機械CADCAM第1章

1、機械CAD/CAM技術(shù)桂林電子科技大學桂林電子科技大學 2012.11.20 目 錄第一章 CAD/CAM技術(shù)概述第二章 CAD/CAM的支撐技術(shù)第三章 設(shè)計數(shù)據(jù)的處理技術(shù)第四章 計算機圖形處理技術(shù) 第五章 機械CAD/CAM建模技術(shù)第六章 機械CAD/CAM應用軟件開發(fā)第七章 計算機輔助工藝過程設(shè)計第八章 數(shù)控加工編程第九章 CAD/CAM集成技術(shù)第一章 CAD/CAM技術(shù)概述1.1 CAD/CAM技術(shù)基本概念1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的功能和作業(yè)過程1.3 CAD/CAM技術(shù)的硬件和軟件1.4 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應用 1.1 CAD/CAM技術(shù)基本概念 1 1、CADCAD技術(shù)技術(shù)

2、 CAD含義：以計算機為工具，通過人機交互，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個產(chǎn)品設(shè)計過程的一門綜合技術(shù)。CAD基本功能基本功能幾何造型工程分析仿真模擬圖形處理CAD基本功能基本功能幾何造型幾何造型工程分析工程分析仿真模擬仿真模擬圖形處理圖形處理CAD 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)庫應用程序庫交互圖形庫硬件軟件2 CAPP2 CAPP技術(shù)技術(shù)CAPP含義：含義： CAPPComputer Aided Process Planning 是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果,進行產(chǎn)品加工工藝過程的設(shè)計，是一項重要的生產(chǎn)準備工作。CAPP功能功能毛坯設(shè)計工藝路線工序設(shè)計工藝文件工裝設(shè)計余量分配切削

3、用量工時定額機床刀具選用工序圖繪制某零件機械加工某零件機械加工工藝流程工藝流程工藝過程卡工藝過程卡常用格式常用格式CAPP組成組成 人機交互模塊零件信息描述獲取工藝工序決策工藝文件生成與管理零件對象零件信息庫數(shù)據(jù)庫知識庫工藝文件庫3 3、CAMCAM技術(shù)技術(shù)CAMCAM含義：含義： CAM- Computer Aided Manufacturing廣義廣義CAMCAM：利用計算機完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種生產(chǎn)活動，包括工藝準備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、物流控制、質(zhì)量保證等。狹義狹義CAMCAM：數(shù)控加工編程。4 4、CAD/CAMCAD/CAM集成技術(shù)集成技術(shù) 利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

4、、數(shù)據(jù)交換和接口技術(shù)，實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM各模塊之間信息自動傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。CADCAPPCAM工程圖樣工藝文檔NC代碼CAD/CAPP/CAM非集成系統(tǒng)的信息流CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的信息流CADCAPPCAM概念設(shè)計幾何造型工程分析圖形處理毛坯設(shè)計工藝流程工序設(shè)計工時定額數(shù)控編程作業(yè)計劃物流控制質(zhì)量保證CAD/CAM集成系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)用戶界面應用系統(tǒng)CADCAPPCAM數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作系統(tǒng)計算機硬件CAD/CAM作業(yè)過程特征設(shè)計對象數(shù)字化設(shè)計對象數(shù)字化 所設(shè)計產(chǎn)品以數(shù)據(jù)形式保存，產(chǎn)品開發(fā)活動是對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行操作、處理和轉(zhuǎn)換的過程。設(shè)計環(huán)境的網(wǎng)

