1.CAD简史
第二次CAD技术革命──蹦着跑的实体建模
80年代初，CAD软件和计算机硬件投入极其高昂。受限于平台，如何在市场中获得较大的份额，以CV、SDRC、UG为代表的系统开始四面突击。SDRC公司在开发出了许多专用分析模块CAE。有了曲面面数据，CAM的计算条件基本解决。但是曲面只能反映片面的曲面信息，难以准确表达零件的其它特性（拐角，正反面法向等），通过在CAD/CAE技术发展过程中的磨合，SDRC于79年发布了第一个实体建模风格的CAD/CAE软件──IDEAS。由于实体建模能够准确表达零件的主要属性（相对而言），在理论上部分实现CAD/CAE/CAM的数据一致性。实体建模确实是CAD发展史上的第二次技术革命。
进入本世纪后，Siemens PLM Software开发了新一代的同步建模模块——实体建模随着计算机普及，直观操作、虚拟化技术的同步应用，人机交互建模技术进入一个快速的发展期。
2.CAD技术的现状
CAD技术在工程设计中有着广泛应用，在建筑设计领域，包括方案设计、三维造型、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类应用软件。在结构设计，CAD软件可以做到有限元分析、结构平面设计、结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等工作。此外CAD软件还能应用于水、电、暖以及及管道等各种设备设计。在城市规划、城市交通设计，市政管线设计，交通工程设计，水利工程设计以及其他工程设计和造价、管理等方面，计算机辅助设计软件也有着很广泛的应用。
基于计算机系统硬件发展现状，以及新的AI等矩阵式计算机应用技术的发展实际。
从具体生产出发，纵观目前CAD软件的问题主要是:
(1)操作性习性，想使用好CAD软件需要较长的学习过程，还需要一定的知识技能基础（画法几何和制图，机械原理等），所以，注定操作越来越简便易学。
（2）CAD的软件智能化，目前CAD软件的智能化不高， 除了建模外，还需要人工进行侧面数据处理与理论评估；（稳定第一，顺便降低硬件投入，那就非常NICE）
（3）CAD与SIM，在造型与仿真数据衔接做的也不是很好。（一次转身，也许就是一生）
（4） CAD系统的集成化，集成化是许多系统发展的趋势。（这跟系统有很大关系）
当然还有标准化、智能化 络技术的应用、多学科、多功能、综合产品设计、逆向工程的应用和快速成形技术。
3.CAM技术
CAM编程是从零件图纸到获得数控加工工艺的过程。它的工作是计算加工轨迹的刀位点（cutter location point简称CL点）。刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。
1.2 数控编程技术的发展概况
为了解决数控加工中的程序编制问题，50年代，MIT设计了一种专门用于机械零件数控加工程序编制的语言，称为APT（Automatically Programmed Tool）。其后，APT几经发展，形成了诸如APTII、APTIII（立体曲面切削用）、APT（算法改进，增加多坐标曲面加工编程功能）、APT-AC（Advanced contouring）(增加切削数据库管理系统)和APT-/SS（Sculptured Surface）(增加雕塑曲面加工编程功能)等先进版。
1985年ISO（国际标准化组织）公布的数控机床自动编程语言（ISO4342—1985）就是以APT语言为基础的。
采用APT语言编制数控程序具有程序简炼，走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素.APT仍有许多不便之处：采用语言定义零件几何形状，难以描述复杂的几何形状，缺乏几何直观性；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD数据库和CAPP系统有效连接；不容易作到高度的自动化，集成化。
2.2 基于特征的NC刀轨生成方法
参数化特征已相当成熟，但基于特征的CNC研究才开始不久。特征加工不再对那些基础的几何图素(如：点、线、面、实体)进行选取，而转变为直接配合工艺思路的特征进行编程。
W.R.Mail和A.J.Mcleod通过研究中给出了一个基于特征的NC代码生成子系统，工作原理是：零件的单个加工过程都可看成该零件特征区域加工的总和。对整个特征或特征区域分别加工即完成了零件的加工。且特征或特征区域的NC代码可自动生成。10年前该系统只适用于2.5D零件的加工。
Lee and Chang开发了如何用虚拟边界的方法自动产生NURBS特征刀具轨迹的系统。工作原理是：在凸自由曲面内嵌入一个最小的长方块，这样凸自由曲面特征就被转换成一个凹特征。最小的长方块与最终产品模型的合并就构成了被称为虚拟模型的一种间接产品模型。TOOL轨迹的生成方法分成三步：（1）、切削SURFACES特征；（2）、切削NURBS曲面特征；（3）、切削BUER特征。
