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3.教学改革内容与实践15
4.教材与教学资源建设16
结论17
参考文献17
一、我国CAD/CAM技术的发展及应用
1.CAD/CAM技术的基本概念
从计算机科学的角度看，设计与制造的过程是一个关于产品信息的产生、处理、交换和管理的过程。
CAD/CAM是将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代的科学方法为指导结合起来，在设计、制造的全过程中各尽所长，尽可能地利用计算机系统来完成那些重复性高、劳动量大、计算复杂以及单纯靠人工难以完成的工作，辅助而非代替工程技术人员完成整个过程，以获得最佳效果。
CAD/CAM系统以计算机硬件、软件为支持环境，通过各个功能模块实现对产品的描述、计算、分析、优化、绘图、工艺规程设计、仿真以及NC加工。
而广义的CAD/CAM集成系统还应包括生产规划、管理、质量控制等方面。
2.我国CAD/CAM技术的发展概况
我国在CAD/CAM技术方面的研究工作开始于20世纪70年代中期，当时主要是研究开发二维绘图软件系统，并利用绘图机输出二维图形，其研究主要集中在高等学校和大型研究单位。
CAD/CAM在我国应用较早的是航空和造船业。
在20世纪80年代初期，我国一些大型企业和设计院率先从国外引进了成套的CAD/CAM系统，然后在此基础上进行二次开发和应用开发，并取得了一定的成果。
到了20世纪80年代中后期，随着我国对外开放和市场经济发展的不断深入，CAD/CAM技术在我国的推广和应用有了较大的发展，而且CAD/CAM技术的优点被越来越多的人所关注。
进入20世纪90年代后，各工业部门普遍提出了开发CAD/CAM技术的计划，主要表现在部分单位已较好地应CAD/CAM技术，提高设计质量，取得了经济效益。
目前，很多研究单位自行开CAD/CAM系统，有些已达到国际先进水平，进一步促进了CAD/CAM技术在我国的应用和发展。
3.CAD/CAM的发展趋势
3.1向CAD/CAM系统的集成化方向发展
集成化是指为企业提供一体化的解决方案，最大限度的实现企业信息的共享从广义上，集成化是将CAD技术的计算方法以及其功能模块做成芯片，从而有效的提高CAD系统运行的效率[3]。
3.2向CAD/CAM系统的智能化方向发展
智能制造技术是通过集成传统的制造技术、计算机技术、自动化及人工智能等科学发展起来的一种新型制造技术，使用信息技术来表达和模拟人类的思维模型，为人类提供一种全新的设计理论和设计方法。
3.3并行工程
并行工程是随着CAD/CAM技术发展提出的一种新哲理、新的系统工程方法。
这种思路方法就是并行地、集成地设计产品及其开发的过程。
它要求产品开发人员在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户等，以便更大限度地提高产品开发效率及一次成功率。
3.4虚拟设计技术
虚拟技术是一种新兴的多学科交叉技术。
它涉及多方面的学科研究成果与专业技术，通过以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象，使设计人员能与多维的信息环境进行交互。
4CAD/CAM技术的应用
航空航天、造船、机床制造都是国内外应用CAD/CAM技术较早的工业部门。
首先是用于飞机、船体、机床零部件的外形设计；
然后进行一系列的分析计算，如结构分析、优化设计、仿真模拟；
最后，根据CAD的几何数据与加工要求生产数控加工纸带。
西安和成都飞机制造工业公司都建立了飞机CAD/CAM系统；
航空部门不仅CAD/CAM的实施与推广应用做得好，而且在计算机管理方面也有较高水平；
造船行业利用CAD/CAM系统提高了船体钢板下料的精度，每艘万吨级的船舶仅此一项就节约钢材约（150-200）t；
机床行业应用CAD/CAM系统进行模块化设计，实现了对用户特殊要求的快速响应制造，缩短了设计制造周期，提高了整机质量。
北京第一机床厂是国内推广应CAD/CAM技术领先、成效显著的企业，1994年通过了国家科委组织的BYJC-CIMS应用工程突破口项目的验收，并于1955年获得美国制造工程师协会（ASME）颁发的“工业领先奖”。
电子工业应用CAD/CAM技术进行印刷电路板生产以及不采用CAD/CAM根本无法实现的集成电路生产。
在土木建筑领域，引入CAD技术，可节省方案设计时间约90%，投标时间30%，重复绘制作业费90%。
除此之外，CAD技术还可用于轻纺服装行业的花纹图案与色彩设计、款式设计、排料放样及衣料裁剪；
人文地质领域的地理、地形图、矿藏勘探图、气象图、人口分布密度图以及有关的等值线、等位面图的绘制；
电影电视中动画片及特技镜头的制作等许多方面。
二.计算机模具CAD/CAM技术与CAD/CAM软件的应用研究
1.模具CAD/CAM发展概况及其优越性
1.1模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。
