第一章CADCAM技術概述

計算機輔助設計與制造CAD/CAM主講：王菁飛行器制造工程專業(yè)0概述制造業(yè)的重要性傳統(tǒng)制造業(yè)的過程和存在的問題現(xiàn)代制造業(yè)的特點：CAD/CAM技術是基礎本課程的主要內(nèi)容和學習的重要性。找工作考研考核方式和對大家的要求

PDMCAE/DFXCADCAPP/CAM產(chǎn)品研發(fā)過程詳細設計產(chǎn)品規(guī)劃概念設計分析仿真生產(chǎn)準備試驗設計優(yōu)化設計評價市場信息設計信息(文檔模型)已有產(chǎn)品應用名稱內(nèi)容人工方法計算機輔助方法需求分析捕捉產(chǎn)品市場需求人工資料檢索調(diào)研客戶關系管理外觀造型確定產(chǎn)品外形色澤石膏模型、木模曲面造型、人機工程結構設計確定產(chǎn)品機械結構作圖法或制造木模實體造型、仿真分析性能分析強度剛度振動分析估算或模型實驗有限元分析動態(tài)設計繪圖輸出繪制零、部件圖紙手工制圖、描圖計算機輔助繪圖、圖檔管理工程管理管理各種工程數(shù)據(jù)手工管理人工檢索PDM工藝編制制定加工工藝流程據(jù)經(jīng)驗編制工藝卡片CAPP、專家系統(tǒng)工裝設計模具、夾具設計經(jīng)驗設計并反復試驗計算機輔助工裝設計機械加工按要求加工零件車、銑、刨、磨等NC、加工中心計劃調(diào)度生產(chǎn)計劃和調(diào)度手工編制生產(chǎn)計劃計算機輔助生產(chǎn)管理產(chǎn)品裝配將零件裝配成產(chǎn)品手工裝配機器人裝配產(chǎn)品檢驗檢查產(chǎn)品性能用各種量具手工檢驗三坐標自動測量機產(chǎn)品出入庫庫房管理賬本、手推車數(shù)據(jù)庫、自動貨架數(shù)字化分析數(shù)字化設計數(shù)字化制造數(shù)字化生產(chǎn)準備第一章CAD/CAM技術概述本章內(nèi)容：講解CAD/CAM的基本概念、運行環(huán)境、CAD/CAM技術的狀況與發(fā)展以及CAD/CAM技術的貢獻。重點掌握：1．CAD/CAM的含義、包含的內(nèi)容、工作過程、意義；2．CAD/CAM硬件和軟件的構成和要求。

1.1CAD/CAM的基本概念CAD：計算機輔助設計ComputerAidedDesign

指在人和計算機組成的系統(tǒng)中，以計算機為輔助工具，完成產(chǎn)品設計、分析、繪圖、裝配等工作。（1）計算機：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。（2）工程技術人員：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、計算速度慢對CAD的一些誤解（1）自動設計，從而完全替代人的作用。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。（2）CAD只是將原先的圖紙搬到計算機上進行設計，而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（1）CAD中，人與計算機的角色是互相不可取代的；（2）CAD的工作組中，應盡可能發(fā)揮人和計算機各自的特長。CAM：計算機輔助制造

ComputerAidedManufacturing

廣義CAM：包含了利用計算機輔助從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造等整個過程的活動，包括工藝過程設計、工裝設計、NC自動編程、物料處理與控制、作業(yè)計劃、生產(chǎn)監(jiān)控和質量控制等。狹義CAM：僅指應用CAM技術進行NC程序編制，包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等，即ComputerAidedMachining。CAPP：計算機輔助工藝過程設計

ComputerAidedProcessPlanning

指在人和計算機組成的系統(tǒng)中，根據(jù)產(chǎn)品設計階段給出的信息，人機交互地或自動地完成產(chǎn)品加工方法的選擇和工藝過程的設計。ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

指產(chǎn)品從設計到制造全過程的信息集成和信息流自動化。CAD/CAM：計算機輔助設計和計算機輔助制造1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結構

