計算機輔助設計與制造

《先進制造技術》電子教案授課章節(jié)5.2計算機輔助設計與制造知識目標教學目標能力目標情感目標教學重點1、 了解CAD/CAM的概念和組成知識目標教學目標能力目標情感目標教學重點1、 了解CAD/CAM的概念和組成2、 了解CAD/CAM系統的功能3、 了解CAD/CAM系統的發(fā)展趨勢能夠對產品進行計算機輔助設計與制造1、 培養(yǎng)學生的學習興趣，養(yǎng)成良好的學習習慣，提升自學能力2、 引導學生掌握正確的分析方法，養(yǎng)成解決生產實際問題的思維習慣3、 培養(yǎng)學生在分析、應用過程中的條理性、協調性和嚴謹性CAD/CAM的概念和組成教學難點 CAD/CAM系統的發(fā)展趨勢【第一環(huán)節(jié)】課程導入限時5分鐘1、組織教學考勤詢問，鼓士氣 i2、回顧5.1數控技術11）數控技術的概念、發(fā)展階段每個問題限時1分鐘，可提問4名學生，|12）先進的數控系統待其回答完成后糾正錯誤，并就回答情況!3）數控編程技術作簡要評價 114）高速數控機床3、導入5.2計算機輔助設計與制造限時2分鐘 |實施【第二環(huán)節(jié)】授課過程 限時80分鐘教學1、CAD/CAM概述及組成限時20分鐘。 j目標2、CAD/CAM系統的功能限時20分鐘。 i過程3、CAD/CAM系統的發(fā)展趨勢限時40分鐘。為重點內容，引導學生積11設計 極思考、理解、記憶。【第三環(huán)節(jié)】歸納總結限時5分鐘1、課后小結1）CAD/CAM概述及組成限時4分鐘。串講本次授課重點難點內容;2）CAD/CAM系統的功能簡要評價本次授課學生的表現 i■3）CAD/CAM系統的發(fā)展趨勢12、作業(yè)布直1）預習5.3工業(yè)機器人限時1分鐘2）CAD/CAM系統的功能【第一環(huán)節(jié)】課程導入1.數控技術的概念、發(fā)展階段1.數控技術的概念、發(fā)展階段數控技術是微電子技術與傳統機械技術相結合的產物，它可以根據機械加工的工藝要求，使用計算機技術對整個加工過程進行信息處理與控制，實現生產過程的自動化。數字控制（NumericalControl，NC）是用數字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種技術方法，簡稱數控。數控機床（NCMachine）是一種裝有程序控制系統的機床，該系統能進行邏輯和數學運算，能處理具有特定代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。通俗講就是采用了數控技術或者是裝備了數控系統的機床。數控系統（NCSystem）能自動閱讀輸入介質上記載的程序，并將其譯碼，控制機床運動，實現零件加工過程的程序控制系統。數控技術的發(fā)展經歷，見下表。數控技術的發(fā)展經歷發(fā)展階段發(fā)展特征年代一NC階段1電子管19462晶體管19523中小規(guī)模集成電路1962二CNC階段4小型計算機19705微處理器1974三ONC階段6PC機平臺開放式1990先進的數控系統1） 開放式數控系統2） 智能數控系統3） 特種加工數控系統數控編程技術一般來說，數控編程的過程主要包括：零件圖樣分析、工藝處理、數值處理、程序編制、控制介質制作和程序校核試切等過程。數控編程首先需要考慮的問題是滿足零件加工的要求，能加工出合格零件，然后考慮優(yōu)化生產效率和制造成本，以充分發(fā)揮數控機床的功能。數控編程的方法有四種。1） 手工編程2） 自動編程3） 面向車間的編程（WOP）4） CAD/CAM集成系統數控編程高速數控機床一般認為，凡是切削速度、進給速度高于常規(guī)值5?10倍以上的數控機床即為高速數控機床。目前，高速數控機床的主軸轉速一般在10000r/min以上，甚至可以高達60000?100000r/min，主電動機功率為15?80kW。