目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下：
CAD技术经历了2维平面图形设计，交互式图形设计、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。
近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。
随着互联网的普及，智能化（intelligent）、协
同化（collaborative）、集成化（integrated）成为CAD技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
1.2、模具CAD/CAM的优越性：
（1）CAD/CAM可以提高模具的质量。
在计算机系统内存储了各有关专业的综合性的技术知识，为模具的设计和工艺的制定提供了科学的依据。
计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。
系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。
（2）CAD/CAM可以节省时间，提高生产率。
设
计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。
CAD与CAM的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。
例如，采用冲裁模CAD/CAM系统设计制造模具，比传统方法提高效率2~5倍。
由于模具质量提高，可靠性增加，装修时间明显减少，模具的交货时间大大缩短。
（3）CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。
计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。
优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%-7%。
采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。
CAD/CAM的经济效益有些可以估算，有些则难以估算。
由于采用CAD/CAM术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。
（4）CAD/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。
（5）随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具CAD/CAM/CAE1体化技术可以大大增加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的1次成功率。
2、CAD/CAM技术在行业模具行业的原因及应用现状
传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。
因此国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。
模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是：
（1）利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。
（2）可以缩短新产品的试制周期，例如在汽车工业中，可缩短模具的设计制造周期。
（3）提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。
（4）模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。
例如，利用磁盘进行数据传送，用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。
（5）模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设备利用率。
（6）在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。
CAD/CAM技术应用现状：
模具CAD/CAM技术发
展很快，应用范围日益扩大。
在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。
采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施，是模具技术发展的1个显著特点。
目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类：
一是机械行业内通用的CAD/CAM；
