内容提要：就CAD/CAM技术的发展趋势分析几种从不同角度提出的不同的先进制造技术新模式、新哲理、新技术、新概念、新思想、新方法，对CAD/CAM新技术进行简要概述。对被称为未来制造业的两大支柱技术“快速成型制造技术”与“虚拟技术”进行详细介绍。 关键字：CAD/CAM新技术、快速成型、虚拟技术。
引言：随着计算机技术和信息技术的发展，CAD /CAM技术在全球迅速普及开来。对制造业来说，CAD /CAM是提高产品设计品质和制造品质、缩短产品开发周期，降低产品开发成本的强有力手段，已成为企业赢得市场的制胜法宝。因此，研究CAD /CAM技术应用现状，探讨其发展前景，对加快我国机械行业CAD /CAM技术推广应用步伐，提高我国机械制造业的国际竞争力具有深远意义。 正文：
1.1国内外流行软件
计算机辅助设计与制造（CAD： Computer Aided Design， CAM： Computer Aided Manufacture）技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、二维儿何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NC）、仿真模拟及产品数据管理（ PDM）等内容。目前国内外分别流行MDT、PICAD、CAXA、金银花系统（Lonicera）、高华CAD、GS-CAD98、开目CAD、Unigraphics（UG）、AutoCAD和Pro/Engineer等软件。其中UG是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框、表面功能结合在一起，还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK允许用户扩展UG的功能。Auto-CAD软件是目前世界上应用最广的CAD软件，占整个CAD/CAE/CAM软件市场的37%左右。Pro/E近几年已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件，在中国模具工厂得到了非常广泛的应用。 1.2我国CAD/CAM技术应用现状
就目前我国机械制造业，CAD /CAM技术应用现状主要呈现出起步晚，市场份额小，应用范围窄、层次浅，功能单一，经济效益并不明显等特点。
过近几十年的发展，我国CAD/CAM技术有了长足发展，已被广泛用于我国企业;我国CAD/
CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。但是整体来说，我国目前从产品开发水平、从商品化、市场化程度都与发达国家尚有不小差距。例如：不少企业对CAD的认识还仅停留在绘图阶段，从而使CAD产生的效益尚未充分发挥;CAD/CAM软件应用人员参差不齐，CAD软件不能得到高效率应用;缺少既适合教学又满足企业需求的软件及教学平台。CAD/CAM技术水平还处于向高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，还没有针对性的软件，一般都是使用通用性软件。虽在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，但对引进的CAD/CAM系统的二次开发却跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。
针对21世纪机械制造行业的基本特征，CAD/CAM技术的发展趋势也呈现出以下几个特征：标准化、集成化技术、智能化技术、网络技术的应用、多学科多功能综合产品设计技术等。目前，激烈的市场竞争不断向CAD/CAM提出更新更高的要求，另外人工智能技术、网络技术、软件工程中面向对象的方法以及工程数据库技术的发展也为CAD/CAM技术的提高注入新的活力，使CAD/CAM技术不断向着集成化、智能化、标准化、网络化方向发展。
为克服上述不足，适应未来发展方向，20世纪80年代开始，人们从各种不同角度提出了许
多不同的先进制造技术新模式、新哲理、新技术、新概念、新思想、新方法，如柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）、计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）、并行工程CE（Concurrent Engineering）等；由于网络技术的快速发展，80年代末90年代初又提出了敏捷制造AM（Agile Manufacturing）、精良生产LP（Lean Production）、分布式制造DM（Distributed Manufacturing）、虚拟制造VM（Virtual Manufacturing），高速加工技术、逆向工程技术、快速成形技术和虚拟制造技术等新技术。这些新技术的使用，对提高制造业企业的竞争力起到了巨大的作用。
