《中職模具CAD、CAM》第1章 模具CADCAM基礎(chǔ)知識(shí)

第1章模具CAD/CAM基礎(chǔ)知識(shí)本章概述

本章我們將介紹CAD/CAM的基本概念，通過CAD/CAM技術(shù)特點(diǎn)的了解，有效地輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品的構(gòu)想和模型的構(gòu)建、工程分析計(jì)算和優(yōu)化。模具行業(yè)是最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的，也是最能體現(xiàn)CAD/CAM設(shè)計(jì)優(yōu)越性的部門之一。教學(xué)目標(biāo)

1.了解CAD/CAM的基本概念。

2.掌握CAD/CAM的基本組成和特點(diǎn)。第1章模具CAD/CAM基礎(chǔ)知識(shí)1.1CAD/CAM的基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成1.3

模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)1.1CAD/CAM的基本概念1.1.1

CAD/CAM概念

CAD和CAM起初是兩個(gè)獨(dú)立發(fā)展的分支，隨著它們的推廣與使用，兩者之間相互依存的關(guān)系越來越緊密，設(shè)計(jì)系統(tǒng)只有配合數(shù)控加工，才能充分顯示其巨大的優(yōu)越性，而數(shù)控技術(shù)只有依靠設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的模型才能發(fā)揮效率，兩者自然而然地緊密結(jié)合，形成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造集成系統(tǒng)。系統(tǒng)中的兩個(gè)階段可以利用公共數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。下一頁返回1.1CAD/CAM的基本概念CAD/CAM技術(shù)是將計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)以及人的智慧和經(jīng)驗(yàn)以現(xiàn)代的科學(xué)方法為指導(dǎo)結(jié)合起來，在設(shè)計(jì)、制造的全過程中各盡所長，盡可能地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成那些重復(fù)性高、勞動(dòng)量大、計(jì)算復(fù)雜以及單純靠人工難以完成的工作，輔助而非代替工程技術(shù)人員完成整個(gè)過程，以獲得最佳效果。CAD/CAM系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)硬件、軟件為支持環(huán)境，通過各個(gè)功能模塊(分系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的描述(幾何建模)、計(jì)算、分析、優(yōu)化、繪圖、工藝設(shè)計(jì)、NC編程、仿真、NC加工和檢測。而廣義的CAD/CAM集成系統(tǒng)還應(yīng)包括生產(chǎn)規(guī)劃、管理、質(zhì)量控制等方面。上一頁下一頁返回1.1CAD/CAM的基本概念1.1.2

CAD/CAM技術(shù)的基本特點(diǎn)產(chǎn)品是市場競爭的核心，從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看，產(chǎn)品是從需求分析開始，經(jīng)過設(shè)計(jì)過程、制造過程最后變成可供用戶使用的產(chǎn)品，在上述各過程、階段內(nèi)，計(jì)算機(jī)獲得不同程度的應(yīng)用，構(gòu)成了CAD/CAM技術(shù)。CAD/CAM系統(tǒng)是設(shè)計(jì)、制造過程中的信息處理系統(tǒng)，它克服了傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)和手工制造的缺陷，充分利用計(jì)算機(jī)高速、準(zhǔn)確、高效的計(jì)算功能，圖形處理、文字處理功能，以及對(duì)大量的各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳遞、加工功能，在運(yùn)行過程中，結(jié)合人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)及創(chuàng)造性，形成一個(gè)人一機(jī)交互、各盡所長、緊密配合的系統(tǒng)。上一頁下一頁返回1.1CAD/CAM的基本概念它是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以產(chǎn)品信息建模為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)圖形處理為手段，以工程數(shù)據(jù)庫為核心對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定義、描述和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用工程計(jì)算方法進(jìn)行分析和仿真，用工藝知識(shí)決策加工方法等設(shè)計(jì)制造活動(dòng)的信息處理系統(tǒng)。通常將CAD/CAM系統(tǒng)的功能歸納為幾何建模、計(jì)算分析、工程繪圖、工程數(shù)據(jù)庫的管理、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和加工仿真等各個(gè)方面，因而需要計(jì)算分析方法庫、圖形庫、工程數(shù)據(jù)管理庫等資源的支持。一般CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程如圖1一1所示。上一頁下一頁返回1.1CAD/CAM的基本概念由上可見，CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)涉及幾何建模技術(shù)、圖形處理技術(shù)、工程分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)交換技術(shù)、文檔處理技術(shù)、軟件編程技術(shù)等,CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)高難度、高智力的工程項(xiàng)目。上一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)是指為一個(gè)共同目標(biāo)組織在一起的相互聯(lián)系的組合，完善的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)能完成從設(shè)計(jì)到制造全過程中的各項(xiàng)工作。CAD/CAM系統(tǒng)由一系列的硬件和軟件組成:硬件由計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備組成，包括主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、生產(chǎn)加工和檢測設(shè)備;軟件通常指程序及相關(guān)文檔，包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。硬件提供了CAD/CAM系統(tǒng)潛在的能力，而軟件則是開發(fā)、利用其能力的鑰匙，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“靈魂”。CAD/CAM縈統(tǒng)的胡成如圖1一2所示。下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成1.2.1硬件