二是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统。
3、我国CAD/CAM软件应用和开发的不足
我国CAD/CAM技术发展在设计水平、开发能力、开发规模、技术和产品质量上还无法与发达国家相比。
在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点：
（1）国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。
（2）我国CAD技术开发创新少、仿制多。
没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。
从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这1问题。
用户提出的“参数设计问题”、“数据管理问题”及“特征造型问题”这些技术，我国CAD研究开发者都没有引起注意。
（3）我国CAD软件的开发缺乏理论和算法的研究。
CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。
就建模技术而言会涉及很多模型建立的理论和算法，这些都是为解决用户需求而研究开发的，每种理论和算法用于CAD系统中，会产生
新的CAD软件，如著名的CSG、B-rep、NURBS等，而我国CAD软件开发者缺乏这方面的研究。
（4）信息集成技术落后。
信息技术的广泛集成是以产品数据管理（PDM）和过程管理（PM）为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。
而我国在这方面的研究刚刚开始，至今也没有一个在国内市场上成熟的数据库管理系统（DBMS）。
因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场，而我们CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。
三.CAD／CAM技术在机械设计及加工中的应用
1.CAD／CAM的发展
1.1集成化
集成化是CAD／CAM技术发展的一个最为显著的趋势。
它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC生产计划与控制）等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提
取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。
国内外大量的经验表明：
CAD系统的效益往往不是其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；
反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效利用；
PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。
因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益。
1.2网络化
21世纪，网络将全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。
CAD／CAM系统的网络化是能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；
是能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；
是能开发自动化系统，产生并优化工作计划和车间级控制，支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统；
是能对生产过程中物料进行管理的物料管理应用系统等。
1.3智能化
人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入，发展专家CAD系统。
专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。
它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起，给设计者提供更全面、更可靠的指导。
应用这些实例和启发准则，根据设计的目标不断缩小探索的范围，使问题得到解决。
2.基于CAD／CAM技术的产品设计及加工过程
基于Mastercam软件的机械产品设计及零件加工的过程可按图1的步骤进行。
图1机械产品零件设计及数控加工的一般过程
2.1零件CAD造型设计
Mastercam系列CAD／CAM软件所涉及的内容很多，其中包括二维图形的绘制、三维造型的设计以及刀具路径的编排等。
在机械零件的设计过程当中，对于设计可以利用软件中的二维部分进行工程图纸的绘制，然后根据零件的设计参数运用软件的三维部分进行三维实体建模。