5、絡(luò)化設(shè)計環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化 通過網(wǎng)絡(luò)將不同設(shè)計人員、部門和設(shè)計地點聯(lián)系起來，做到及時溝通和響應，避免信息延誤和錯誤傳遞，避免扯皮和責任推諉現(xiàn)象。設(shè)計過程的并行化設(shè)計過程的并行化 建立上下游產(chǎn)品開發(fā)活動的關(guān)聯(lián)和反饋，上游活動可對下游活動預先分析，確保整體性；若下游發(fā)現(xiàn)上游的缺陷，可及時修改，使產(chǎn)品設(shè)計不斷完善和優(yōu)化。新型開發(fā)工具和手段新型開發(fā)工具和手段 應用如快速原型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、動靜態(tài)分析等多種技術(shù)，保證產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品開發(fā)一次成功率。 1.3 CAD/CAM系統(tǒng)硬件和軟件 1、CAD/CAM系統(tǒng)組成軟件核心人關(guān)鍵硬件基礎(chǔ)CAD/CAM系統(tǒng)組成人：人：有著不可替代有著不

6、可替代主導主導作用作用硬件：硬件：是是基礎(chǔ)基礎(chǔ)，包括主機、計算機，包括主機、計算機 外部設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等外部設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等軟件：軟件：是是核心核心，決定系統(tǒng)性能的優(yōu)，決定系統(tǒng)性能的優(yōu) 劣，包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、劣，包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、 應用軟件等。應用軟件等。2、CAD/CAM系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成存貯器計算機主機輸入裝置生產(chǎn)裝備輸出裝置計算機網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成計算機主機：計算機主機： 中小型計算機中小型計算機：由于大型復雜設(shè)計計算和分析； 工程工作站工程工作站：具有強大的圖形處理、高速計算 和網(wǎng)絡(luò)通信能力； 微型計算機：微型

7、計算機：性能價格比高，軟件豐富，操作 容易，是CAD/CAM主流機型。輸入裝置：輸入裝置： 鍵盤鼠標鍵盤鼠標：最典型常用的輸入裝置； 數(shù)字化儀：數(shù)字化儀：通過電磁感應原理進行圖形坐標點輸入； 圖形掃描儀：圖形掃描儀：能快速完成圖形信息的輸入，生成位圖信息， 經(jīng)矢量化處理矢量化處理將位圖轉(zhuǎn)換為矢量化圖形； 三坐標測量設(shè)備三坐標測量設(shè)備: :包括三坐標測量儀、激光三維掃描儀等 數(shù)碼相機數(shù)碼相機：將光學真實圖象轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象； 其他輸入裝置：其他輸入裝置：如觸摸屏、聲響交互輸入、數(shù)據(jù)手套等。 三坐標測量儀三坐標測量儀激光三維掃描儀激光三維掃描儀數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)手套數(shù)字化儀數(shù)字化儀鍵盤鍵盤鼠標鼠標輸出裝置

8、：輸出裝置： 圖形顯示器：圖形顯示器：最基本的輸出裝置，由圖形卡支持； 打印機：打印機：有針式、噴墨、激光打印機之分； 自動繪圖儀：自動繪圖儀：有筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀， 有滾筒繪圖儀、平板繪圖儀之分。 立體顯示器：立體顯示器：頭盔顯示器頭盔顯示器、立體眼鏡、3D立體投影儀 三維打印機三維打印機：采用材料累加成型原理，由CAD數(shù)據(jù)直接控 制打印機x、y、z三軸運動。 升降工作臺成形頭光敏樹脂支撐材料紫外光頭盔顯示器頭盔顯示器光敏材料三維打印光敏材料三維打印原理圖原理圖存儲器：存儲器： 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器：存儲當前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導體材 料， 訪問速度快，成本高，存儲量有限，存儲信息掉 電丟失

9、； 外存儲器：外存儲器：存儲CPU暫時不用的數(shù)據(jù)和程序，存儲量 大，能長期保存。 外存儲器有軟盤、硬盤、光盤、USB之分。 3、CAD/CAM系統(tǒng)的軟件CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)的軟件組成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件： 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)：計算機軟件核心，有CPU管理、內(nèi)存 管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操 作系統(tǒng)有DOS、Windows、Unix、Linux等。 語言編譯系統(tǒng)：語言編譯系統(tǒng)：如 Basic、C/C+、LISP等編譯系統(tǒng)， 是將高級語言轉(zhuǎn)換為計算機機器語言。 圖形接口標準：圖形接口標準：如 GKS、PHIGS、GL/OpenGL等圖 形接口標準，獨立于硬件設(shè)備和各

