第六章三維幾何造型技術(shù)

第六章三維幾何造型技術(shù)第一頁，共十七頁，2022年，8月28日第一章概述1.1CAD/CAM的概念1.2功能與任務(wù)1.3發(fā)展概況及應(yīng)用

第二頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1CAD/CAM的概念1.1.1CAD/CAM1.1.2設(shè)計(jì)制造過程1.1.3CAD/CAM過程1.1.4輔助不是自動化1.1.5幾個(gè)相關(guān)名詞第三頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.1CAD/CAM1、CAD

CAD（ComputerAidedDesign）利用計(jì)算機(jī)在信息管理、分析、計(jì)算、繪圖等方面具有快速、可靠的特點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)作為輔助工具，幫助設(shè)計(jì)人員做好設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)。2、CAM

CAM

（ComputerAidedManufacturing）以計(jì)算機(jī)作為輔助工具或融于生產(chǎn)裝備，管理生產(chǎn)、促進(jìn)生產(chǎn)的先進(jìn)制造技術(shù)和方法學(xué)。

3、CAD/CAM

設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)關(guān)于產(chǎn)品信息的產(chǎn)生、處理、交換和管理的過程。人們利用計(jì)算機(jī)作為主要技術(shù)手段，對產(chǎn)品從構(gòu)思到投放市場的整個(gè)過程中的信息進(jìn)行分析和處理，生成和運(yùn)用各種數(shù)字和圖形信息，以加速和完善設(shè)計(jì)制造過程技術(shù)方法。第四頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.2設(shè)計(jì)制造過程

結(jié)論設(shè)計(jì)和制造是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，是非常必要的，迫切的和有可能性的。第五頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.3CAD/CAM過程1、基本過程

常分設(shè)計(jì)、制造兩部分；設(shè)計(jì)制造加工；可能有非順序過程2、強(qiáng)調(diào)交互

整個(gè)過程是交互過程；人起重要作用；第六頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.4輔助不是自動化1、80年代的幻想2、CIMS的反思自動化生產(chǎn)單元集成——自動化廠迅速反映、信息共享柔性協(xié)調(diào)生產(chǎn)的哲理

結(jié)論輔助強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)是工具；自動化是軟件設(shè)計(jì)的長期目標(biāo)，當(dāng)前不現(xiàn)實(shí)。第七頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.5幾個(gè)相關(guān)名詞1、CAPP2、CIMS3、CE4、FEMFEM：有限元方法（FiniteElementMethod)把連續(xù)體劃分成有限個(gè)離散的、相互關(guān)聯(lián)的單元，通過對離散單元分析求解連續(xù)體問題的方法。5、PDMPDM：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（ProductDataManagement)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、銷售等各方面的信息進(jìn)行全生命周期管理的系統(tǒng)（或方法）。第八頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.2功能與任務(wù)

1.2功能與任務(wù)1.2.1基礎(chǔ)功能1.2.2基本功能1.2.3其它常見功能第九頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.2功能與任務(wù)

1.2.1基礎(chǔ)功能1、交互功能交互功能（即人機(jī)接口）在CAD／CAM系統(tǒng)中，人機(jī)接口是用戶與系統(tǒng)連接的橋梁。友好的用戶界面，是保證用戶直接而有效地完成復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)的必要條件，除軟件中界面設(shè)計(jì)外，還必須有交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的不斷通信。

2、顯示功能顯示功能造型、編輯、修改的結(jié)果必須能及時(shí)方便的告訴用戶，這個(gè)功能要由圖形顯示來完成。

3、輸入輸出功能輸入輸出功能輸入：設(shè)計(jì)的要求、各步驟的具體數(shù)據(jù)等；輸出：設(shè)計(jì)結(jié)果、系統(tǒng)處理結(jié)果控制信號（例如圖形數(shù)據(jù)、文本、字符、控制數(shù)據(jù)等）4、存儲功能存儲功能大量輸入輸出數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、分析邏輯（程序）需要存儲說明：上述四項(xiàng)功能是交互性應(yīng)用軟件的四個(gè)基礎(chǔ)功能。

第十頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.2功能與任務(wù)

1.2.2基本功能1、工程繪圖

繪圖是基本功能之一，包括基本圖元的生成，標(biāo)注尺寸，圖形的編輯（比例變換、平移、圖形拷貝、圖形刪除等）以及顯示控制、附加技術(shù)條件等功能，保證生成合乎生產(chǎn)實(shí)際要求，也符合國家標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械圖。2、造型功能造型也是CAD/CAM的最基本功能產(chǎn)品設(shè)計(jì)構(gòu)思需要造型；分析仿真需要造型；制造、裝配需要造型；修改、檢驗(yàn)需要造型。3、CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的目的是為了加工制造，而工藝設(shè)計(jì)是為產(chǎn)品的加工制造提供指導(dǎo)性的文件。因此，CAPP是CAD與CAM的中間環(huán)節(jié)。集成系統(tǒng)一般有該功能。4、NC編程N(yùn)C編程功能數(shù)控機(jī)床要用專門的加工語言（APT）來操縱，編程復(fù)雜。目前較好的CAD/CAM系統(tǒng)都具有NC編程能力。說明：這4項(xiàng)功能是一般常見CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能。第十一頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.2功能與任務(wù)

