CAD-CAM技術(shù)基礎(chǔ)緒論

CAD/CAM技術(shù)基礎(chǔ)CAD/CAMTechnologyBase緒論

Introduction引例CAD/CAM技術(shù)是隨著計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展而形成的一門新技術(shù)、新學(xué)科。

CAD/CAM技術(shù)被視為20世紀(jì)最杰出的工程成就之一，在各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。美國國家科學(xué)基金會指出：“CAD/CAM對直接提高生產(chǎn)率比電氣化以來的任何發(fā)展都具有更大的潛力，應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)將是提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵”。引例

波音777客機(jī)，100%采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，是全球第一個全機(jī)無圖樣數(shù)字化樣機(jī)，是成功應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的典范。采用全數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的波音777客機(jī)

內(nèi)容1.1CAD/CAM的基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

1.1CAD/CAM的基本概念1、什么是CAD/CAM技術(shù)ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

是一門基于計算機(jī)技術(shù)、計算機(jī)圖形學(xué)而發(fā)展起來的并與專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合的具有多學(xué)科綜合性的技術(shù)。簡稱CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM技術(shù)包括：計算機(jī)輔助設(shè)計計算機(jī)輔助工程分析計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計計算機(jī)輔助制造DFX技術(shù)1.1CAD/CAM的基本概念1.1CAD/CAM的基本概念ComputerAidedDesign，CAD

是指在計算機(jī)硬件和軟件的支撐下，通過對產(chǎn)品的描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和圖形化處理的研究與應(yīng)用，使計算機(jī)輔助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品的全部設(shè)計過程的一種現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)。一般認(rèn)為，CAD系統(tǒng)的功能包括：概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配設(shè)計、復(fù)雜曲面設(shè)計、工程圖樣繪制、工程分析、真實感渲染和數(shù)據(jù)交換等。

2．計算機(jī)輔助設(shè)計

1.1CAD/CAM的基本概念3．計算機(jī)輔助工程分析

ComputerAidedEngineering，CAE

是指一系列對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行各種模擬、仿真、分析和優(yōu)化的技術(shù)，是一種用計算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的近似數(shù)值分析方法。

CAE技術(shù)主要包括：有限元分析、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析、流體力學(xué)分析、優(yōu)化設(shè)計分析等內(nèi)容。1.1CAD/CAM的基本概念4．計算機(jī)輔助制造

ComputerAidedManufacturing，CAM

是指應(yīng)用計算機(jī)來進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。有廣義和狹義兩種定義。廣義CAM，指利用計算機(jī)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程。包括計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計、計算機(jī)輔助加工等。狹義CAM，指在制造過程中某個環(huán)節(jié)應(yīng)用計算機(jī)，通常指計算機(jī)輔助加工。包括：刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、數(shù)控代碼生成、機(jī)床數(shù)控加工等環(huán)節(jié)。

計算機(jī)輔助加工－ComputerAidedMachining1.1CAD/CAM的基本概念5．DFX技術(shù)

是指一種面向產(chǎn)品全生命周期的集成化的設(shè)計技術(shù)，其綜合了計算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和管理技術(shù)，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)化的思想。

利用DFX技術(shù)，可在設(shè)計階段盡早地考慮產(chǎn)品性能、質(zhì)量、可制造性、可裝配性、可測試性、產(chǎn)品服務(wù)和價格等因素，對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計或再設(shè)計。

DFX技術(shù)主要包括：面向裝配的設(shè)計－DesignforAssembly－DFA面向制造的設(shè)計－DesignforManufacturing－DFM面向性能的設(shè)計－DesignforCompatibility－DFC面向方案的設(shè)計－DesignforVariety－DFV綠色設(shè)計－DesignforGreen－DFG后勤設(shè)計－DesignforLogistics－DFL1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.1

CAD/CAM產(chǎn)品生產(chǎn)過程

1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.2

CAD/CAM系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu)

CAD/CAM

系統(tǒng)是建立在計算機(jī)系統(tǒng)上，并在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的支持下運(yùn)行的軟件系統(tǒng)。它是一個分級的計算機(jī)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。CAD/CAM系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu)1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.3CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能和任務(wù)1．CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能人機(jī)交互功能

存儲功能圖形顯示功能

輸入/輸出功能1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務(wù)幾何造型圖形變換物體幾何特性計算功能運(yùn)動學(xué)動力學(xué)分析結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化設(shè)計計真機(jī)輔助工藝規(guī)劃設(shè)計數(shù)控自動編程模擬仿真工程數(shù)據(jù)管理+1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.2.4CAD/CAM系統(tǒng)的硬軟件環(huán)境1．CAD/CAM系統(tǒng)的硬件組成1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成

