CADCAM課件-第1講緒論及系統(tǒng)硬件與軟件

1、機(jī)械CAD/CAM技術(shù)第0章 CAD/CAM技術(shù)緒論0.1 CAD/CAM的發(fā)展0.2 CAD/CAM技術(shù)基本概念0.3 CAD/CAM系統(tǒng)的功能和任務(wù)0.4 CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用0.1 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展50年代萌芽期萌芽期：圖形顯示器(50),NC機(jī)床(52),繪圖儀(58)60年代成長(zhǎng)期成長(zhǎng)期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型 CAD/CAM系統(tǒng)問(wèn)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微機(jī)和工作站系統(tǒng)廣泛使用，從大型 企業(yè)向中小企業(yè)擴(kuò)展，從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展90年代

2、集成期集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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)。 階段特征：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(jì)80年代 實(shí)體造型成熟，特征建模、工程數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展；超級(jí)微機(jī)、工作站占領(lǐng)市場(chǎng)。 階段特征: CAD/CAE/CAM集成性好，應(yīng)用向三維、集成化發(fā)展。面向并行設(shè)計(jì)制造環(huán)境的面向并行設(shè)計(jì)制造環(huán)境的CAD/CAM

3、階段階段 自20世紀(jì)90年代 由面向零件集成向面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)發(fā)展，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)一次成功。 階段特征：面向產(chǎn)品全生命周期建模、企業(yè)PDM、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 協(xié)同工作模式。CAD/CAM目前研究熱點(diǎn)目前研究熱點(diǎn) 計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì) 需解決建模和推理兩大技術(shù)難題。 計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì) 須解決： 群體成員間實(shí)時(shí)、可靠、廉價(jià)的信息交換； 保證異地、異構(gòu)環(huán)境下協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行； 群體成員沖突協(xié)調(diào)解決機(jī)制。 海量信息的存儲(chǔ)、管理和檢索技術(shù)海量信息的存儲(chǔ)、管理和檢索技術(shù) 智能智能CAD/CAM技術(shù)技術(shù) CAD/CAM與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的集成與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的集成 計(jì)算機(jī)安全

4、計(jì)算機(jī)安全0.2 CAD/CAM技術(shù)基本概念 0.2.1 CAD技術(shù)CAD含義： 以計(jì)算機(jī)為工具，通過(guò)人機(jī)交互，處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助 完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的一門(mén)綜合技術(shù)。 以計(jì)算機(jī)為主要工具，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、工程分析與編輯撰寫(xiě)技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)工作的總稱0.1 CAD/CAM技術(shù)基本概念 0.1.1 CAD技術(shù)CAD基本功能幾何建模工程分析仿真模擬自動(dòng)繪圖0.2.1 CAD技術(shù)CAD 系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序庫(kù)交互圖形庫(kù)硬件軟件0.2.2 CAPP技術(shù)CAPP含義： CAPPComputer Aided Process Planning 是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果,進(jìn)

5、行產(chǎn)品的加工工藝過(guò)程（加工方法和制造過(guò)程）的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。0.2.2 CAPP技術(shù)CAPP功能毛坯設(shè)計(jì)工藝路線工序設(shè)計(jì)工時(shí)定額工裝設(shè)計(jì)余量分配切削用量工時(shí)定額機(jī)床刀具選用工序圖繪制0.2.2 CAPP技術(shù)CAPP組成 人機(jī)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(duì)象零件信息庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)工藝文件庫(kù)0.2.3 CAM技術(shù)CAM含義： CAM- Computer Aided Manufacturing廣義CAM：利用計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的各種生產(chǎn)活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流控制、質(zhì)量控制等。狹義CAM：數(shù)控加工程序編制。0.2.