硬件是組成CAD/CAM系統(tǒng)的物資設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和加工設(shè)備，CAD/CAM系統(tǒng)的硬件配置與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，其主要差異在于CAD/CAM系統(tǒng)硬件配置中，應(yīng)具有較強(qiáng)的人機(jī)交互設(shè)備與圖形輸入、輸出裝置，即CAD/CAM系統(tǒng)有專門的輸入及輸出設(shè)備來處理圖形的顯示和輸出，為模具的CAD/CAM過程提供一個(gè)良好的硬件環(huán)境。模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的硬件由主機(jī)、外部存儲(chǔ)器、圖形終端、輸入/輸出設(shè)備等組成，如圖1一3所示。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成主機(jī)：主機(jī)是計(jì)算機(jī)的核心。由中央處理機(jī)(包括控制器、運(yùn)算器)、存儲(chǔ)器(又稱內(nèi)存)及vo接口構(gòu)成。主機(jī)是控制及指揮整個(gè)系統(tǒng)并執(zhí)行運(yùn)算及邏輯分析的裝置。計(jì)算機(jī)有大型、中型、小型及微機(jī)之分，過去CAD系統(tǒng)以中、小型計(jì)算機(jī)為主，后隨著32位超級(jí)微機(jī)的出現(xiàn)，一臺(tái)單機(jī)的功能幾乎可覆蓋小型機(jī)與中型機(jī)，因此出現(xiàn)了由超級(jí)微機(jī)組成的CAD工作站，工作站上的軟件環(huán)境較一般微機(jī)的好，特別是具有很強(qiáng)的圖形處理能力，速度也快。近年來又出現(xiàn)了高檔微機(jī)，主要是以Pentium微處理器作為CPU的計(jì)算機(jī)。而且一些大型通用CAD/CAE/CAM系統(tǒng)也有了微機(jī)上的版本，所以從目前情況看，模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)完全可以采用高檔微機(jī)。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

外存儲(chǔ)器：外存儲(chǔ)器是作為擴(kuò)大存儲(chǔ)量，減低計(jì)算機(jī)成本而設(shè)置的一種輔助存儲(chǔ)裝置，用來存放大量暫時(shí)不用而等待調(diào)用的程序或數(shù)據(jù)。當(dāng)需使用外存儲(chǔ)器中的信息時(shí)，CPU根據(jù)指令，通過控制器將這些信息調(diào)入內(nèi)存才能使用;如果要將計(jì)算結(jié)果送至外存中存儲(chǔ)起來，也必須經(jīng)主存儲(chǔ)器才能寫入外存儲(chǔ)器中。目前用做外存儲(chǔ)器的主要有磁帶、硬磁盤、軟磁盤和光盤等。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成圖形終端圖形終端：包括圖形顯示器與鍵盤，是交互式CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。圖形顯示器按工作原理可分向量刷新式、存儲(chǔ)管式和光柵掃描3種。在CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中，廣泛使用的是光柵掃描式顯示器，光柵掃描顯示器采用光柵掃描方法產(chǎn)生圖形。這些圖形是由一連串的點(diǎn)組成的。在光柵掃描顯示器上顯示圖形時(shí)，必須先將線條及字符信息轉(zhuǎn)換為適合光柵顯示的形式，這一過程叫做掃描轉(zhuǎn)換。因?yàn)楣鈻艗呙栾@示圖形需存儲(chǔ)每個(gè)像素的信息，所以需要較大的存儲(chǔ)量。光柵掃描顯示器不僅可以顯示線圖，也可以顯示灰度、亮度、色調(diào)不同的圖，使圖形具有‘真實(shí)感，也可以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的圖形，并且具有選擇性刪除功能。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