Jong-Yun Jung研究了基于特征的非切削刀迹生成问题(G00相关)。把基于特征的加工轨迹分成轮廓加工和区域加工两类，并定义了这两类加工的切削方向，通过减少切削刀迹达到整体优化刀具轨迹的目的。主要针对几种基本特征（孔、内凹、台阶、槽）的典型走刀路径、刀具选择和加工顺序等，并通过IP（Inter Programming整数线性规划）技术避免重复走刀，以优化非切削刀具轨迹。另外Jong-Yun Jong还在1991年研究了制造特征提取和基于特征的刀具及刀具路径。
按照传统的CAD/CAM软件的工作流，CAM软件通常对CAD文件进行CAM转换。以建模的点、线、面、或实体为驱动体，生成加工刀轨，并经后置处理，NC代码CNC机床，在整个CAD /CAM及CNC系统有几方面的问题：
- CAM软件只能从CAD文件获取产品的底层几何信息，无法自动完成产品图素向特征化提取。因此，整个CAM过程必须在经验丰富的工程师的参与下完成。如：CAM工程师必须选择加工对象（点、线、面或实体）、制造条件（装夹、干涉和碰撞等）、刀具、加工参数（切削方向、切深、进给量、进给速度等）。整个操作自动化程度较低。
2.在生成的刀轨中，同样也只包含底层的几何信息（直线和圆弧的几何定位信息），以及少量的过程控制内容（如进给率、主轴转速、换刀等）。因此，车间生产无法准确解决设计要求（如公差、表面光洁度等），也无法有效及时反馈NC程序的实际修改参数。
- 各个模块之间数据不统一，各模块相对独立。如NC文件只记录刀轨而不反馈加工工艺参数，仿真模拟只记录刀轨的干涉与碰撞，而不反馈发生干涉和碰撞的具体相关信息。
4.CAM软件是一个单向的系统。CAD与CAM之间没有可以互通的产品数据模型，即使是在集成CAD/CAM软件，信息共享也是单向的和单一的。CAM端不能充分利用CAD有关全部信息，尤其CAM特征信息，同样CAD端也无法获取CAM产生的工艺信息。
3 数控仿真技术
CASE 1：只有毛坯，显示毛坯，break；
CASE 2：毛坯完全在刀具之后，显示刀具，break；
CASE 3：刀具切削毛坯前部，更新毛坯的dexel结构，显示刀具，break；
CASE 4：刀具切削毛坯内部，删除毛坯的dexel结构，显示刀具，break；
CASE 5：刀具切削毛坯内部，创建新的毛坯dexel结构，显示毛坯，break；
CASE 6：刀具切削毛坯后部，更新毛坯的dexel结构，显示毛坯，break；
CASE 7：刀具完全在毛坯之后，显示毛坯，break；
CASE 8：只有刀具，显示刀具，break。
这种方法将实体布尔运算和图形显示过程合为一体，使仿真图形显示有很好的实时性。
Hsu和Yang提出了一种有效的三轴铣削的实时仿真方法。他们使用z_map作为基本数据结构，记录一个二维 格的每个方块处的毛坯高度，即z向值。这种数据结构只适用于刀轴z向的三轴铣削仿真。对每个铣削操作通过改变刀具运动每一点的深度值，很容易更新z_map值，并更新工件的图形显示。
3.5离散矢量求交法
目前，有两种主要的几何内核可供许可：Spatial的ACIS（由达索所有）和西门子的Parasolid。这两个模型都是在1985年左右建立的，并在90年代被CAD公司广泛采用。Parasolid是达索SolidWorks、西门子NX和Solid Edge、Bentley MicroStation和Nemetschek Vectorworks的核心建模引擎。ACIS用于多种产品中。它是AutoCAD中的核心建模工具，目前仍用于各种产品，包括SpaceClaim、Bricscad和Kubotek。在开发Inventor时，Autodesk正在开发其ShapeManager（ASM）内核，作为ACIS 7.0的分支。Autodesk现在在ASM上构建其产品。有趣的是，由于使用ACIS开发ASM，Autodesk被达索起诉违反合同。达索最终败诉，因为Autodesk与Spatial的原始交易授予Autodesk进行更改的权利。
达索希望看到CGM成为授权抽奖的主要竞争者，达索也明确表示希望将SolidWorks视为CGM产品，但它必须谨慎行事，以保持对其庞大的SolidWorks用户群的支持。与此同时，大公司正表现出对专利发动机的偏好。PTC拥有自己的Granite引擎，Nemetschek也在内部构建了自己的大部分技术。
这并不是说这些新的几何内核实际上都是新的。达索的CGM和阿斯康的C3D开发始于90年代中期。Autodesk的ShapeManager于2001年开发。
CPDA和CIMdata的分析员肯·维斯普里尔（Ken Versprille）一直深入于所谓的内核战争。作为CAD先锋Computervision的研发主管，他负责监督CADD的开发，CADD现在是PTC产品。Versprille今天在圣彼得堡的C3D发布会上谈到了geometry内核的市场。他说，一些小型独立公司和组织已经构建了几何内核，但他指出，随着新的几何内核的出现，CAD世界正在进入一个新时代。Versprille列举了几个有助于推动新引擎需求的因素。CAD供应商面临着利用并行计算的挑战。对直接制造方法（包括CAM、激光切割、3D打印和FEA）的兴趣激增，也促使人们对创建用于制造的3D模型的新方法产生兴趣。Versprille还对CAD程序适应点云数据的能力感兴趣。他认为这是未来CAD系统的一项重要功能。
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！