《CADCAM原理與應用》第1章

1、計算機輔助設(shè)計與制造計算機輔助設(shè)計與制造Computer Aided Design and Manufacturing南昌大學南昌大學劉建勝劉建勝聯(lián)系方式：聯(lián)系方式：1894234546318942345463郵箱郵箱：本課程說明n由于CAD/CAM是一門新興技術(shù)，其發(fā)展較快，因此在教學的內(nèi)容上將在教材基礎(chǔ)上對一些問題擴展。n基本概念是學習的重點。本課程教學的目的是為今后的學習和工作建立基礎(chǔ)，因此基本概念的掌握最重要。 n上機練習有助于理解教學內(nèi)容。更重要的是CAD/CAM技術(shù)本身就是一門可以直接在生產(chǎn)實際中產(chǎn)生效益的新興技術(shù)。n在每章之后，有關(guān)于本章內(nèi)容的思考題。建議在學習完每章后，完成思考

2、題。本課程的考核形式與內(nèi)容接近思考題的方式和內(nèi)容。 第一講第一講 CAD/CAM技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ) CAD/CAM技術(shù)基礎(chǔ) 本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：主要介紹主要介紹CAD/CAM 的基本概念，的基本概念，CAD/CAM技術(shù)的狀況及其技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的狀況及其技術(shù)的發(fā)展1.1 CADCAM的基本概念的基本概念nCAD/CAM技術(shù)是一門多學科綜合性應用技術(shù)，是20世紀制造領(lǐng)域最杰出的技術(shù)之一。 nCAD/CAM是計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造的縮寫。 70年代初期產(chǎn)生的術(shù)語，其中斜杠表示設(shè)計和制造的自動化以及信息的集成化。 也有將CAD、CAM、CAE（分析）、CAQ等統(tǒng)一寫成CAX。 nCAD/CAM技

3、術(shù)在近半個世紀的應用實踐中，它的重大貢獻已被國際科技界和工業(yè)界所公認。 美國工程科學院評為自1964年以來當代最杰出貢獻的十項工程技術(shù)成就之一。CAD(Computer Aided Design):是指工程技術(shù)人員以計算機為工具完成產(chǎn)品設(shè)計過程中的各項任務，如草圖繪制、零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工裝設(shè)計、工程分析等計算速度高、可編程因而可修改、存儲量大、記憶能力強、重復工作不會“疲勞”，但無創(chuàng)造能力。 有知識、思想、經(jīng)驗、創(chuàng)造性，但記憶能力有限、存儲有限，易疲勞、易失誤、計算速度慢計算機：工程技術(shù)人員：計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計Computer Aided Designn將人與計算機結(jié)合，取各自所

4、長。在交互方式下組成一個高效的工作組（設(shè)計工作組 design team）。人人CAD計算機計算機主觀能動力 應用交互 支持環(huán)境 對對CAD的誤解的誤解n自動設(shè)計，從而完全替代人的作用。 辯析：目前一些系統(tǒng)將人的經(jīng)驗知識嵌入軟件，使得計算機有一定的“智能”，但只有有限的能力。nCAD只是將原先的圖紙搬到計算機上進行設(shè)計。 辯析：忽略了計算機在計算速度、修改、存儲方面的優(yōu)勢。從CAD的定義引深兩個含義：n在CAD中，人與計算機的角色是互相不可取代的； CAD的工作組中，應盡可能發(fā)揮人和計算機各自的特長。 制造的定義 n廣義制造指產(chǎn)品的整個生命周期過程。 制造是一個涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇

5、、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關(guān)活動和工作的總稱。(國際生產(chǎn)工程學會1990年) n狹義制造指產(chǎn)品的制作過程。 即，產(chǎn)品的機械工藝過程或機械加工過程。 定義：制造是使原材料（采掘業(yè)的產(chǎn)品和農(nóng)產(chǎn)品）在物理性質(zhì)和化學性質(zhì)上發(fā)生變化而轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程。nCAM(Computer Aided Manufacturing):制造人員借助于計算機完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造出來的過程中各個環(huán)節(jié)與活動，如數(shù)控加工編程、制造過程控制、質(zhì)量檢測等。nCAPP(Computer Aided Process Planning):是指工藝人員利用計算機，根據(jù)產(chǎn)品制造工藝要求，交互或自動