2.CAD/CAM新技术
2.1高速加工
高速加工是以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的加工技术，高速加工可以缩短加工时间，提高生产效率和机床利用率；工件热变形小，加工精度高，表面质量好；适合加工薄壁、刚性较差、容易产生热变形的零件，加工工艺范围广，因此，在实际应用中，高速加工具有较好的技术经济性。对于当今广泛使用的数控机床、加工中心等投资费用较高的加工装备，只有大幅度降低切削工时才能进一步提高其生产效率，而大幅度
降低工时，只有通过提高切削速度和进给速度的方式才能实现，所以发展高速加工技术具有十分重要的意义。
高速加工机床有高速加工中心、高速车床、高速钻床、高速铣床、高速磨床等，其中高速加工中心最为典型。按高速机床必须具备高主轴转速和高进给速度与加速度的技术特征，通常将高速加工中心分为两类：以高转速为主要特征的高速加工中心，即HSM（High Speed Machining）型，这类机床一般只具有高转速而没有高进给速度；以高移动速度为主要特征的高速加工中心, 即HVM（High Velocity Machining）型，这类机床不仅具有高主轴转速，且具有高进给速度。
2.2逆向工程技术
通过一定的途径，将这些实物转化为CAD模型，使之能利用CAD/CAM系统进行处理。这种从实物样件获取产品数学模型的技术，称为逆向工程RE （Reverse Engineering），也称为反求工程、反向工程。它是在没有产品原始图纸、文档或CAD模型数据的情况下，通过对已有实物的工程分析和测量，得到重新制造产品所需的几何模型、物理和材料特性数据，从而复制出已有产品的过程，主要应用在产品仿制、新产品设计和旧产品改进。
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图7-1逆向工程工作流程
2.3快速成形技术
快速成形（Rapid Prototyping，简称RP）技术，又称为快速成形技术，是20世纪80年代末90年代初发展起来的一种先进制造技术，它结合了数控技术、CAD技术、激光技术、材料科学技术、自动控制技术等多门学科的先进成果，利用光能、热能等能量形式，对材料进行烧结、固化、粘结或熔融，最终成形出零件的三维实物模型。
2.3.1 RP技术的工作原理和特点
RP技术是将复杂三维实体通过切片转换为二维来加工的，通常又称为层加工（Layer Manufacturing）。如图7-2所示RP技术的工作原理是根据零件的三维CAD实体模型，利用
专业切片软件对其进行切片处理，得到模型每层截面的轮廓，再在快速成形设备中用激光或其他方法将材料进行逐层成形，从而形成零件的原型，可简单地概括为数据离散、材料堆积。
图7-2快速成型制造流程示意图
（1）实际应用的过程：
1 利用高性能的CAD软件设计出零件的三维曲面或实体模型。
2 根据工艺要求，按照一定的厚度在Z向（或其它方向）对生成的CAD模型进行分层切片。
3 对层面信息进行工艺处理，选择加工参数，系统自动生成刀具移动轨迹和数控加工代码。
4 激光快速成型机加工过程进行仿真，确认数控代码的正确性。
5 利用数控装置精确控制激光束选择性地烧结/切割。
具体流程如图7-3所示。
图7-3快速成形制造与反求工程
（2）RP技术具有下列特点：
1 由于采用分层成形、逐层叠加的成形原理，因此可以成形结构非常复杂的零件。
2 成形过程不需要任何刀具、模具及工艺装备，从而节省了成形前的准备时间，大大缩短了产品生产周期。
3 产品的单价与批量无关，因此特别适合于新产品样件的制作和单件、小批量零件的生产。
4 与传统制造方法相结合，可实现快速制模、快速铸造，为传统制造方法注入了新的活力。
5 成形过程为全自动控制，不需人员值守和看护，从而大大降低了操作人员的劳动工作量
2.3.2 RP技术的应用
快速成形制造方法主要适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂零件的制造、模具设计与制造、也适合与难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验等。
快速成形制造技术的应用主要表现在快速样机制造、快速模具制造和快速制造。典型的有代表性的RPM技术有立体平面印刷（SLA—Stereolithography Apparatus）如图7-4所示、分层实体制造（LOM－Laminated Object Manufacturing）如图7-5所示、选择性激光烧结（SLS—Selective Laser Sintering）如图7-6所示、熔融沉积成形（FDM－Fused Deposition Modeling）、喷墨印刷(Ink－Jet Printing)等。
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