下面通过一个机械加工实例来更加深入地解释Mastercam系列CAD／CAM软件的设计及加工过程。
2.2零件加工轨迹的生成
零件模型生成后设定数控加工刀具的全局起始点，然后根据现有数控机床的系统，进行机床的后置设置，并且对刀具库设置（即确定数控加工刀具类型
及其相关参数），根据零件的形状和零件的加工工艺，选用合适的加工方法生成零件的加工轨迹。
Mastercam软件提供了粗加工、精加工等多种加工方法。
粗加工可以将毛坯上的多余材料去除掉大部分，还剩下少量的材料需要通过精加工来实现，这样既可以延长刀具寿命，又可以提高零件的质量。
2.3零件仿真加工
利用计算机的三维图形技术，对数控加工的过程进行模拟仿真，检查生成的零件加工轨迹是否合理，避免加工过程当中的过切和欠切、刀具与机床部件和机床卡具间的碰撞。
检验加工程序的正确性，并针对存在的问题进行校正，直到生成合格的零件程序，减少加工过程的失误。
2.4后置处理
针对生产所用数控机床及其数控系统，设定与加工机床数控系统一致的数控代码、数控程序格式及参数，并生成配置文件。
2.5零件加工程序生成
按照当前机床类型的配置要求，把生成的刀具轨迹转化成G代码数据文件（也就是CNC程序），下面是零件加工程序的一部分：
N106G0G90G54X－54．079Y－89．75S5000M3
N108Z10．M8
N110Z9．8
N112G1Z－．2F4．5
N114X54．079
N116X54．943Y－84．85
N118X－54．943
N120X－55．807Y－79．95
N122X55．807
N124X56．671Y－75．051
N126X－56．671
……
N5138M5
N5140G91G28Z0．
N5142G28X0．Y0．
N5144M30
2.6零件数控机床加工
数控机床、毛坯刀具等准备好后，将数控加工G代码通过计算机传输等手段输入数控系统。
做好加工准备（装夹好工件、对好刀具），然后调用加工CNC代码，即可对工件进行数控加工。
3.机械产品设计及加工应用CAD／CAM技术的意义
3.1提高机械产品设计效率和质量，便于产品设计改进
目前的计算机辅助设计软件提供了丰富的线框造型、曲面造型、实体造型等三维产品设计手段。
设计人员可以很方便地根据需要进行零件设计，尤其是对于结构复杂且不规则的零件更显得快捷准确。
零件实体模型可以根据设计人员的需要进行放大、缩小、平移、旋转等操作，便于从各个角度进行观察，同时可以赋予造型任意材质，再配以光源，可得到产品效果图，也可以根据需要快捷地生成规范的二维产品图样和其他技术文件，大大提高了产品设计的质量和效率，也为产品的改型和持续改进设计提供了极大的便利，使设计人员从简单、重复的设计工作中解脱出来，有更多的精力进行产品的创新设计。
3.2实现产品设计与加工间的良好衔接
CAD／CAM技术的应用，可显著提高产品的设计和制造效率，产品图样实现CAD／CAM，每项产品设计周期平均缩短原设计周期的30％，减少加工过程20％～40％，降低人力成本10％～25％，并且可大幅度减少样机的制作及产品设计和零件加工造成的损失，可明显降低产品的开发成本。
四.应用型本科“CAD/CAM”课程的教学改革与实践
1.课程内容与教学现状
“CAD/CAM”课程特点是涉及内容广泛，学科跨度大。
它涵盖了计算机图形学、工程数据库、设计方法学、计算机软硬件、有限元分析、建模、软件工程、制造工艺学和数控技术等多学科的内容，是综合性、系统性的交叉学科的综合运用。
具体说，主要内容有CAD/CAM软、硬件、工程数据处理、数据结构和数据库管理、几何建模、图形学、CAD/CAPP/CAM及其集成和产品数据管理（PDM）等。
课程体系与内容是实现教学目的的关键。
社会对CAD/CAM理论知识扎实、具有开发CAD/CAM系统和应用CAD/CAM一体化系统的高素质人才求之似渴，只懂某一软件的应用难以满足社会需要。
然而，高校现有CAD/CAM教学内容的设置，难以达到这样的要求。
目前，高校在该课程的教学中，主要存在以下2个问题:
（1）该课程的教学主要注重于课堂理论教学，课程实践环节仅仅是上机练习。
而在理论教学中，该课程的交叉性和综合性，教学内容多、面广，教师难以讲全面、讲透彻。
很多章节只能是点到为止，根本没有时间与学生讨论和交流。
学生被动地听课，不能激发学生学习的主动性和积极性。
在课程上机中，学时较少，内容只能是CAD建模、绘图和一部分程序处理。
对于整个课程知识体系来说，这种现状的上机实训肯定是不够的。
所以，学生学完该课程后，总觉得老师虽然讲了很多，但是实训机会很少，实际应用不够，感觉很空，很难真正掌握理论知识。
（2）市场上正式出版的CAD/CAM教材大致有两类，一类是理论性教材;
另一类CAD/CAM应用软件操作性教材。
理论性方面的教材大多从计算机图形学知识、数据结构知识、工程数据库知识、图形变换、样条曲线曲面、各种几何建模方法、专家系统、智能CAD/CAM系统，直到复杂的双链翼边数据结构等，具有面面俱到，应有尽有的共性。