6、地確定產(chǎn)品加工方法和方案，如加工方法的選擇、工藝路線和工序的設(shè)計等。從產(chǎn)品制造的過程理解從產(chǎn)品制造的過程理解CAD/CAM 產(chǎn)品設(shè)計階段工藝設(shè)計階段產(chǎn)品生產(chǎn)階段任務規(guī)程概念設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析詳細設(shè)計工程設(shè)計毛坯設(shè)計工藝路線設(shè)計工序設(shè)計工裝設(shè)計NC編程加工仿真NC加工質(zhì)量控制裝配性能測試市場需求產(chǎn)品CADCAPPCAM將三者集成CAD/CAM傳統(tǒng)制造概念與過程 從產(chǎn)品制造的過程理解從產(chǎn)品制造的過程理解CAD/CAM 現(xiàn)代制造概念與過程 市場需求分析產(chǎn)品概念設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)準備生產(chǎn)制造質(zhì)量控制銷售服務管理與協(xié)調(diào)利用計算機完成各個環(huán)節(jié)的工作成為CAD/CAM從產(chǎn)品制造的過程理解從產(chǎn)品制造的過程理解C

7、AD/CAM 幾點說明：1、計算機技術(shù)只能解決信息的查詢與統(tǒng)計，信息的管理、重復而繁瑣的工作等，而并不能代替人的工作，特別是創(chuàng)造性的工作。2、現(xiàn)代制造概念很大，本書CAD/CAM的概念只涉及到產(chǎn)品的設(shè)計、工藝設(shè)計、加工、車間控制與質(zhì)量控制等內(nèi)容。3、上述制造環(huán)中有三個流：物流、資金流與信息流。4、企業(yè)制造資源有人、財、物、技術(shù)與信息。CAD/CAM的基本功能的基本功能在CAD/CAM系統(tǒng)中，人們利用計算機完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達、工程信息的傳輸與轉(zhuǎn)化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系統(tǒng)應具備以下基本功能：1、產(chǎn)品與過程的建模、產(chǎn)品與過程的建模 如何用計算機能夠識別的數(shù)據(jù)（信息）來表

8、達描述產(chǎn)品。如產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)的描述、產(chǎn)品加工特性的描述、如何將有限元分析所需要的網(wǎng)格及邊界條件描述出來等等。CAD/CAM的基本功能的基本功能2、圖形與圖像處理、圖形與圖像處理 在CAD/CAM系統(tǒng)中，圖形圖像仍然是產(chǎn)品形狀與結(jié)構(gòu)的主要表達形式，因此，如何在計算機中表達圖形、對圖形進行各種變換、編輯、消隱、光照等處理是CAD/CAM的基本功能。CAD/CAM的基本功能的基本功能3、信息存儲與管理、信息存儲與管理設(shè)計與制造過程會產(chǎn)生大量、種類繁多的數(shù)據(jù)，如設(shè)計分析數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型有圖形圖像、文字數(shù)字、聲音、視頻等；有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；有動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)等。怎樣將C

9、AD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生這些大量的電子信息存儲與管理好，是CAD/CAM的必備功能。采用工程數(shù)據(jù)庫。 CAD/CAM的基本功能的基本功能4、工程計算分析與優(yōu)化、工程計算分析與優(yōu)化 工程分析和幾何計算：計算體積、重心、轉(zhuǎn)動慣量等幾何特性和物理特性； 結(jié)構(gòu)分析：應力、溫度、位移計算； 圖形處理中的矩陣計算； 工藝規(guī)程設(shè)計中的工藝參數(shù)計算；5、工程信息傳輸與交換、工程信息傳輸與交換信息交換有CAD/CAM系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的信息交換和同一CAD/CAM系統(tǒng)中不同功能模塊的信息交換。CAD/CAM的基本功能的基本功能6、模擬與仿真、模擬與仿真為了檢查產(chǎn)品的性能，往往需要對產(chǎn)品進行各種試驗與測試，需要專門的設(shè)備

10、與生產(chǎn)出樣品，并具有破壞性，時間長，成本大。通過建立產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字化模式，采用計算機模擬技術(shù)可以解決這一問題。如加工軌跡仿真，機構(gòu)運動仿真，工件、刀具和機床碰撞與干涉檢驗等。CAD/CAM的基本功能的基本功能7、人機交互、人機交互數(shù)據(jù)輸入、路線與方案的選擇等，都需要人與計算機進行對話。人機對話交互的方式有軟件界面與設(shè)備（鍵盤、鼠標等）8、信息的輸入與輸出、信息的輸入與輸出信息的輸入與輸出有人機交互式輸入輸出與自動輸入輸出。 CAD/CAM的基本功能的基本功能CAD幾何造型幾何造型工程繪圖工程繪圖工 程 分 析 和工 程 分 析 和優(yōu)化優(yōu)化模擬與仿真模擬與仿真CAPP工 藝 知 識工 藝 知