6、4 CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM集成技術(shù)： 利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換和接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3C（CAD/CAPP/CAM）各模塊之間信息自動(dòng)傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。0.2.4 CAD/CAM集成技術(shù)CADCAPPCAM工程圖樣工藝文檔NC代碼非集成3C系統(tǒng)輸入輸出信息流0.2.4 CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念設(shè)計(jì)幾何造型工程分析圖形處理毛坯設(shè)計(jì)工藝準(zhǔn)備工序設(shè)計(jì)工時(shí)定額工藝準(zhǔn)備作業(yè)計(jì)劃物流控制質(zhì)量保證0.2.4 CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)CADCAPPCAM數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作

7、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件0.3 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)CADCAM工程繪圖計(jì)算分析幾何建模工程數(shù)據(jù)管理動(dòng)態(tài)仿真數(shù)控編程工藝設(shè)計(jì)CAD/CAM系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)有限元分析計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)CAD/CAM 系統(tǒng)的功能幾何建模與工程繪圖幾何建模與工程繪圖 用基本幾何實(shí)體及其相互關(guān)系構(gòu)造零件或產(chǎn)品三維幾何模型，這是后續(xù)工作的基礎(chǔ)；計(jì)算分析計(jì)算分析 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)等；工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì) 自動(dòng)決策生成產(chǎn)品加工所采用的加工方法、工藝路線、工藝參數(shù)和加工設(shè)備；數(shù)控編程數(shù)控編程 選擇所需要刀具和工藝參數(shù)，確定走刀方式，生成刀具軌跡，后置處理，生成NC程序。動(dòng)態(tài)仿真動(dòng)態(tài)仿

8、真 預(yù)測(cè)產(chǎn)品工作性能，檢查NC代碼正確性，檢查制造過(guò)程幾何干涉和物理碰撞，分析產(chǎn)品可制造性；數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理 提供有效的工程數(shù)據(jù)管理手段，支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全過(guò)程數(shù)據(jù)信息流動(dòng)和處理。CAD/CAM 作業(yè)過(guò)程創(chuàng)意構(gòu)思計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)快速原型制造計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助NC編程模擬制造實(shí)際制造設(shè)計(jì)文檔產(chǎn)品原型數(shù)控代碼工藝文檔產(chǎn)品CAD/CAM 作業(yè)過(guò)程創(chuàng)意與構(gòu)思創(chuàng)意與構(gòu)思 即需求分析，并進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，這一部分目前仍主要由人工完成，在條件具備時(shí)也可以采用人工智能和專家系統(tǒng)輔助完成。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析 人機(jī)交互完成產(chǎn)品造型、裝配設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程分析和優(yōu)化。快速原型制造快

9、速原型制造 根據(jù)產(chǎn)品模型，采用分層堆積原理、以非切削方法，快速廉價(jià)的生成與實(shí)際產(chǎn)品形狀、尺寸一致的產(chǎn)品模型，供分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行多方案的比較。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃 提取產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，分析幾何特征、工藝特征，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程，生產(chǎn)工藝文件。計(jì)算機(jī)輔助編程計(jì)算機(jī)輔助編程 利用設(shè)計(jì)結(jié)果和相關(guān)工藝信息，自動(dòng)生成NC控制代碼，提高數(shù)控編程效率和質(zhì)量。虛擬制造虛擬制造 不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)世界的產(chǎn)品，借助三維可視的交互環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到裝配的全過(guò)程進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造一次成功。0.4 CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用比較成熟的是機(jī)械、電

10、子、建筑等領(lǐng)域。CAD/CAM技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造一體化，具有明顯的優(yōu)越性：減少了設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖、制表所需的時(shí)間，縮短了設(shè)計(jì)周期。減少了設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖、制表所需的時(shí)間，縮短了設(shè)計(jì)周期。 有利于發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，將他們從大量簡(jiǎn)單、煩瑣的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)。由于采用了計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)，可以從多方案中進(jìn)行分析、比較，選由于采用了計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)，可以從多方案中進(jìn)行分析、比較，選出最佳方案，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。出最佳方案，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。減少了零件在車(chē)間的流通時(shí)間和在機(jī)床上裝卸、調(diào)整、測(cè)量

