第1章CADCAM技術概述

教材

王隆太主編，機械CAD/CAM技術（第3版），機械工業(yè)出版社2010年

參考書籍

1、寧汝新、趙汝嘉主編，CAD/CAM技術（第二版），機械工業(yè)出版社2006年

2、蔡穎、薛慶、徐弘山主編，

CAD/CAM原理與應用機械工業(yè)出版社2005

CAD/CAM技術CAD/CAM技術概述

計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術是隨著計算機和數(shù)字化信息技術發(fā)展而形成的新技術，具有知識密集、學科交叉、綜合性強等特點。它被廣泛應用于機械、電子、航空、航天、汽車、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領域，是數(shù)字化、信息化制造技術的基礎，其應用水平已成為衡量一個國家技術發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。

CAD/CAM技術的應用人才需求正不斷增加，學習和掌握CAD/CAM的原理、方法與技術，適應形勢的發(fā)展和社會的需要是現(xiàn)代技術人員的基本要求。1.1CAD/CAM技術基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能和作業(yè)過程1.3CAD/CAM技術的硬件和軟件CAD/CAM技術學習內容

1.1CAD/CAM技術基本概念

1.1.1CAD技術CAD含義：

CAD

—

ComputerAidedDesign

以計算機為工具，通過人機交互，處理產品設計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個產品設計過程的一門綜合技術。CAD/CAM技術1.1CAD/CAM技術基本概念

1.1.1CAD技術CAD基本功能幾何造型工程分析仿真模擬圖形處理CAD/CAM技術1.1.1CAD技術CAD系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)庫應用程序庫交互圖形庫硬件軟件CAD/CAM技術1.1.2CAPP技術CAPP含義：

CAPP

—ComputerAidedProcessPlanning

是根據(jù)產品設計結果,進行產品的加工工藝過程的設計，是一項重要的生產準備工作。CAD/CAM技術1.1.2CAPP技術CAPP功能毛坯設計工藝路線工序設計工時定額余量分配切削用量機床刀具選用工序圖繪制CAD/CAM技術工裝選用1.1.2CAPP技術CAPP組成

人機交互模塊零件信息描述獲取工藝工序決策工藝文件生成與管理零件對象零件信息庫數(shù)據(jù)庫知識庫工藝文件庫CAD/CAM技術1.1.3CAM技術CAM含義：

CAM--ComputerAidedManufacturing廣義CAM：利用計算機完成從毛坯到產品制造過程中的直接和間接的各種生產活動，包括工藝準備、生產作業(yè)計劃、物流控制、質量保證等。狹義CAM：數(shù)控加工程序編制。CAD/CAM技術1.1.4CAD/CAM集成技術CAD/CAM集成技術：

利用數(shù)據(jù)庫技術、網絡技術、數(shù)據(jù)交換和接口技術，實現(xiàn)3C各模塊之間信息自動傳遞、轉換和共享的相關技術。CAD/CAM技術1.1.4CAD/CAM集成技術CADCAPPCAM工程圖樣工藝文檔NC代碼非集成3C系統(tǒng)輸入輸出信息流CAD/CAM技術1.1.4CAD/CAM集成技術CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念設計幾何造型工程分析圖形處理毛坯設計工藝準備工序設計工時定額工藝準備作業(yè)計劃物流控制質量保證CAD/CAM技術1.1.4CAD/CAM集成技術CAD/CAM系統(tǒng)總體結構用戶界面應用系統(tǒng)CADCAPPCAM……數(shù)據(jù)庫、網絡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作系統(tǒng)計算機硬件CAD/CAM技術1.1.4CAD/CAM集成技術CAD/CAM技術集成意義下的CAD/CAMCAD、CAPP、CAM有機結合CAD/CAM定單處理、原材料采購、CAD/CAM、銷售與售后、倉儲、財務、人事產品設計、工藝設計、加工、車間控制、質量控制1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能和作業(yè)過程CADCAM工程繪圖工程分析幾何建模數(shù)據(jù)管理模擬仿真數(shù)控編程工藝規(guī)程CAD/CAM系統(tǒng)的功能CAD/CAM技術CAD/CAM

系統(tǒng)的功能幾何建模用基本幾何實體及其相互關系構造零件或產品三維幾何模型，這是后續(xù)工作的基礎；是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，為產品設計、制造提供基本數(shù)據(jù)和原始信息；工程分析進行運動學、動力學、有限元分析，優(yōu)化設計等；工程繪圖

