本节书摘来自异步社区《SolidCAM+SolidWorks 2014中文版数控加工从入门到精通》一书中的第1章，第1.1节，作者：赵罘 , 杨晓晋 , 刘玥著，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
第1章 SolidCAM基础
1.1 CAD/CAM基础
SolidCAM+SolidWorks 2014中文版数控加工从入门到精通
在当今高效益、高效率、高技术竞争的时代，要适应瞬息万变的市场要求，提高产品质量，缩短生产周期，就必须采用先进的设计制造技术。计算机技术与机械设计制造技术相互结合与渗透，产生了计算机辅助设计与辅助制造（Computer Aided Design and Manufacturing）技术，简称CAD/CAM。它是以计算机作为主要技术手段，帮助人们处理各种信息，进行产品的设计与制造。它能将传统的设计与制造彼此相对独立的工作作为一个整体来考虑，从而实现信息处理的高度一体化。
计算机辅助制造是指使用计算机系统进行规划、管理和控制产品制造的全过程，它既包括与加工过程直接联系的计算机监测与控制；也包括使用计算机来管理生产经营，提供计划进度表等。
由于制造中所需的许多信息和数据来自设计阶段，因此对制造和设计来说这些数据和信息是共享的。实践证明，将计算机辅助设计和制造作为一个整体来规划和开发，可以取得更明显的效益，这就是所谓的“CAD/CAM一体化技术”。尽管目前许多企业的CAD/CAM系统还不能直接传送给与其相关的其他系统，但随着生产技术的发展，不同功能的CAD和CAM模块的信息将能够相互传递，最终使功能融为一体。CAD/CAM系统是一门综合性的应用技术，它具有高智力、知识密集、综合性强、效益高等特点，是当前世界科技领域的前沿课题。
1.1.1 CAD/CAM系统组成
CAD/CAM系统是由若干个相互作用和相互依赖的部分集合而成的、具有特定功能的有机整体，而且一个系统又属于另一个更大的系统。这个系统应包括实现CAD/CAM所必须的硬件系统、软件系统和人才系统。硬件主要指计算机及各种配套设备，如计算机、绘图机等，从广义讲，硬件还应包括用于数控加工的各种生产设备等。软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件等。人才主要包括具有掌握CAD/CAM技术的基本知识和具有CAD/CAM技术应用的丰富实践经验。硬件提供了CAD/CAM系统的潜在能力，软件是开发、利用CAD/CAM系统能力的钥匙，人才是CAD/CAM系统价值的体现。
1）硬件系统的组成
硬件是组成CAD/CAM系统的基础的物质设备。它包括计算机系统和加工设备，是CAD/CAM系统的基本支持环境。一个典型的CAD/CAM硬件系统包括：
计算机（主机）。
图形与字符显示终端。
外存储器：如闪存、硬盘和光盘等。
输入装置：如键盘、数字化仪、图形输入板和扫描仪等。
输出装置：如打印机、绘图机等。
生产装置：如数控机床、机器人、搬运机械和自动测试装置等。
网络：将以上各个硬件连接在一起，以实现一定程度的硬、软件资源共享，并实现与上位机或其他计算机网络进行通信。
2）软件系统组成
在实施CAD/CAM过程中，所需的软件条件和硬件条件一样重要。硬件是软件的工作平台，软件是驱动硬件工作的系统核心，它对系统的总体功能起着决定性的作用。一般CAD/CAM软件系统组成包括：
系统软件：如各种操作系统和网络软件。
应用软件：图形处理软件、几何造型软件、有限元分析软件、优化设计软件、动态模拟仿真软件、数控加工编程软件、检测与质量控制软件和数据库管理软件等。
3）人才系统