外存儲(chǔ)器：外存儲(chǔ)器是作為擴(kuò)大存儲(chǔ)量，減低計(jì)算機(jī)成本而設(shè)置的一種輔助存儲(chǔ)裝置，用來存放大量暫時(shí)不用而等待調(diào)用的程序或數(shù)據(jù)。當(dāng)需使用外存儲(chǔ)器中的信息時(shí)，CPU根據(jù)指令，通過控制器將這些信息調(diào)入內(nèi)存才能使用;如果要將計(jì)算結(jié)果送至外存中存儲(chǔ)起來，也必須經(jīng)主存儲(chǔ)器才能寫入外存儲(chǔ)器中。目前用做外存儲(chǔ)器的主要有磁帶、硬磁盤、軟磁盤和光盤等。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成輸入設(shè)備：輸入設(shè)備有鍵盤、光標(biāo)控制裝置、數(shù)字化儀、掃描輸入設(shè)備、語音輸入等。輸出設(shè)備：輸出設(shè)備有打印機(jī)、繪圖機(jī)、硬拷貝機(jī)、縮微輸出裝置及圖形顯示器等。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成1.2.2軟件

模具CAD/CAM系統(tǒng)除了具備硬件設(shè)備外，還必須配備相應(yīng)的軟件。硬件是CAD/CAM系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件則是CAD/CAM系統(tǒng)的核心。軟件是決定模具CAD/CAM系統(tǒng)功能強(qiáng)弱、效率高地和使用是否方便的關(guān)鍵因素。在購置模具CAD/CAM系統(tǒng)時(shí)，軟件部分的投資往往超過硬件部分的投資。軟件是使用計(jì)算機(jī)的技術(shù)和方法，是程序和指令的集合。組成模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的軟件可分為3類。即系統(tǒng)軟件、支撐軟件與應(yīng)用軟件。3類軟件的層次關(guān)系如圖1一4所示。也有人將系統(tǒng)軟件與支撐軟件統(tǒng)稱為支撐軟件，這類軟件可隨硬件一起配置。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

(1)系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)軟件指的是在計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，保證用戶正確而方便地工作的那一部分軟件，主要用于計(jì)算機(jī)的管理、維護(hù)、控制及運(yùn)行，以及計(jì)算機(jī)程序的翻譯、裝人和運(yùn)行。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)等。

操作系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)管理的機(jī)構(gòu)和控制中心，若從其功能去定義，可以說是一個(gè)計(jì)算機(jī)資源管理系統(tǒng)。目前CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中比較流行的操作系統(tǒng)為:工作站是UNIX,Vms與X-window;微機(jī)上常用操作系統(tǒng)有DOS,Windows等。編譯系統(tǒng)是指語言及其編譯程序，解釋程序及匯編程序。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成(2)支撐軟件:支撐軟件是CAD軟件系統(tǒng)中的核心，為用戶提供開發(fā)環(huán)境與工具，是模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中的重要組成部分，模具CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件主要包括圖形處理軟件(含幾何構(gòu)型與繪圖軟件)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件等。①圖形處理軟件:即目前通用的CAD系統(tǒng)，是模具CAD/CAM系統(tǒng)中重要的支撐軟件。②數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS):用于管理龐大的數(shù)據(jù)信息，提供數(shù)據(jù)的增、刪、查詢、共享、安全維護(hù)等操作，是用戶與數(shù)據(jù)之間的接口。③網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件:在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件是必不可少的。上一頁下一頁返回1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

(3)應(yīng)用軟件:應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件、支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專門應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制的軟件。這類軟件通常由用戶結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)工作需要自行開發(fā)，也稱“二次開發(fā)”。能否充分發(fā)揮已有系統(tǒng)軟件與硬件的效益，應(yīng)用軟件的技術(shù)開發(fā)工作是關(guān)鍵，也是CAD/CAE/CAM工作者的主要任務(wù)。需要說明的是，應(yīng)用軟件與支撐軟件之間并沒有本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)某一行業(yè)的應(yīng)用軟件逐步商品化形成通用軟件產(chǎn)品時(shí)，它也可以稱為一種支撐軟件。上一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)1.3.1模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)產(chǎn)品建模功能