1.2.3其它常見功能1、結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析常用有限元法用來解決結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜零件的靜態(tài)、動態(tài)特性；強(qiáng)度、振動、熱變形、磁場、溫度場強(qiáng)度、應(yīng)力分布狀態(tài)等計(jì)算分析。2、優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化求解的功能也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化包括總體方案的優(yōu)化、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工藝參數(shù)的優(yōu)化等

3、模擬仿真模擬仿真功能通過軟件使三維工程設(shè)計(jì)模型按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行運(yùn)動，以觀察設(shè)計(jì)效果或模擬機(jī)床加工來檢驗(yàn)工藝規(guī)程或NC程序設(shè)計(jì)的合理性

4、數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理功能產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理：為各設(shè)計(jì)、制造和管理的環(huán)節(jié)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫（PDM子系統(tǒng)）。內(nèi)部數(shù)據(jù)管理：

為軟件各模塊提供數(shù)據(jù)庫5、計(jì)算分析計(jì)算分析功能根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀，計(jì)算出相應(yīng)的體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量等幾何特性和物理特性、為系統(tǒng)進(jìn)行工程分析和數(shù)值計(jì)算提供必要的基本參數(shù)。說明：上述5項(xiàng)功能是CAD/CAM應(yīng)用軟件的5個(gè)常見的基本擴(kuò)展功能。

第十二頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.3發(fā)展與應(yīng)用

1.3發(fā)展與應(yīng)用1.3.1發(fā)展歷程1.3.2應(yīng)用現(xiàn)狀1.3.3發(fā)展趨勢第十三頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.3發(fā)展與應(yīng)用

1、50年代前孕育CAD方面1、1950年美國麻省理工學(xué)院（MIT）在它研制的名為旋風(fēng)的計(jì)算機(jī)上采用了陰極射線管（CRT）做成的圖形終端，并能被動地顯示圖形2、50年代后半期出現(xiàn)了光筆，由此開始了交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究。3、1958美國Calcomp公司用數(shù)字記錄儀改制出滾筒繪圖儀；GerBer公司用數(shù)控機(jī)床改制出平板繪圖儀

CAM方面1、JohnT.Parson開發(fā)了第一臺數(shù)控機(jī)床，翻開了制造業(yè)的新篇章(1948年)。

2、在50年代初期，美國開始了數(shù)控自動編程技術(shù)－－APT語言的研究。2、60年代形成1.3.1發(fā)展歷程1、1962年美國學(xué)者IvanSutherland研究出了名為Sketchpad的系統(tǒng)，這是一個(gè)交互式圖形系統(tǒng)，它能在屏幕上進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)與修改。其博士論文中首次提出計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和CAD的名詞。2、多家公司（IBM公司的CAD/CAM系統(tǒng)，通用汽車的DAC—1，1洛克希德飛機(jī)公司的CADAM系統(tǒng)等）研究開發(fā)了CAD/CAM系統(tǒng)3、半導(dǎo)體及集成電路技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，使數(shù)控系統(tǒng)更緊湊和更實(shí)用化，加快了數(shù)控機(jī)床普及的速度。集成電路問世(1960年)；第一臺工業(yè)機(jī)器人獲專利登記(1961年)。第十四頁，共十七頁，2022年，8月28日1.概述

1.3發(fā)展與應(yīng)用

1、50年代前孕育2、60年代形成3、7、80年代發(fā)展1、16位小型機(jī)系統(tǒng)、交鑰匙工程；2、實(shí)體造型軟件出現(xiàn)；3、工程分析軟件（FEM、CAPP、CAQ等）的成熟；4、光柵掃描顯示器、PC系統(tǒng)等硬件的發(fā)展；CAD/CAM發(fā)展，工業(yè)界應(yīng)用4、90年代標(biāo)準(zhǔn)、集成和網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)化：圖形接口標(biāo)準(zhǔn)：CGI標(biāo)準(zhǔn)，GKS等；圖形交換標(biāo)準(zhǔn)：IGES（InitialGraphicsExchangeSpecifiction）標(biāo)準(zhǔn)，STEP（StandardforExchangeofProductModelData）標(biāo)準(zhǔn)

集成化：出現(xiàn)了許多集成化軟件：UGS公司——UG；達(dá)索(Dassault)公司—CATIA；由SDRC公司──I-DEAS；PTC公司的Pro/E；

網(wǎng)絡(luò)化：隨Internet的出現(xiàn)，支持網(wǎng)絡(luò)，資源共享；90年代后期出現(xiàn)虛擬制造、敏捷制造；1.3.1發(fā)展歷程