產(chǎn)品生產(chǎn)過程：指產(chǎn)品從需求分析開始，經(jīng)過設計、制造變成可供用戶使用的成品。市場需求產(chǎn)品產(chǎn)品設計施工設計結構設計概念設計任務規(guī)劃工藝設計刀夾量具設計工序設計工藝路線設計毛坯設計加工、裝配調(diào)試裝配檢測NC加工加工仿真NC編程CADCAPPCAM信息傳輸?shù)膶崿F(xiàn)1.專用數(shù)據(jù)接口2.標準格式接口文件3.統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)系統(tǒng)工作過程計算方法庫圖形庫工程數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品模型定義工程分析計算方案評判決策詳細設計分析零部件圖繪制數(shù)控程序輸出幾何造型工程分析模擬仿真自動繪圖自動編程CAD/CAM系統(tǒng)的技術支撐CAD/CAM的產(chǎn)品設計過程CAD/CAM系統(tǒng)的功能CAD/CAM的特點1.CAD/CAM技術是一個系統(tǒng)工程2.工藝技術是核心3.設計與制造一體化4.產(chǎn)品生命周期的全過程5.人、組織、技術三結合1.3CAD/CAM的運行環(huán)境

硬件是物質基礎軟件是核心、靈魂人是關鍵系統(tǒng)的組成應用軟件支撐軟件系統(tǒng)軟件硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)CAD/CAM應用軟件：AutoCAD、UG、Pro/E….編程語言、二次開發(fā)環(huán)境、人機界面、造型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle、Sybase、Foxpro……網(wǎng)絡協(xié)議：TCP/IP、SPX/IPX操作系統(tǒng)：Windows2000/XP、UNIX、Linux硬件平臺：網(wǎng)絡設備、計算機、繪圖機、打印機、顯示器…..1.3.1CAD/CAM系統(tǒng)的硬件

主機輸入設備鍵盤、鼠標、數(shù)字化儀、掃描儀外存儲器U盤、磁帶、光盤、硬盤圖形顯示器NC機床、機器人通信接口網(wǎng)卡、modem等網(wǎng)絡設備輸出設備打印機、繪圖儀、快速原型機數(shù)字化儀

繪圖機快速原型制造設備快速成型設備制作的產(chǎn)品包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應用軟件?！粝到y(tǒng)軟件：

MicrosoftWindows2000/XPUnixMacintosh1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

◆支撐軟件高級語言編譯系統(tǒng)有限元分析軟件

CAE實例說明

左圖下面的零件采用傳統(tǒng)注塑方法，但出現(xiàn)翹曲，注塑后需要有后續(xù)加工糾正這些缺陷；上圖采用氣體輔助注塑，改善了零件的質量。對傳統(tǒng)注塑方法的分析采用CAE分析注塑件的應力分布，可見在整個塑件上應力分布不均，這必然造成零件在成形后產(chǎn)生翹曲。對氣體輔助注塑的分析采用氣體輔助注塑的結果可用CAE方法進行分析。由圖上應力分布看，比傳統(tǒng)注塑的應力分布得到較好的改善。

將零件設置為透明，可以看到零件內(nèi)部交叉形狀的氣體路徑對零件應力分布的影響。真實圖形生成系統(tǒng)真實感圖形例子---消隱處理、光源處理、渲染工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

Oracle

SQLserver

FoxProSybase數(shù)據(jù)接口標準

IGES、DXF、STEP等數(shù)據(jù)交換標準。以保證在不同的CAD/CAM系統(tǒng)中完成的文檔可以互相調(diào)用。

◆應用軟件AutoCADPCCADCAXAPro/EI-DEASUGCATIASolidWorks品牌生產(chǎn)廠家網(wǎng)址MasterCAMCNCＳＯＦＴWAREhttp://UGUGS（美）http://PRO/EPTC（美）http://Cimatroncimatron

（以色列）http://CAMWORKSteksofthttp://catiadassanlt

（法）http://autocadautodesk

（美）http://Solidworkssolidworks

（美）http://caxacaxa

（中）http://零件裝配及爆炸圖例子復雜產(chǎn)品的數(shù)控加工例子

如圖所示的鼠標模型，如果該模具重復制造。則只有采用CAD/CAM技術方能保證在形狀上的一致性和精度。計算機網(wǎng)絡的優(yōu)點信息快速傳輸處理計算機資源共享協(xié)同工作、分布處理1.3.3計算機網(wǎng)絡

拓撲結構和網(wǎng)絡協(xié)議總線型結構星型結構HUB總線節(jié)點節(jié)點環(huán)型結構網(wǎng)狀結構混合結構HUBHUBHUB節(jié)點節(jié)點節(jié)點總線網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。