10、種不同的 計算機語言。支撐軟件支撐軟件： 交互式二維繪圖軟件：交互式二維繪圖軟件：主要完成二維工程圖樣的繪制， 如AutoCAD、PICAD、高華CAD、開目CAD、CAXA等。 三維造型軟件：三維造型軟件：如 MDT、Solidworks、Solidedge等。 數(shù)控編程軟件數(shù)控編程軟件：如 MasterCAM、SurfCAM等。 工程分析軟件工程分析軟件：有限元分析軟件，如 SAP、NASTRAN、ANSYS等； 動力學仿真分析軟件，如Adams等。 虛擬現(xiàn)實軟件工具虛擬現(xiàn)實軟件工具：Creator、VEGA、WTK（WorldToolKit）等。 綜合集成支撐軟件綜合集成支撐軟件：如 I

11、-DEAS、UGII、PRO/E、CATIA等,具有CAD、 CAE、CAM等綜合功能。應用軟件：應用軟件： 在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎(chǔ)上，針對某一具體應用具體應用開發(fā)的軟件，如機床設(shè)計、夾具設(shè)計、汽車車身設(shè)計等CAD或CAE軟件系統(tǒng)。1.4 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應用技術(shù)的發(fā)展和應用CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展50年代萌芽期萌芽期：圖形顯示器(50),NC機床(52),繪圖儀(58)60年代成長期成長期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型 CAD/CAM系統(tǒng)問世70年代發(fā)展期發(fā)展期：CAD/CAM軟硬件系統(tǒng)商品化80年代普及期普及期：PC微

12、機和工作站系統(tǒng)廣泛使用，從大型 企業(yè)向中小企業(yè)擴展，從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展90年代集成期集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成單元技術(shù)的發(fā)展和應用階段單元技術(shù)的發(fā)展和應用階段 6070年代 如圖形軟件、數(shù)控編程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等 CAD/CAM系統(tǒng)；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系統(tǒng)。 特征：特征：各功能模塊基本形成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，不具備集成性。CAD/CAM的集成階段的集成階段 20世紀80年代 實體造型成熟，特征建模、工程數(shù)據(jù)庫發(fā)展；超級微機、工作站占領(lǐng)市場。 特征特征: CAD/CAE/CAM集成性好，應用向三維、集成化

13、發(fā)展。面向并行協(xié)同設(shè)計環(huán)境的面向并行協(xié)同設(shè)計環(huán)境的CAD/CAM階段階段 自20世紀90年代 由面向零件集成向面向產(chǎn)品并行協(xié)同設(shè)計發(fā)展，要求產(chǎn)品設(shè)計一次成功。 特征：特征：面向產(chǎn)品全生命周期建模、企業(yè)PDM、計算機網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同工作模式。CAD/CAM目前研究熱點目前研究熱點 計算機輔助概念設(shè)計計算機輔助概念設(shè)計 需解決建模和推理兩大技術(shù)難題。 計算機支持的協(xié)同設(shè)計計算機支持的協(xié)同設(shè)計 須解決： 群體成員間實時、可靠、廉價的信息交換； 保證異地、異構(gòu)環(huán)境下協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)可靠運行； 群體成員沖突協(xié)調(diào)解決機制。 智能智能CAD/CAM技術(shù)技術(shù) CAD/CAM與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集成與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集成 計算機安全計算機安全CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢 1 1、集成化、集成化 單一功能各模塊CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM的集成 CAD/CAM與ERP集成，即技術(shù)與管理信息的集成2 2、網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)化 通過網(wǎng)絡(luò)將不同地點的CAD/CAM系統(tǒng)連接起來，可實現(xiàn)設(shè)計信息交換，共享網(wǎng)絡(luò)資源，降低設(shè)計成本，加速了產(chǎn)品設(shè)計進程。3