11、識檢索檢索工 藝 路 線工 藝 路 線生成生成工藝設(shè)計工藝設(shè)計CAM數(shù) 控 加 工數(shù) 控 加 工編程編程加工仿真加工仿真車間管理車間管理計劃調(diào)度計劃調(diào)度質(zhì)量控制質(zhì)量控制工 程 數(shù)據(jù)庫EDBMS從從CAD/CAM系統(tǒng)工作過程看系統(tǒng)工作過程看CAD/CAM的基本功能的基本功能nCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展回顧技術(shù)的發(fā)展回顧 CAD技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 ： 1形成期形成期 1950 MIT CRT(陰極射線管) 計算機能夠處理圖形 計算機圖形學。2. 發(fā)展期發(fā)展期 50年代 光筆交互式會圖 60年代 屏幕菜單點擊、 功能鍵盤、光筆定位、圖形動態(tài)修改。1962 美國 Ivan Sutherland 第一個

12、交互式圖形系統(tǒng)（SketchPad） 2D系統(tǒng)3、成熟期、成熟期1973 實體造型技術(shù) 實體造型軟件 3D系統(tǒng)4.集成期集成期信息分散、不能共享，不能發(fā)揮合力效益，開發(fā)專用接口，成本大，自動化程度不高 等等 集成CAD/CAM.nCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展回顧技術(shù)的發(fā)展回顧 CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展1952年數(shù)控機床1955自動編程工具（APT） 1958自動換刀系統(tǒng)加工中心（MC） 1962工業(yè)機器人物料搬運自動化，利用一臺計算機控制多臺數(shù)控設(shè)備(直接數(shù)控系統(tǒng))DNC FMS.70年代，交互式圖形編程系統(tǒng)，CAM成熟 智能化，集成化，自動化。 nCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展回顧技術(shù)的發(fā)展回顧 C

13、APP技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展1969年，挪威，成組技術(shù)，零件分類歸族，典型樣件與典型工藝 AutoPros1980年，英國AutoCAP. 派生式派生式CAPP系統(tǒng)系統(tǒng)。簡單，實用，成本低，周期短；但與企業(yè)的特性相關(guān)度高，一般不適合于其他企業(yè)。采用規(guī)則，推理，根據(jù)工藝的特性，自動生成工藝路線，成為創(chuàng)成式成為創(chuàng)成式CAPP，自動化程度高，適合于多種企業(yè)。但由于工藝過程涉及的因素多，開發(fā)周期及成本高，目前仍然在研究階段。80年代中期，CAPP專家系統(tǒng)。 CAD/CAM的集成技術(shù)的集成技術(shù) ： CAD、CAPP、CAM技術(shù)長時間獨立發(fā)展，使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)、平臺等方面有很大差異。系統(tǒng)之間不能進行自動

14、的數(shù)據(jù)交換，需要大量的人工參與以完成數(shù)據(jù)傳輸工作，嚴重阻礙CAD、CAPP、CAM技術(shù)的效益與發(fā)展。80年代，人們致力于CAD、CAPP、CAM技術(shù)集成研究。相繼推出了CADAM、CATIA、UG、Pro/E等。 nCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展回顧技術(shù)的發(fā)展回顧 CAD/CAM的應用現(xiàn)狀的應用現(xiàn)狀機械是主要應用領(lǐng)域2D應用最廣我國在2D CAD系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)中自主產(chǎn)品，市場占有率較高。3D剛起步。CAD/CAM的應用效益的應用效益生產(chǎn)精度與產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品開發(fā)周期縮短 GM 汽車 5年3年新產(chǎn)品可靠性提高 20%60%生產(chǎn)成本下降 波音777未生產(chǎn)樣機詳細效益請見P11nCAD/CAM技術(shù)的應用技術(shù)的應用 制造企業(yè)面臨的市場形式制造企業(yè)面臨的市場形式產(chǎn)品形式多樣化、個性化，生產(chǎn)方式生產(chǎn)方式由大批量、少品種少批量、多品種；市場響應速度快。大吃小快吃慢產(chǎn)品的范疇：產(chǎn)品產(chǎn)品P+質(zhì)量Q+時間T+服務S (T,Q,C,S)競爭范圍：區(qū)域全球核心競爭力創(chuàng)新技術(shù)與人才各種新技術(shù)的出現(xiàn)與應用，特別是計算機與信息技術(shù)，Internet上述原因，企業(yè)未來呈現(xiàn)的特點：nCAD/CAM技術(shù)的新發(fā)展技術(shù)的新發(fā)展 上述原因，企業(yè)未來呈現(xiàn)的特點： 產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)周期短，上市快；制造柔性化； 整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的質(zhì)量保證 企業(yè)組織形式，出現(xiàn)虛擬企業(yè)與企業(yè)聯(lián)