实现CAD/CAM技术除了硬件条件和软件条件外，还有一个重要的条件就是掌握这项技术并能使之正常运转、发挥效益、开发应用的人才条件。这些人才至少包括硬件维护、软件管理、数据库管理、尤其是那些熟悉设计制造专业业务，又能熟练操作计算机硬件和软件的系统维护者。开展CAD/CAM技术需要多人的合作，并要求操作者有多方面的知识。面对一个先进的，高效的，软、硬件CAD/CAM系统，人才是关键因素，它决定CAD/CAM系统的价值体现。
1.1.2 CAD/CAM系统的基本功能
由于CAD/CAM系统所处理的对象不同，对硬件的配置、选型不同，所选择的应用软件不同，因此，系统的功能也会有所不同，系统总体与外界进行信息传递与交换的基本功能是靠硬件提供的，而系统所能解决问题是由软件保证的。
1）图形显示功能
CAD/CAM系统是一个人机交互的过程，从产品的造型、构思、方案的确定，结构分析到加工过程仿真，系统随时保证用户能观察、修改中间结果，实时编辑处理。用户每一次操作，都能从显示器上及时得到反馈，直到取得最佳的设计、制造结果。图形显示功能不仅能够对二维平面进行显示控制，还包含三维实体处理。
2）存储功能
在CAD/CAM系统运行中，数据量大，往往会产生大量的系统数据，为了保证正常的运行，系统必须配置容量较大的存储设备，支持数据在各模块运行时的正确流通。另外，数据库系统的运行必须有存储空间的保障。
3）输出、输入功能
在CAD/CAM系统运行中，用户需要不断地将有关设计的要求、各步骤的具体数据等输入计算机内，通过计算机处理，能够输出系统处理的结果，且输入、输出信息既可以是数值的；也可以非数值的，如图形数据、文本、字符等。
4）交互功能
在CAD/CAM系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁，友好的用户界面，是保证用户直接而有效地完成复杂设计任务的必要条件，除软件中界面设计外，还必须有交互设备，实现人与计算机之间的不断通信。
1.1.3 CAD/CAM系统的主要任务
CAD/CAM系统需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理，包括设计、制造过程中的数值计算、设计分析、绘图、工程数据库、工艺设计、加工仿真等各个方面。
1）工程绘图
采用计算机进行平面图形的绘制，以取代传统的手工绘图。在传统手工设计中，产品设计的结果往往以机械图样的形式来表达，需要绘制大量的二维工程图样，这是一件非常繁琐的工作，而且容易出差错，效率较低。CAD/CAM技术是从取代手工绘图开始的，目前，CAD/CAM系统一方面应具备从几何造型的三维图形直接向二维图形转变的功能；另一方面，还需具有处理二维图形的能力，保证生成合乎生产要求，也符合国家标准的机械图样。
2）几何造型
通过二维图形表达三维的产品是一种间接的设计方法，理论上应该直接设计具有三维形状的产品。但是，依靠人工去绘制三维产品，并对三维产品直接进行分析非常困难。因此，计算机辅助设计的基本任务就是利用计算机构造三维产品的几何模型，利用计算机来记录产品的三维模型数据，并在计算机屏幕上显示出真实的三维图形结果，即在产品设计构思阶段系统能够描述基本几何实体及实体间的关系，以提供基本体素，为用户提供所设计产品的几何形状、大小、进行零件的结构设计以及零部件的装配。系统还能动态地显示三维图形，解决三维几何建模中复杂的空间布局问题。
3）计算分析
CAD/CAM系统构造了产品的形状模型之后，能够根据产品几何形状，计算出相应的体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量等几何特性和物理特性，为系统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。另一方面，CAD/CAM系统中的结构分析需进行应力、温度、位移等计算，图形处理中变换矩阵的运算，体素之间的交、并、差计算等。因此，要求CAD/CAM系统对各类计算分析的算法正确、全面，因数据计算量大，还要有较高的计算精度等要求。
4）结构分析