CAD系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，產品最終結果的表達方式；工藝編程自動決策生成產品加工所采用的加工方法、工藝路線、工藝參數(shù)和加工設備；數(shù)控編程選擇所需要刀具和工藝參數(shù)，確定走刀方式，生成刀具軌跡，后置處理，生成NC程序。模擬仿真預測產品工作性能，檢查NC代碼正確性，檢查制造過程幾何干涉和物理碰撞，分析產品可制造性；數(shù)據(jù)管理提供有效的工程數(shù)據(jù)管理手段，支持產品設計與制造全過程數(shù)據(jù)信息流動和處理。CAD/CAM技術CAD/CAM

作業(yè)過程創(chuàng)意構思計算機輔助設計快速原型制造計算機輔助工藝規(guī)劃計算機輔助NC編程模擬制造實際制造設計文檔產品原型數(shù)控代碼工藝文檔產品CAD/CAM技術CAD/CAM

作業(yè)過程創(chuàng)意與構思即需求分析，并進行功能設計，這一部分目前仍主要由人工完成，在條件具備時也可以采用人工智能和專家系統(tǒng)輔助完成。計算機輔助設計與分析人機交互完成產品造型、裝配設計、詳細設計，進行工程分析和優(yōu)化。快速原型制造根據(jù)產品模型，采用分層堆積原理、以非切削方法，快速廉價的生成與實際產品形狀、尺寸一致的產品模型，供分析和評價，進行多方案的比較。計算機輔助工藝規(guī)劃提取產品數(shù)據(jù)模型，分析幾何特征、工藝特征，對產品進行工藝規(guī)程，生產工藝文件。計算機輔助編程利用設計結果和相關工藝信息，自動生成NC控制代碼，提高數(shù)控編程效率和質量。虛擬制造不消耗資源和能量，也不生產現(xiàn)實世界的產品，借助三維可視的交互環(huán)境，對產品從設計、制造到裝配的全過程進行全面仿真的技術，保證產品的設計和制造一次成功。CAD/CAM技術現(xiàn)代產品設計與制造過程特征設計對象的數(shù)字化

設計的產品以數(shù)據(jù)形式保存，產品開發(fā)活動是對產品數(shù)據(jù)進行操作、處理和轉換的過程。設計環(huán)境的網絡化

通過網絡將各設計人員、各設計部門、不同設計地點聯(lián)系起來，做到及時溝通和響應，避免信息延誤和錯誤傳遞，避免扯皮和責任推諉現(xiàn)象。設計過程的并行化建立上下游產品開發(fā)活動的關聯(lián)和反饋，上游開發(fā)活動可對下游活動預先分析，確保整體性；在下游若發(fā)現(xiàn)上游缺陷，可及時修改，使產品設計不斷完善和優(yōu)化。新型開發(fā)工具和手段應用如快速原型技術、虛擬制造技術、動靜態(tài)分析等多種技術，保證產品開發(fā)質量，縮短產品開發(fā)周期，提高產品開發(fā)一次成功率。CAD/CAM技術1.3CAD/CAM系統(tǒng)硬件和軟件

1.3.1CAD/CAM系統(tǒng)組成軟件核心人關鍵硬件基礎CAD/CAM系統(tǒng)組成人：有著不可替代主導作用硬件：是基礎，包括主機、計算機外部設備以及網絡通訊設備等軟件：是核心，決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、應用軟件等；CAD/CAM技術硬件提供CAD/CAM系統(tǒng)潛在的能力軟件是開發(fā)、利用其能力的鑰匙1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成CAD/CAM技術1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存貯器計算機主機輸入裝置生產裝備輸出裝置計算機網絡CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成CAD/CAM技術硬件包括一切可以觸摸到的物理設備。硬件系統(tǒng)是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的物質基礎，它由計算機，外圍設備和生產設備等組成1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件計算機主機：

大中型計算機：一個主機連接多個終端，支持多用戶工作，有較強的計算能力和運算速度，可以從事復雜設計計算和分析，性價比不高；小型計算機：性價比優(yōu)于大中型機，基本上被工程工作站所代替；工程工作站：具有大的虛擬存儲空間、強大的圖形處理、高速計算和網絡通信能力；微型計算機：性能價格比高，軟件豐富，操作容易，是CAD/CAM主流機型。CAD/CAM技術1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸入裝置：鍵盤鼠標：最典型常用的輸入裝置；數(shù)字化儀：通過電磁感應原理進行圖形坐標點輸入；圖形掃描儀：能快速完成圖形信息的輸入，生成位圖信息，經矢量化處理將位圖轉換為矢量化圖形；數(shù)碼相機：將光學真實圖象轉換為數(shù)字圖象；其他輸入裝置：如觸摸屏、聲響交互輸入等。CAD/CAM技術1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸出裝置：