進給量和快速行程速度約在30?100m/min的范圍內變化。高速數控機床的高速特性還表現在主軸和工作臺具有極大的加速度性能，主軸從起動到最高轉速只用1?2s的時間，工作臺的加（減）速度可達到（1?10）g，g=9.81m/s2?！镜诙h(huán)節(jié)】授課內容CAD/CAM概述及組成計算機輔助設計(ComputerAidedDesign，CAD)是指工程技術人員以計算機為輔助工具，通過計算機和CAD軟件對設計產品進行分析、計算、仿真、優(yōu)化與繪圖。CAD包括建立幾何模型、工程分析、產品分析(包括方案設計、總體設計、零部件設計)、動態(tài)模擬和自動繪圖等。計算機輔助工藝規(guī)劃(ComputerAidedProcessPlanningCAPP)借助計算機對制造加工工藝過程進行設計或規(guī)劃，以期對工藝過程實現自動控制。計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是指應用計算機來進行產品制造的統稱。CAM包括數字化控制、工藝過程設計、機器人、柔性制造系統(FMS)和工廠管理等。CAD/CAM集成技術(簡稱CAD/CAM)把計算機輔助制造和計算機輔助設計集成在一起的系統。CAD/CAM是隨著計算機技術、制造工程技術的發(fā)展和需求，從早期的CAD、CAPP、CAM和計算機輔助工程(CAE)技術發(fā)展演變而來的。傳統的設計與制造彼此相對分離，WCAD/CAM是將設計與制造集成，作為一個整體任務來規(guī)劃和開發(fā)，實現了信息處理的高度一體化。CAD/CAM系統由硬件系統和軟件系統兩部分構成。硬件系統CAD/CAM系統的硬件通常是指構成生產系統的設備實體，是一切可以觸摸到的物理設備的總稱。硬件系統由計算機及其外圍設備和生產加工設備兩部分組成。軟件系統CAD/CAM軟件系統可分為三個層次，即系統軟件、支撐軟件和應用軟件。其中，支撐軟件是CAD/CAM系統的核心，它不針對具體的設計對象，而是為用戶提供工具或開發(fā)環(huán)境。CAD/CAM系統的功能以制造業(yè)為例，一個完整的制造企業(yè)的CAD/CAM系統應具備的功能模塊如下：CNC系統及各種自動化加工設備，包括數控加工中心等各種數控機床、三坐標數控測量機、PLC、檢測設備等。物料存儲及運送系統，包括自動化倉庫。分布式直接數控及設備控制系統，包括直接數控(DNC)系統及其與自動倉庫的互聯系統、工業(yè)控制系統等。物流控制與管理系統，其功能是對物料存儲及運送系統進行監(jiān)測和控制，以服務于車間生產計劃控制系統。工藝規(guī)程設計與管理系統，其功能包括計算機輔助工藝規(guī)程設計、工藝數據庫管理、工藝規(guī)程管理等。數控加工自動編程系統，如用于復雜曲面模具加工自動編程系統，用于數控線切割、數控車床、數控銑床、數控磨床、加工中心等加工的自動編程系統。全面質量保證系統(TotalQualityInsuranceSystem，TQIS)。車間生產計劃控制系統(Shoop-FloorControlSystem，SFCS)。計算機輔助工程制圖系統，其功能包括輔助制圖、圖樣掃描及光柵矢量混合編輯、圖樣管理等。計算機輔助設計和計算機輔助工程(CAD/CAE)系統，其功能包括產品的二維設計或三維設計、裝配設計、工程分析及優(yōu)化、工業(yè)設計、產品信息管理等。產品綜合信息管理系統(PIIMS),其功能是基于統一的數據庫和框架，對產品的設計文檔、設計輔助數據、產品模型(二維或三維)、版本信息、工程圖紙、工藝規(guī)程、工藝數據、數據加工程序等各項信息實行統一管理。CAD/CAM系統的發(fā)展趨勢集成化把產品從原材料到產品設計、產品制造全過程納入到CAD/CAM系統中去，這樣才能實現設計制造過程的自動化和最優(yōu)化。