第一章 緒論與CADCAM系統(tǒng)硬件-計算機(jī)輔助設(shè)計與制造-JZH

1、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造 機(jī)電工程學(xué)院 本書特色本書特色第一章第一章 CAD/CAMCAD/CAM概述概述 1.1 CAD/CAM基本概念基本概念 1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)系統(tǒng)的功能與任務(wù) 1.3 CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用 1.4 CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢系統(tǒng)的發(fā)展趨勢學(xué)習(xí)的目的與要求學(xué)習(xí)的目的與要求 整體了解整體了解CAD/CAM的技術(shù)基本概念的技術(shù)基本概念 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)系統(tǒng)的功能與任務(wù) CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的基本概念的基本概念 CAD/CAM 技術(shù)

2、作為傳動技術(shù)、制造技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的技術(shù)作為傳動技術(shù)、制造技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，以不同的方式廣泛應(yīng)用于各項工程實踐中。結(jié)合，以不同的方式廣泛應(yīng)用于各項工程實踐中。 繪圖與設(shè)計繪圖與設(shè)計 、生成著色、生成著色、 動畫演示、有限元分析動畫演示、有限元分析 德國提出德國提出“工業(yè)工業(yè)4.0概念概念” 中國制造中國制造2025推動工業(yè)化與信息化的推動工業(yè)化與信息化的“兩化深度融合兩化深度融合”計算機(jī)在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中典型應(yīng)用計算機(jī)在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中典型應(yīng)用 CAD CAD技術(shù)技術(shù)CAD含義： 以計算機(jī)為工具，通過人機(jī)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)。 以

3、計算機(jī)為主要工具，對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計、繪圖、工程分析與編輯撰寫技術(shù)文檔等設(shè)計工作的總稱 CAD CAD技術(shù)技術(shù)CAD基本功能基本功能幾何建模工程分析仿真模擬自動繪圖 CAD CAD技術(shù)技術(shù)CAD 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序庫交互圖形庫硬件軟件CAPPCAPP技術(shù)技術(shù)CAPP含義：含義： CAPPCAPPComputer Aided Process PlanningComputer Aided Process Planning 是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果, ,進(jìn)行產(chǎn)品的加工工藝過程（加工方法和進(jìn)行產(chǎn)品的加工工藝過程（加工方法和制造過程）的設(shè)計，是一項重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。制

4、造過程）的設(shè)計，是一項重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。CAPPCAPP技術(shù)技術(shù)CAPP功能功能毛坯設(shè)計工藝路線工序設(shè)計工時定額工裝設(shè)計余量分配切削用量工時定額機(jī)床刀具選用工序圖繪制 CAPP CAPP技術(shù)技術(shù)CAPP組成組成 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象零件信息庫數(shù)據(jù)庫知識庫工藝文件庫CAMCAM技術(shù)技術(shù)CAMCAM含義：含義： CAM- Computer Aided ManufacturingCAM- Computer Aided Manufacturing廣義廣義CAMCAM：利用計算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接利用計算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直

5、接和間接的各種生產(chǎn)活動，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、物流控制、質(zhì)的各種生產(chǎn)活動，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、物流控制、質(zhì)量控制等。量控制等。狹義狹義CAMCAM：數(shù)控加工程序編制。：數(shù)控加工程序編制。CAD/CAMCAD/CAM集成技術(shù)集成技術(shù)CAD/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)、數(shù)據(jù)交換和接口技利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換和接口技術(shù)，實現(xiàn)術(shù)，實現(xiàn)3C3C（CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM）各模塊之間）各模塊之間信息自動信息自動傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。 CAD/CAM CAD/CAM集成技術(shù)集成技術(shù)CADCAPPCA

6、M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 CAD/CAM CAD/CAM集成技術(shù)集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM集成信息流集成信息流CADCAPPCAM概念設(shè)計幾何造型工程分析圖形處理毛坯設(shè)計工藝準(zhǔn)備工序設(shè)計工時定額工藝準(zhǔn)備作業(yè)計劃物流控制質(zhì)量保證 CAD/CAM CAD/CAM集成技術(shù)集成技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作系統(tǒng)計算機(jī)硬件1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)CADCAM工程繪圖計算分析幾何建模工程數(shù)據(jù)管理動態(tài)仿真數(shù)控編程工藝設(shè)計CAD/CAM系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)化設(shè)計有限元分析計算機(jī)輔助測試技

7、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)；計算分析計算分析 進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、有限元分析，優(yōu)化設(shè)計、計算機(jī)輔助測試技術(shù)等；工藝設(shè)計工藝設(shè)計 自動決策生成產(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。動態(tài)仿真動態(tài)仿真 預(yù)測產(chǎn)品工作性能，檢查NC代碼正確性，檢查制造過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)計與制造全過程數(shù)據(jù)信息流動和處理。