CAD/CAM系统结构分析常用的方法是有限元法，这是一种数值近似解方法，用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性；强度、振动、热变形、磁场、温度场、应力分布状态等计算分析。在进行静态、动态特性分析之前，系统会根据产品的结构特点，划分网格、标出单元号、节点号，并将划分的结果显示在屏幕上。进行分析计算之后，将计算结果以图形、文件的形式输出，如应力分布图、位移变形图等，使用户方便、直观地看到分析结果。
5）优化设计
CAD/CAM系统应具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品或工程设计中的预定指标达到最优。优化包括总体方案的优化、产品零件结构的优化、工艺参数的优化等。
6）装配及干涉分析
在零部件设计时，需在计算机中分析和评价产品的装配性，以避免真实装配中的种种问题。对运动机构，也要分析运动机构内部零部件之间，以及机构周围环境之间是否有干涉碰撞现象，要及时发现并纠正各种可能存在的干涉碰撞问题。
7）计算机辅助工艺规程设计（CAPP）
产品设计的目的是为了加工制造出该产品，而工艺设计是为产品的加工制造提供指导性的文件。因此，CAPP是CAD与CAM的中间环节。CAPP系统应当根据建模后生成的产品信息及制造要求，自动设计、编制出加工该产品所采用的加工方法、加工步骤、加工设备及参数。CAPP的设计结果一方面能被生产实际所用，生成工艺卡片文件，另一方面能直接输出一些信息，为CAM中的NC自动编程系统接收、识别，直接转换为刀位文件。
8）NC自动编程
在分析零件图和制定出零件的数控加工方案之后，采用专门的数控加工语言带输入到计算机中。其基本步骤通常包括：
生成源程序。
前处理将源程序翻译成可执行的计算机指令，经计算，求出刀位文件。
后处理将刀位文件转换成零件的数控加工程序，最后输出数控加工机床。
9）模拟仿真
在CAD/CAM系统内部，建立一个工程设计的实际模型，通过运行仿真软件，代替、模拟真实系统的运行，用以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。如数控加工仿真系统，从软件上实现零件试切的加工模拟，避免了现场调试带来的人力、物力的投入以及加工设备损坏的风险，减少了制造费用，缩短了产品设计周期。
10）工程数据库管理
由于CAD/CAM系统中数据量大、种类繁多，既有几何图形数据，又有属性语义数据；既有产品定义数据，又有生产控制数据；既有静态标准数据，又有动态过程数据，结构还相当复杂，因此，CAD/CAM系统应能提供有效的管理手段，支持工程设计制造全过程的信息流动与交换。通常，CAD/CAM系统采用工程数据库系统作为统一的数据环境，实现各种工程数据的管理。
1.1.4 CAD/CAM的一般流程
CAD/CAM系统一般的工作流程包括以下几个方面：
1）输入产品设计要求
通过市场需求调查以及用户对产品性能的要求，向CAD/CAM系统输入设计要求，利用几何建模功能，构造出产品的几何模型，计算机将此模型转换为内部的数据信息，存储在系统数据库中。
2）确定产品设计方案及结构
调用系统数据库中的各种应用程序对产品模型进行详细设计计算及结构方案优化分析，以确定产品总体设计方案及零部件的结构、主要参数，同时，调用系统中的图形库，将设计的初步结果以图形的方式输出在显示器上。
3）交互产品设计改进
根据屏幕显示的结果，对设计的初步结果做出判断，如果不满意，可以通过人机交互的方式进行修改，直到满意为止，修改后数据仍存储在系统的数据库中。
4）制定产品加工工艺规程
系统从数据库中提取产品的设计制造信息，在分析其几何形状特点及有关技术要求后，对产品进行工艺规程设计，设计的结果存入系统的数据库，同时在屏幕上显示输出。
5）交互产品工艺规程改进