这些教材对机械类学生接受困难，同时，由于缺乏综合应用将所学的理论知识解决实际问题的实践环节，接受这种教学的学生学习后感觉学习效果差、适应性差。
在没有合适教材的情况下，教师选用CAD/CAM教学内容的随意性很大，有的选用仅以CAD/CAM的原理和方法等理论知识作为CAD/CAM课程的教学内容。
有的则干脆选用某一CAD/CAM专业软件的应用作为CAD/CAM课程的教学内容，缺乏对CAD/CAM知识的整体了解，缺乏开发专用CAD/CAM系统及其装备所应具备的理论知识。
显然，机械类本科生仅掌握几个CAD/CAM应用软件的应用是不够的。
因此，对于应用型机械类本科专业，必须坚持原理与实践并重的原则。
只有让学生掌握了实用的原理和方法，再经过大量的实践，在实践中提高分析问题和解决问题的能力，才能培养出适应当今社会需要的CAD/CAM技术人才。
1.教学改革思路
贯彻“知识、能力及素质三位一体”的教学理念，构建“以实验与工艺技能训练为基础，以设计为主线，以工程训练和社会实践为依托”的实践教学体系，培养学生创新精神与工程应用能力。
以机械工程学院计算机辅助中心和工程教育中心为依托，将实践环节作为“CAD/CAM”课程教学中的核心内容，以培养学生实际动手应用能力和工程设计能力为教学突破口，以实践带动理论教学，在应用中不断发现问题、解决问题，探索按“实践-理论-实践”的认知规律重新组织教学内容，加强实践教学，充分调动学生主观能动性攻克难点。
同时，将课程最新发展引入课程教学，提高学生学习兴趣和加快人才培养。
3.教学改革内容与实践
3.1教学方法
“CAD/CAM”课程是一门实践性很强的计算机应用课程，重视和加强课程的实践环节显得尤为重要。
在进行课堂教学的同时，必须强化实践环节，保证足够的上机时间，确定内容结合工程的上机任务，建立严格的考核机制，提高学生的现代设计和数字制造工程应用能力，从而形成“CAD/CAM”课独特而有效的教学模式。
“CAD/CAM”课程的整个教学环节划分为:
课堂理论教学、上机实践、课外综合应用三大环节，学时分配为30∶30∶50。
在实践环节上，只有时间的保证是不够的，要充分发挥实践环节的重要作用，还必须保证每次上机实践都有具体的任务、明确的目标和严格的考核。
通过实践环节，不但使学生得到严格和系统的操作训练，而且能使教师从中了解学生的学习状况和操作能力，及时改进教学方法，调整教学进度，使教学工作真正做到有的放矢，提高课程的教学质量。
我们将上机实践环节分12次进行，共做10个实验，其中有一个大实验。
每次实验任务具体、内容明确、要求严格，在实验过程中教师要给予学生认真细致的指导，详细了解学生的实验状况。
学生在每次上机结束时，任课教师认真检查实验完成情况，确定每次上机实践的
考核成绩，并作为期末评定学生最终成绩的依据之一。
下次上机时，教师进行详细点评，让学生改正错误，并开始做新的实验。
上机实践与课堂教学应交叉同步进行，上机实践既是对课堂教学的复习和消化，又是对操作能力的训练和提高。
1.2考试改革
（1）考核依据。
现场实验操作是本课程的考核手段之一，实验和课外设计与操作能力是成绩评定的主要依据之一。
（2）考试内容。
改革考试命题内容，培养工程应用创新思维与能力。
将部分知识立意命题为能力立意命题，同时加强基本知识和概念的考核，既要重视学习常规的知识、经验和技能技巧，更要鼓励独立思考，质疑问难、大胆探索，有新观点、新见解。
（3）成绩评价的改革。
考试改革的另一个特点是改变片面依赖一张笔试试卷的评价方式。
从平时作业、小论文、上机实践、大作业等多方面评价学生，不但对形成学习氛围的良性循环起到了积极的作用，而且有利于淡化“应试”，激发学生工程应用创新思维，促进学生工程应用创新能力。
在课程最终成绩中，期末成绩占40%，实践考试和课外大作业成绩占50%，平时成绩占10%。
4.教材与教学资源建设
本课程选用姚英学，蔡颖编著的《计算机辅助设计与制造》作为教材［10］。
另外，课程组又结合工程实际情况和新的教学要求，编写了《基于UG的CAD/CAM实用教程》的教学讲义。
该讲义以“工程形成”为教学理念组织教学内容，以国际应用最广、最流行的UG软件为载体，以CAD/CAM基础知识为主线，通过一系列应用实例，将CAD/CAM技术基础知识的掌握和UG软件的学习有机结合，并于2007年获得北京高等教育精品教材建设项目立项资助。
该课程作为校级精品课程，建设了教学网站的CAD/CAM网站，提供了丰富的CAD/CAM资源。
在CAD/CAM教学中要充分利用这一资源，科学指导学生下载网上资料、练习网上习题、交流CAD/CAM作品、交换创作经验，引导学生利用网上文章和资料学习CAD/CAM，养成自学和独力解决问题的习惯。
建设为教学参考资料，并制作了教学课件。
这些教材和多媒体资料，缓解了当前教学内容多与学时少的矛盾，提高了教师“教
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