TCP/IP網(wǎng)絡工作模式服務器PCPCPCPCPCPC客戶機/服務器（C/S）系統(tǒng)網(wǎng)絡客戶機/服務器（C/S）系統(tǒng)瀏覽器/服務器（B/S）系統(tǒng)瀏覽器客戶程序Web服務器應用服務器其他服務數(shù)據(jù)庫Internet課堂練習某單位從事機械產(chǎn)品設計及新產(chǎn)品開發(fā)工作，試為其設計一套適用于中、小型產(chǎn)品開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，要求如下：

1.繪出系統(tǒng)網(wǎng)絡圖；2.簡述各部分在系統(tǒng)中的主要作用；3.為該系統(tǒng)配置系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應用軟件1．根據(jù)要求，可采用局域網(wǎng)絡結構，由一服務器通過集線器連接若干PC工作站，如下圖所示。2.各組成部分的主要作用：服務器：安裝CAD/CAM軟件系統(tǒng)。集線器：連接服務器、PC工作站和互連網(wǎng)。工作站：完成設計任務。打印機：文檔輸出。繪圖機：圖紙輸出3.系統(tǒng)主要軟件：

系統(tǒng)軟件：Windows2000支撐軟件：數(shù)據(jù)庫：Oracle、Sybase、Foxpro……；編程工具：ＶＣ＋＋６.０應用軟件：AUTOCAD2000用于二維繪圖；Pro/E2000i用于三維建模和數(shù)控編程。1.4CAD/CAM技術的發(fā)展和貢獻

1962年美國MIT的I.E.Sutherland

發(fā)表題為：《SKETCHPAD－人機對話系統(tǒng)》的文章，被國際上公認為是計算機圖形學領域的第一篇具有重要價值的文章。

CAD/CAM技術在近50年發(fā)展過程中大致經(jīng)歷了三個階段：（1）單元技術的發(fā)展和應用階段60－70年代大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展使計算機應用進入實用階段；計算機圖形學的發(fā)展，出現(xiàn)了三維線框造型、曲面造型和70年代末的實體造型技術；應用方面主要是計算機繪圖、有限元分析和數(shù)控編程等單元技術；應用特點是圖形交換能力差、數(shù)據(jù)結構不統(tǒng)一。（2）集成化應用階段超級微型計算機的出現(xiàn)及32位圖形工作站的發(fā)展；幾何造型技術日趨成熟，成為CAD/CAM軟件的核心功能模塊；圖形交換接口的定義；基于圖形工作站的網(wǎng)絡系統(tǒng)；計算機數(shù)控CNC技術的發(fā)展。（3）面向產(chǎn)品并行制造環(huán)境的虛擬設計制造階段CAD/CAM技術從單一零件設計制造向著面向產(chǎn)品的并行制造環(huán)境CAPE（ConcurrentArttoProductEnvironment)發(fā)展；面向工程的參數(shù)設計和特征技術的發(fā)展；產(chǎn)品設計制造中的三維與二維變量相關；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM技術（ProductDataManagement)。貢獻

隨著CAD/CAM技術的應用日益廣泛和深入，它對科學技術和工業(yè)發(fā)展的貢獻也就越來越顯著、巨大。這是因為CAD/CAM技術推動了幾乎一切領域的設計革命。

CAD/CAM技術從根本上改變了傳統(tǒng)的手工作業(yè)，以及用圖紙為介質驅動生產(chǎn)全過程的技術管理模式。將真實世界的物體轉變成數(shù)字化模型，以統(tǒng)一數(shù)字化產(chǎn)品模型驅動產(chǎn)品生命全過程。趨勢設計思想?yún)?shù)化設計平臺微機化應用模式集成化設計過程智能化應用手段網(wǎng)絡化設計模型實體化、可視化設計方法并行化設計技術標準化并行工程（CE)CEConcurrentEngineering是現(xiàn)代制造業(yè)組織產(chǎn)品設計和生產(chǎn)的一種哲理。CE是在CAD/CAM技術基礎上的管理模式，提倡群體協(xié)同工作（TeamWork）。CE使得產(chǎn)品設計的問題及時解決，從而降低成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。模型設計模具設計分析工藝設計制造時間T模型設計模具設計分析工藝設計制造傳統(tǒng)過程并行工程CE例子---縮短模具生產(chǎn)周期虛擬新產(chǎn)品開發(fā)CAD/CAM技術為