模具CAD/CAM系統(tǒng)必須具有產(chǎn)品建模(構(gòu)型)的功能。這是因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程不同，一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)來源于市場對(duì)功能的要求，設(shè)計(jì)人員根據(jù)這種要求，確定產(chǎn)品性能，建立產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這種市場需求只有功能要求或一些主要技術(shù)參數(shù)要求，至于結(jié)構(gòu)形狀則由設(shè)計(jì)人員自己構(gòu)思。而模具設(shè)計(jì)時(shí)是根據(jù)產(chǎn)品零件圖的幾何形狀、材料特性、精度要求等進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)。下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)(2)修改及再設(shè)計(jì)功能

模具CAD/CAM系統(tǒng)中的工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須具有修改及再設(shè)計(jì)的功能，因?yàn)槟壳暗某尚凸に嚰澳＞呓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要憑人們的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于復(fù)雜形狀零件，往往需要經(jīng)過反復(fù)試模才能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。所以試驗(yàn)后需要對(duì)工藝與模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，但往往只修改局部模具零件形狀，故不希望重新開始設(shè)計(jì)。再者，有些工廠是生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)品的，產(chǎn)品更新時(shí)產(chǎn)品形狀基本相同，只是尺寸或局部形狀不同;對(duì)于模具來講，也可利用原有模具而修改局部形狀及相關(guān)尺寸。所以，在模具CAD/CAM系統(tǒng)中，只有采用參數(shù)化設(shè)計(jì)及變量裝配設(shè)計(jì)方法才能達(dá)到上述要求。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

(3)存放大量數(shù)據(jù)功能

模具CAD/CAM系統(tǒng)必須具有能存放大量模具標(biāo)準(zhǔn)圖形及數(shù)據(jù)，以及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表的功能。由于模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致模具的設(shè)計(jì)與制造周期很長。為縮短其設(shè)計(jì)與制造周期，國內(nèi)外均制訂了不少模具標(biāo)準(zhǔn)(包括模具標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)組件及標(biāo)準(zhǔn)零件)。同時(shí)，由于工藝設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)主要靠人的經(jīng)驗(yàn)，因此，多年來由人們總結(jié)出了不少設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且均以圖表形式存在。為此，在建立CAD/CAM系統(tǒng)時(shí)，均需將這些標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)中，以便在進(jìn)行工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用，但目前一般商用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如Oracle,Sybase,Infomix等)又不適合存放這些圖形與圖表數(shù)據(jù)，為此需要利用工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)1.3.2模具CAD/CAM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)基于上述模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)，在開發(fā)模具CAD/CAM系統(tǒng)時(shí)，必須應(yīng)用下述關(guān)鍵技術(shù)。

(1)特征建模(構(gòu)型)

有關(guān)特征的概念至今仍沒有統(tǒng)一、完整的定義，但一般可認(rèn)為，特征是具有屬性及工程語義的幾何實(shí)體或信息的集合，也可以將特征理解為形狀與功能的組合。常用特征信息主要包括形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征等。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)特征建模方法可大致歸納為交互式特征定義、特征識(shí)別和基于特征的設(shè)計(jì)3個(gè)方面。特征模型一方面包括實(shí)體模型的全部信息，另一方面又能識(shí)別和處理所設(shè)計(jì)零件的特征。從用戶操作和圖形顯示上，往往感覺不到特征模型與實(shí)體模型的不同，但在內(nèi)部數(shù)據(jù)表示上是不同的。特征模型能夠完整、全面地描述產(chǎn)品的信息，使得后續(xù)的成形工藝設(shè)計(jì)與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可直接從產(chǎn)品模型中楠取所需信良。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)(2)參數(shù)化設(shè)計(jì)與變量化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì):CAD/CAM系統(tǒng)中，一定要采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)是用幾何約束、工程方程與關(guān)系來定義產(chǎn)品模型的形狀特征，也就是對(duì)零件上各種特征施加各種約束形式，從而達(dá)到設(shè)計(jì)一組在形狀或功能上具有相似性的設(shè)計(jì)方案。

變量化設(shè)計(jì):由于參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種“全尺寸約束”，一旦所設(shè)計(jì)的零件形狀過于復(fù)雜，就容易造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)混亂。為此，出現(xiàn)了一種比參數(shù)化技術(shù)更為先進(jìn)的實(shí)體造型技術(shù)，即變量化技術(shù)。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

(3)變量裝配設(shè)計(jì)技術(shù)