系統(tǒng)軟件支撐軟件操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心綜合集成型單一功能型應(yīng)用軟件在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對用戶的具體要求而開發(fā)的程序系統(tǒng)。1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)CAD/CAM系統(tǒng)各相關(guān)技術(shù)涉及的典型支撐軟件1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2．CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成

系統(tǒng)軟件支撐軟件操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心綜合集成型單一功能型應(yīng)用軟件在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對用戶的具體要求而開發(fā)的程序系統(tǒng)。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展1.3.1

CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展歷程

1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展1.3.2

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用

CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、輕工、服裝、電子、建筑、地理等幾乎所有行業(yè)。1.國外CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

美國、日本、德國、法國等國家都是CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用最為成功的國家之一。美國大型汽車業(yè)的100%，電子行業(yè)的60%，建筑行業(yè)的40%采用了CAD/CAM技術(shù)。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展美國波音公司波音777飛機(jī)的研制100%采用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，是全球第一個全機(jī)數(shù)字化樣機(jī)，是有史以來最高程度的“無圖紙”飛機(jī)，成為成功應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的典范。在波音777飛機(jī)的研制過程中，實現(xiàn)了：100%的數(shù)字化定義100%三維實體模型數(shù)字化預(yù)裝配。

1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展波音777開發(fā)方式與傳統(tǒng)方式的比較1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展和傳統(tǒng)的波音飛機(jī)開發(fā)方法相比較波音777飛機(jī)設(shè)計更改和返工率減少50%以上裝配時出現(xiàn)的問題減少50%～80%制造成本降低30%～40%產(chǎn)品開發(fā)周期縮短40%～60%用戶交貨期從18個月縮短到12個月美國科學(xué)研究院對CAD/CAM技術(shù)所產(chǎn)生的效益測算表明：

CAD/CAM技術(shù)在減少加工過程、提高生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、縮短產(chǎn)品從設(shè)計到投產(chǎn)的周期等方面均能產(chǎn)生明顯效益，且有些指標(biāo)呈量級提高。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展2.國內(nèi)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，國家對24個重點機(jī)械產(chǎn)品行業(yè)投資，進(jìn)行CAD的開發(fā)研制工作，取得了一系列在國內(nèi)來說具有開創(chuàng)性的成果。

20世紀(jì)90年代，我國CAD技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)入較為系統(tǒng)的推廣階段，相繼開展了“CAD應(yīng)用1215工程”和“CAD應(yīng)用1550工程”。

CAXA是目前國內(nèi)最為著名的CAD/CAM產(chǎn)品。與國外相比，國內(nèi)CAD/CAM技術(shù)差距：

CAD/CAM應(yīng)用的集成化程度較低；CAD/CAM系統(tǒng)軟硬件主要靠進(jìn)口，自主知識版權(quán)軟件少，且功能相對較弱；缺少人才技術(shù)，二次開發(fā)能力弱，引進(jìn)的許多CAD/CAM系統(tǒng)功能不能充分發(fā)揮；企業(yè)產(chǎn)品規(guī)范化、協(xié)同設(shè)計能力弱，CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用水平?jīng)]有得到質(zhì)的提升。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展1.3.3

CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢

集成化智能化網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)化虛擬化綠色化

1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展1.集成化

軟件集成，擴(kuò)充和完善CAD系統(tǒng)功能，使產(chǎn)品設(shè)計過程各階段都能在單一的CAD系統(tǒng)中完成；

CAD功能和CAM功能集成；建立企業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(CIMS)，實現(xiàn)各單元技術(shù)的全面集成。2.智能化

智能CAD/CAM系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體智能系統(tǒng)，其在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中能進(jìn)行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。3.網(wǎng)絡(luò)化

基于網(wǎng)絡(luò)的制造，包括以制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化、制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化、異地制造等內(nèi)容，特別是基于Internet/Intranet的數(shù)字化設(shè)計制造已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨勢。1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展4.標(biāo)準(zhǔn)化

面向用戶的圖形標(biāo)準(zhǔn)圖形核心系統(tǒng)(GraphicalKernelSystem，GKS)程序員交互圖形標(biāo)準(zhǔn)(Programmer’sHierarachicalInteractiveGraphicalKernelSystem，PHIGS)基本圖形系統(tǒng)(Core)；

面向不同CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)初始圖形交換規(guī)范(InitialGraphicsExchangeSpecification，IGES)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(StandardfortheExchangeofProductModelData，STEP)等；

面向圖形設(shè)備的圖形標(biāo)準(zhǔn)虛擬設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)(VirtualDeviceInterface，VDI)計算機(jī)圖形設(shè)備接口(ComputerDeviceInterface，CDI)1.3CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展5.虛擬化虛擬現(xiàn)實－VirtualReality，VR虛擬產(chǎn)品開發(fā)－VirtualProductDevelopment，VPD虛擬制造－VirtualManufacturing，VM虛擬企業(yè)－VirtualEnterprise，VE

主要指虛擬制