用户可以对工艺规程设计的结果进行分析、判断，并允许以人机对话交互的方式进行修改。最终的结果可以是生产中需要的工艺卡片或以数据接口文件的形式存入数据库，以供后续模块读取。
6）产品模拟仿真
有些CAD/CAM系统在生成了产品加工的工艺规程之后，对其进行仿真、模拟，以验证其是否合理、可行。同时，还可以进行刀具、夹具、工件之间的干涉、碰撞检验。
7）生成产品加工指令
利用外部设备输出加工工艺卡片，成为车间生产加工的指导性文件，或计算机辅助制造系统从数据库中读取工艺规程文件，生成NC加工指令，在有关设备上加工制造。
8）产品加工制造
在数控机床或加工中心完成有关产品的制造。
由上述可以看出，CAD/CAM系统的作业流程是从初始的产品设计要求、产品设计的中间结果，到最终的加工指令，都是信息不断产生、修改、交换存取的过程，系统应能保证用户随时观察、修改阶段数据，实施编辑处理，直到获得最佳结果。
1.1.5 SolidWorks＋SolidCAM一体化解决方案
SolidCAM是一个非常强大的CAM产品，它在加工制造方面提供了完整的解决方案，包括2.5轴～3轴铣削功能，4/5轴多面体定位加工，五轴联动铣削、车削、五轴车铣复合加工、线切割以及HSM高速铣削等。
SolidCAM被鉴定为主流CAD系统SolidWorks的黄金合作伙伴，它和SolidWorks一起，提供了独一无二的CAD/CAM一体化解决方案。在SolidWorks同一操作环境下，SolidCAM所有的操作都不离开SolidWorks 装配环境进行定义、计算和验证。所有的2D和3D几何都完全关联于SolidWorks设计模型，一旦发生改变，所有的CAM操作都可以自动进行更新。同一个CAM零件可以使用多个SolidWorks 配置，提供多个独立的装配或者加工毛坯的不同步骤。
SolidCAM这套完全关联于SolidWorks 模型的先进计算机辅助制造软件，免除了文件转换引起的数据遗失、减少了模型变更带来的错误和流程混乱，是内制于SolidWorks中最完整的、最高级的加工解决方案，其高效的操作为CNC编程提供更多的价值。与此同时，SolidWorks＋SolidCAM也是非常具有捆绑价格优势的集成CAD/CAM解决方案。
20多年来，全球几千家用户通过使用SolidCAM，获得高效创新的CAM解决方案。SolidCAM的亮点就是简单易用、功能强大、定制化后置处理产生的代码能立即用于不同机床。如今，SolidCAM超过12 000套系统安装在工业和教育市场，在全球有超过40多家分支机构。特别是，自从实现与SolidWorks的集成策略后，SolidCAM走上了快速发展的道路。据CIMdata NC软件市场评估报告，SolidCAM连续5年成为CAM供应商增长最快的软件之一。除了SolidWorks，SolidCAM也是Autodesk的理想CAM解决方案。SolidCAM完全集成于Inventor 2014和AutoCAD 2014，并已经通过了Autodesk Inventor认证。SolidCAM提供了在统一窗口下集成，并和Inventor模型关联的集成解决方案。
SolidCAM在加工制造方面，具体特点如下：
高速切削支持任何CNC控制器。
曲面或实体不需转换就可直接做2D或3D加工设定。
开创性提供加工范本（模板），可保存宝贵的加工技术与流程，只要修改加工图形即可快速产生所需的加工程序。
自动测定残料，自动清角，3D边界自动沿面加工，支持二次加工。
加工设定后，可快速计算产生NC程序，刀具可自动重新编号。
提供2D/3D刀具路径模拟，CAD图形模拟，毛坯实体切削模拟，残料显示等多种模拟方式，可显示数值并计算加工时间。
加工过程可实现全程无需抬刀。
支持圆弧切削。
可纵向及横向来回做切槽，内/外径、轮廓、深槽、切断、端面切槽、螺纹切削等，过程一气呵成，无停滞期。
随时保存图形，即使突然断电也能保存最终设计图形。