裝配設(shè)計(jì)建模的方法主要有自底向上、概念設(shè)計(jì)、自頂向下3種方法。自底向上的方法是先設(shè)計(jì)了詳細(xì)零件，再拼裝成產(chǎn)品。而自頂向下是先有產(chǎn)品的整個(gè)外形和功能設(shè)想，再在整個(gè)外形里一級(jí)一級(jí)劃分出產(chǎn)品的部件、子部件，一直到底層粗糙的零件。由于有些模具結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,零件數(shù)有時(shí)達(dá)數(shù)百個(gè)。若一個(gè)個(gè)零件設(shè)計(jì)再裝配，不僅設(shè)計(jì)速度很慢，而且很多零件相互間在形狀上與位置上都有約束關(guān)系，如級(jí)進(jìn)模中的凸模與凹模型腔間、凹?；蛐读习迳系淖屛豢撞叟c凸模及條料間。這些約束關(guān)系是無法脫離裝配圖來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因此，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，只有采取自頂向下的設(shè)計(jì)方法，變量裝配設(shè)計(jì)才支持自頂向下的設(shè)計(jì)。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)變量裝配設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)裝配設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，所謂動(dòng)態(tài)裝配設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)變量約束、裝配約束驅(qū)動(dòng)下的一種可變的裝配設(shè)計(jì)。其中，設(shè)計(jì)變量定義產(chǎn)品功能要求和設(shè)計(jì)者意圖的產(chǎn)品整體或其零部件的最基本的功能參數(shù)和形狀參數(shù)。設(shè)計(jì)變量約束即設(shè)計(jì)約束或變量約束，設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)變量約束控制裝配體中的零部件的形狀。裝配約束是通過三維幾何約束自動(dòng)確定裝配體內(nèi)各個(gè)零部件的配合關(guān)系，它確定了零部件的位置。這些設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)變量約束、幾何約束都是可變化和控制的，是動(dòng)態(tài)的。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

修改裝配設(shè)計(jì)產(chǎn)生的某些設(shè)計(jì)變量和約束，原裝配設(shè)計(jì)將在所有約束的驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)更新和維護(hù)，從而得到一個(gè)原設(shè)計(jì)沒有概念變化的新的裝配設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程是正向設(shè)計(jì)與反向設(shè)計(jì)相互結(jié)合的過程，正向設(shè)計(jì)是從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的自頂向下的設(shè)計(jì)過程，而反向設(shè)計(jì)是指對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中一些不滿意的地方提出要求或限制條件，通過約束求解對(duì)原方案進(jìn)行設(shè)計(jì)修改的過程。

變量裝配設(shè)計(jì)把概念設(shè)計(jì)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)變量約束進(jìn)行記錄、表達(dá)、傳播和解決沖突，以滿足設(shè)計(jì)要求，使各階段設(shè)計(jì)(主要是零件設(shè)計(jì))在產(chǎn)品功能和設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行，所有的工作都是在產(chǎn)品功能約束下進(jìn)行和完成的。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

(4)工程數(shù)據(jù)庫

工程數(shù)據(jù)庫是指能滿足人們?cè)诠こ袒顒?dòng)中對(duì)數(shù)據(jù)處理要求的數(shù)據(jù)庫。工程數(shù)據(jù)庫是隨著CAD/CAM/CAE/CAPP集成化軟件的發(fā)展而發(fā)展的，這種集成化系統(tǒng)中所有功能模塊的信息都是在一個(gè)統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)庫下進(jìn)行管理的。

工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有很大差別，主要表現(xiàn)在支持復(fù)雜數(shù)據(jù)類型、復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的語義關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)模型動(dòng)態(tài)定義與修改、版本管理能力及完善的用戶接口等。它不但要能夠處理常規(guī)的表格數(shù)據(jù)、曲線數(shù)據(jù)等，還必須能夠處理圖形數(shù)據(jù)。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)1.3.3模具CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性及特點(diǎn)

(1)模具CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性

模具CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性賦予了它無限的生命力，使其得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。無論在提高生產(chǎn)率、改善質(zhì)量方面，還是在降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，CAD/CAM技術(shù)的優(yōu)越性是傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法所不能比擬的。