11、、等待切削減少了零件在車(chē)間的流通時(shí)間和在機(jī)床上裝卸、調(diào)整、測(cè)量、等待切削的時(shí)間，提高了加工加工效率。的時(shí)間，提高了加工加工效率。先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備既有較高的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平，又能在較大的范圍內(nèi)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備既有較高的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平，又能在較大的范圍內(nèi)適應(yīng)加工對(duì)象的變化，有利于企業(yè)提高應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。適應(yīng)加工對(duì)象的變化，有利于企業(yè)提高應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。CADCAM的一體化，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程形成一個(gè)有機(jī)的整體，提的一體化，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程形成一個(gè)有機(jī)的整體，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的效率。高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的效率。第1章 CAD/CAM系統(tǒng)硬件和軟件軟件核心人關(guān)

12、鍵硬件基礎(chǔ)CAD/CAM系統(tǒng)組成1.1 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可替代主導(dǎo)主導(dǎo)作用作用硬件：硬件：是是基礎(chǔ)基礎(chǔ)，包括主機(jī)、計(jì)算機(jī)，包括主機(jī)、計(jì)算機(jī) 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(yīng)用軟件等；應(yīng)用軟件等； 1.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成 1.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件存貯器計(jì)算機(jī)主機(jī)輸入裝置生產(chǎn)裝備輸出裝置計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成1.2 CAD/CAM

13、系統(tǒng)硬件計(jì)算機(jī)主機(jī)： 中小型計(jì)算機(jī)：由于大型復(fù)雜設(shè)計(jì)計(jì)算和分析； 工程工作站：具有強(qiáng)大的圖形處理、高速計(jì)算 和網(wǎng)絡(luò)通信能力； 微型計(jì)算機(jī)：性能價(jià)格比高，軟件豐富，操作 容易，是CAD/CAM主流機(jī)型。1.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸入裝置： 鍵盤(pán)鼠標(biāo)：最典型常用的輸入裝置； 數(shù)字化儀：通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行圖形坐標(biāo)點(diǎn)輸入； 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)矢量化處理將位圖轉(zhuǎn)換為矢量化圖形； 數(shù)碼相機(jī)：將光學(xué)真實(shí)圖象轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象； 其他輸入裝置：如觸摸屏、聲響交互輸入等。1.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸出裝置： 圖形顯示器：最基本的輸出裝置，由圖形卡支持； 打印機(jī)：有針式

14、、噴墨、激光打印機(jī)之分； 自動(dòng)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。1.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件存儲(chǔ)器： 內(nèi)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)當(dāng)前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導(dǎo)體材 料， 訪問(wèn)速度快，成本高，存儲(chǔ)量有限，存儲(chǔ)信息掉 電丟失； 外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)CPU暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)和程序，存儲(chǔ)量 大，能長(zhǎng)期保存。有軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)、USB之分。 1.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件 應(yīng) 件 用 軟 支 件 撐 軟系統(tǒng)軟件CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成1.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件： 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)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D

15、OS、Windows、Unix、OS/2等。 語(yǔ)言編譯系統(tǒng)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)：如 Basic、C/C+、LISP等編譯系統(tǒng)， 是將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)機(jī)器語(yǔ)言。 圖形接口標(biāo)準(zhǔn)圖形接口標(biāo)準(zhǔn)：如 GKS、PHIGS、GL/OpenGL等圖 形接口標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于硬件設(shè)備和各種不同的 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。1.3.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件支撐軟件支撐軟件： 交互繪圖軟件交互繪圖軟件：主要完成二維工程圖樣的繪制， 如AutoCAD、PICAD 高華CAD 開(kāi)目CAD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：如 SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。 綜合集成支撐軟件綜合集成支撐軟件：如 I-DEAS、UGII、PRO/E、 CATIA等,具有CA