智能化以往CAD系統比較重視軟件數值計算和幾何建模功能的開發(fā)，而忽視了非數據非算法的信息處理功能的開發(fā)，如方案的設計、選擇、優(yōu)化和決策等都需要通過思考、推理、判斷來解決，影響了CAD系統的實際應用效果。因此，現在大型CAD/CAM系統都很注重軟件智能化的開發(fā)，隨著技術的日趨成熟，人們將人工智能技術、知識工程和專家系統等技術引入到CAD/CAM領域中，形成智能的CAD/CAM系統。標準化隨著CAD/CAM技術的快速發(fā)展和廣泛應用，技術標準化問題愈顯重要，由于CAD/CAM標準體系既是開發(fā)應用CAD/CAM軟件的基礎，又是促進CAD/CAM技術普及應用的約束手段，因此，各國都在積極研究制訂CAD/CAM標準體系。網絡化通過計算機網絡，分散在不同地點的設計人員，可以實現異地信息共享，一個項目可以由多家企業(yè)、多個人在不同地點共同完成，也可以將分散在不同地區(qū)的人力資源和設備資源迅速加以組合，建立動態(tài)聯盟的制造體系。最優(yōu)化產品設計和工藝過程的最優(yōu)化始終是人們追求的目標。先進制造技術帶動了先進設計技術的同步發(fā)展，使得傳統CAD技術有了很大的擴展，人們將這些擴展的CAD技術總稱為“現代CAD技術”。總之，現代CAD技術是在復雜的大系統環(huán)境下，支持產品自動化設計的理論和方法、設計環(huán)境、設計工具各相關技術的總稱。能使設計工作實現集成化、網絡化和智能化，進一步提高產品質量，降低成本，縮短設計周期?！镜谌h(huán)節(jié)】歸納總結1.CAD/CAM概述及組成計算機輔助設計(ComputerAidedDesign,CAD)是指工程技術人員以計算機為輔助工具，通過計算機和CAD軟件對設計產品進行分析、計算、仿真、優(yōu)化與繪圖°CAD包括建立幾何模型、工程分析、產品分析(包括方案設計、總體設計、零部件設計)、動態(tài)模擬和自動繪圖等。計算機輔助工藝規(guī)劃(ComputerAidedProcessPlanningCAPP)借助計算機對制造加工工藝過程進行設計或規(guī)劃，以期對工藝過程實現自動控制。計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是指應用計算機來進行產品制造的統稱。CAM包括數字化控制、工藝過程設計、機器人、柔性制造系統(FMS)和工廠管理等。CAD/CAM集成技術(簡稱CAD/CAM)把計算機輔助制造和計算機輔助設計集成在一起的系統。CAD/CAM是隨著計算機技術、制造工程技術的發(fā)展和需求，從早期的CAD、CAPP、CAM和計算機輔助工程(CAE)技術發(fā)展演變而來的。傳統的設計與制造彼此相對分離，WCAD/CAM是將設計與制造集成，作為一個整體任務來規(guī)劃和開發(fā)，實現了信息處理的高度一體化。CAD/CAM系統由硬件系統和軟件系統兩部分構成。CAD/CAM系統的功能1） CNC系統及各種自動化加工設備，包括數控加工中心等各種數控機床、三坐標數控測量機、PLC、檢測設備等。2） 物料存儲及運送系統，包括自動化倉庫。3） 分布式直接數控及設備控制系統，包括直接數控（DNC）系統及其與自動倉庫的互聯系統、工業(yè)控制系統等。4） 物流控制與管理系統，其功能是對物料存儲及運送系統進行監(jiān)測和控制，以服務于車間生產計劃控制系統。5） 工藝規(guī)程設計與管理系統，其功能包括計算機輔助工藝規(guī)程設計、工藝數據庫管理、工藝規(guī)程管理等。6） 數控加工自動編程系統，如用于復雜曲面模具加工自動編程系統，用于數控線切割、數控車床、數控銑床、數控磨床、加工中心等加工的自動編程系統。7） 全面質量保證系統（TotalQualityInsuranceSystem，TQIS）。8） 車間生產計劃控制系統（Shoop-FloorControlSystem，SFCS）。9） 計算機輔助工程制圖系統，其功能包括輔助制圖、圖樣掃描