以此形成了早期的CAM系统。在此基础上,又发展成APTⅢ、APTⅣ。20世纪60年代初,西欧开始引入数控技术。在自动编程方面,除了引进美国的系统外,各国还发展了自己的自动编程系统,如英国国家工程研究所的ZCL、德国的EXAPT等。目前,CAM技术已经成为CAX(CAD、CAE、CAM等)体系的重要组成部分,可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型(实体+曲面)上进行加工编程,生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cima-tron、MasterCAM等。

1990年以后,CAD/CAM技术由过去的单一功能、单一领域、单一内容的运行模式,向集成化、智能化、标准化和网络化的方向发展。同时,面向对象技术、并行工程思想、人工智能技术、计算机集成制造系统、快速成型技术等的研究,也极大地推动了CAD/CAM技术更快、更好地发展。