模具CAD/CAM的優(yōu)越性還可以列舉很多，可以肯定這知識(shí)密集、更新速度快、綜合性強(qiáng)、效益高的新技術(shù)最終將取代傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)(2)模具CAD/CAM技術(shù)的特點(diǎn)由于工業(yè)產(chǎn)品越來越復(fù)雜、更新?lián)Q代速度越來越快，所以模CAD/CAM系統(tǒng)相對(duì)于其他CAD/CAM系統(tǒng)更復(fù)雜、功能更強(qiáng)大，具有如下特點(diǎn)。

a.產(chǎn)品幾何模型是CAD/CAM的原始依據(jù)

b.模具CAD/CAM具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理能力

c.模具CAD/CAM系統(tǒng)必須能對(duì)數(shù)表、線圖和公式進(jìn)行程序化處理，建立程序庫。

d.模具CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)建有豐富的工藝數(shù)據(jù)滓上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)1.3.3CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

(1)CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用

模具行業(yè)是最早采用CAD/CAM技術(shù)的行業(yè)。為適應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)呈現(xiàn)多品種、少批量，復(fù)雜、精密，更新?lián)Q代速度快的變化特點(diǎn)，提高模具質(zhì)量，縮短制模周期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的迅速發(fā)展，功能強(qiáng)大的專業(yè)軟件和高效集成制造設(shè)備的出現(xiàn)，模具技術(shù)正由手工設(shè)計(jì)、依靠人工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)機(jī)械加工技術(shù)向以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、數(shù)控切削加工、數(shù)控電加工為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)技術(shù)轉(zhuǎn)變。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用非常重視，早在20世紀(jì)60年代初期，國外一些飛機(jī)和汽車制造公司就開始了模具CAD/CAM的研究工作，投入了大量人力和物力。各大公司都先后建立了自己的模具CAD/CAM系統(tǒng)，并于20世紀(jì)80年代開始工業(yè)化應(yīng)用，廣泛用于冷沖模、鍛模、擠壓模、注塑模和壓鑄模的設(shè)計(jì)與制造，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用模具CAD/CAM技術(shù)的制造企業(yè)已占30%上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

中國模具CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)開始于20世紀(jì)70年代末，發(fā)展也十分迅速，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比還比較落后，有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的模具CAD/CAM系統(tǒng)不多。為迅速改變中國模具工業(yè)的落后面貌，從20世紀(jì)90年代開始大力推廣應(yīng)用模具CAD/CAM技術(shù)，從國外引進(jìn)了大量的CAD/CAM系統(tǒng)。目前已取得長足的進(jìn)步。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

(2)CAD/CAM的發(fā)展趨墊

CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的趨勢是集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化。

a.集成化20世紀(jì)80年代以來，計(jì)算機(jī)集成制造(ComputerIntegratedManufacture,CIM)技術(shù)已成為應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造工業(yè)的主要發(fā)展方向。利用CIM技術(shù)建立的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，是通過計(jì)算機(jī)優(yōu)化和控制產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、包裝、運(yùn)輸、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，利用最小的制造和管理資源，最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，獲得最大的總體效益。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)一般由技術(shù)信息系統(tǒng)(TIS)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)(MAS)和管理信息系統(tǒng)(MIS)組成。CAD/CAM系統(tǒng)為技術(shù)信息系統(tǒng)的主要部分。CIM的核心技術(shù)是集成，包括物理集成、信息集成和功能集成等方面的內(nèi)容，其中信息集成是實(shí)現(xiàn)CIM的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。CAD/CAM系統(tǒng)集成主要有包含三層意思:①軟件集成，擴(kuò)充和完善一個(gè)CAD系統(tǒng)的功能，使一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程和各級(jí)段都能在單一的CAD系統(tǒng)中完成;②CAD功能和CAM功能的集成;③建立企業(yè)的CIMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的物理集成、信息集成和功能集成。上一頁下一頁返回1.3模具CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)b.智能化人工智能技術(shù)是通向設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的重要途徑。近年來，人工智能的應(yīng)用主要集中在引入知識(shí)工程，發(fā)展專家系統(tǒng)。傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算與繪圖等方面具有較好的應(yīng)用，但對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期卻力不從心，特別在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段，從抽象到具體的實(shí)現(xiàn)極為困難，需要根據(jù)設(shè)計(jì)與制造人員豐富的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)作出合理的判斷與決策。人們將人工智能技術(shù)、知識(shí)工程和專家系統(tǒng)技術(shù)引入到CAD/CAM中，形成智能的CAD/CAM系統(tǒng)。抓家系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種“知識(shí)+推理”的程序，是將人類專家