圖形顯示器：最基本的輸出裝置，由圖形卡支持；

打印機：有針式、噴墨、激光打印機之分；

自動繪圖儀：有筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀，有滾筒繪圖儀、平板繪圖儀之分。CAD/CAM技術1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存儲器：

內存儲器：存儲當前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導體材料，訪問速度快，成本高，存儲量有限，存儲信息掉電丟失；

外存儲器：存儲CPU暫時不用的數(shù)據(jù)和程序，存儲量大，能長期保存。有軟盤、硬盤、光盤、USB之分。CAD/CAM技術1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

應件用軟支件撐軟系統(tǒng)軟件CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成CAD/CAM技術1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件：

操作系統(tǒng)：計算機軟件核心，有CPU管理、內存管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操作系統(tǒng)有DOS、Windows、Unix、OS/2等。

語言編譯系統(tǒng)：如Basic、C/C++、LISP等編譯系統(tǒng)，是將高級語言轉換為計算機機器語言。

圖形接口標準：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等圖形接口標準，獨立于硬件設備和各種不同的計算機語言。CAD/CAM技術1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件組成：CAD/CAM技術系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編程語言系統(tǒng)網絡通訊與管理源程序編輯語法檢查代碼編譯程序連接與執(zhí)行庫函數(shù)及管理硬件驅動程序基本數(shù)學計算定時分時系統(tǒng)任務隊列管理硬件資源管理錯誤診斷與糾正糾正日常事務管理網絡任務管理網絡資源管理網絡協(xié)議網絡安全管理通訊瀏覽工具CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件可概略地分為：1.單一功能型；單一功能型支撐軟件只提供CAD/CAM系統(tǒng)中某些典型的功能，如二維繪圖、三維造型設計、工程分析計算、運動仿真、數(shù)控加工等。2.綜合集成型。綜合集成型CAD/CAM支撐軟件提供了設計、分析、造型、數(shù)控編程及加工控制等多種模塊，功能比較完備。1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件CAD/CAM技術支撐軟件是CAD/CAM軟件系統(tǒng)的重要組成部分，它不針對具體的應用對象，而是為某一應用領域的用戶提供工具或開發(fā)環(huán)境．不同的支撐軟件依賴一定的操作系統(tǒng)，又是各類應用軟件的基礎。通常，支撐軟件是由專門的軟件公司開發(fā)，可以從軟件市場上購買，用戶也可以自行開發(fā)。1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件支撐軟件：

交互繪圖軟件：主要完成二維工程圖樣的繪制，如AutoCAD、CAXA、高華CAD、開目CAD等。

三維造型軟件：如Solidworks、Solidedge

、CAXA實體設計等。

數(shù)控編程軟件：如MasterCAM、SurfCAM、CAXA制造工程師等。

工程分析軟件：如ADINA、NASTRAN、ANSYS等。

綜合集成支撐軟件：如UG、CATIA、PRO/E等,具有CAD、CAE、CAM等綜合功能。CAD/CAM技術1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件應用軟件：在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎上，針對某一具體應用開發(fā)的軟件，如機床設計、夾具設計、汽車車身設計等CAD或CAE軟件系統(tǒng)。CAD/CAM技術1.4CAD/CAM技術的發(fā)展和應用CAD/CAM技術的發(fā)展1946年美MIT研制成功第一臺電子計算機特點:高運算能力,大容量信息存儲能力應用:在計算機上完成數(shù)值分析計算。1952年美MIT研制成功第一臺數(shù)控銑床特點:通過改變數(shù)控程序實現(xiàn)不同零件加工隨后,美MIT研制開發(fā)APT自動編程語言特點:通過描述走刀軌跡,實現(xiàn)計算機輔助數(shù)控編程。聯(lián)想???:可否不描述走刀軌跡,通過直接描述零件本身實現(xiàn)數(shù)控編程。

CAD最初概念(孕育階段)背景:電子管計算機,機器語言編程,圖形設備僅有輸出功能。CAD/CAM技術1.4CAD/CAM技術的發(fā)展和應用CAD/CAM技術的發(fā)展1963年美MIT學者I.E.Suth