8、CAD/CAM 作業(yè)過程創(chuàng)意構(gòu)思計算機(jī)輔助設(shè)計快速原型制造計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計算機(jī)輔助NC編程模擬制造實際制造設(shè)計文檔產(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，這一部分目前仍主要由人工完成，在條件具備時也可以采用人工智能和專家系統(tǒng)輔助完成。計算機(jī)輔助設(shè)計與分析計算機(jī)輔助設(shè)計與分析 人機(jī)交互完成產(chǎn)品造型、裝配設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計，進(jìn)行工程分析和優(yōu)化?？焖僭椭圃炜焖僭椭圃?根據(jù)產(chǎn)品模型，采用分層堆積原理、以非切削方法，快速廉價的生成與實際產(chǎn)品形狀、尺寸一致的產(chǎn)品模型，供分析和評價，進(jìn)行多方案的比較。計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃 提取

9、產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，分析幾何特征、工藝特征，對產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程，生產(chǎn)工藝文件。計算機(jī)輔助編程計算機(jī)輔助編程 利用設(shè)計結(jié)果和相關(guān)工藝信息，自動生成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)實世界的產(chǎn)品，借助三維可視的交互環(huán)境，對產(chǎn)品從設(shè)計、制造到裝配的全過程進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，保證產(chǎn)品的設(shè)計和制造一次成功。1.4 CAD/CAM1.4 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用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年代成長期成長期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大

10、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)國家向發(fā)展中國家擴(kuò)展90年代集成期集成期：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

11、體造型成熟，特征建模、工程數(shù)據(jù)庫發(fā)展；超級微機(jī)、工作站占領(lǐng)市場。 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)計制造環(huán)境的面向并行設(shè)計制造環(huán)境的CAD/CAM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)計發(fā)展，要求產(chǎn)品設(shè)計一次成功。 階段特征：面向產(chǎn)品全生命周期建模、企業(yè)PDM、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、 協(xié)同工作模式。CAD/CAMCAD/CAM目前研究熱點(diǎn)目前研究熱點(diǎn) 計算機(jī)輔助概念設(shè)計計算機(jī)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(jī)支持的協(xié)同設(shè)計計算機(jī)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)

12、計系統(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、管理和檢索技術(shù)海量信息的存儲、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)實技術(shù)的集成與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集成 計算機(jī)安全計算機(jī)安全CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用CAD/CAMCAD/CAM應(yīng)用應(yīng)用CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用鐵路虛擬樣機(jī)技術(shù)分析系統(tǒng)鐵路虛擬樣機(jī)技術(shù)分析系統(tǒng)常見的常見的CAD/CAMCAD/CAM單項技術(shù)單項技術(shù)1.4 CAD/CAM1.4 CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展趨勢系統(tǒng)發(fā)展趨勢 智能化智能化 數(shù)字化數(shù)字化 信息化（網(wǎng)絡(luò)化

13、）信息化（網(wǎng)絡(luò)化） 柔性化柔性化第第2 2章章 CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)硬件與軟件系統(tǒng)硬件與軟件 2.1 CAD/CAM 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件 2.3 CAD/CAM系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件2.1 CAD/CAM2.1 CAD/CAM系統(tǒng)組成系統(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)、計算機(jī)，包括主機(jī)、計算機(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)、

14、支撐軟件、 應(yīng)用軟件等；應(yīng)用軟件等； 2.2 CAD/CAM 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件存貯器計算機(jī)主機(jī)輸入裝置生產(chǎn)裝備輸出裝置計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件計算機(jī)主機(jī)： 中小型計算機(jī)：由于大型復(fù)雜設(shè)計計算和分析； 工程工作站：具有強(qiáng)大的圖形處理、高速計算 和網(wǎng)絡(luò)通信能力； 微型計算機(jī)：性能價格比高，軟件豐富，操作 容易，是CAD/CAM主流機(jī)型。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件輸入裝置： 鍵盤鼠標(biāo)：最典

15、型常用的輸入裝置； 數(shù)字化儀：通過電磁感應(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。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(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、噴墨、激光打印機(jī)之分； 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。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件存儲器： 內(nèi)存儲器：存儲當(dāng)前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導(dǎo)體材 料， 訪問速度

16、快，成本高，存儲量有限，存儲信息掉 電丟失； 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。有軟盤、硬盤、光盤、USB之分。 2.3 CAD/CAM2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(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2.3 CAD/CAM2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(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DOS、Windows、Unix、OS/2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

17、轉(zhuǎn)換為計算機(jī)機(jī)器語言。 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 計算機(jī)語言。2.3CAD/CAM2.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(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CAD、CAE、CAM等綜合功能。2.3 CAD/CAM2.3 C