先進(jìn)制造技術(shù)課件 第3章計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)第3章計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)3.13.23.3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)CONTENTS目錄3.4CAD/CAM集成技術(shù)3.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）3.1.1CAD的基本功能CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign,CAD）是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，用各自的專業(yè)知識(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)2先進(jìn)制造工藝5先進(jìn)制造生產(chǎn)模式及系統(tǒng)功能研究對(duì)象4現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)3加工自動(dòng)化技術(shù)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）圖3-1CAD設(shè)計(jì)3.1.1CAD的基本功能輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）1.CAD系統(tǒng)的軟件類型1)系統(tǒng)軟件（與硬件的操作系統(tǒng)環(huán)境相關(guān)）2)支撐軟件（指各種工具軟件）3)應(yīng)用軟件（指以支撐軟件為基礎(chǔ)的各種面向工程應(yīng)用軟件）3.1.2CAD系統(tǒng)的類型圖3-3CAD軟件的層次結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）3.1.2CAD系統(tǒng)的類型CAD系統(tǒng)常以其硬件（計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等）組成分類：CAD系統(tǒng)可分為大中型機(jī)系統(tǒng)、小型機(jī)系統(tǒng)、工作站和微型機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)主機(jī)和工作站之間的配置情況，CAD系統(tǒng)可分為:獨(dú)立配置系統(tǒng)、集中式系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)。2.CAD系統(tǒng)的配置類型3.1.3幾何建模技術(shù)1.幾何建模過程計(jì)算機(jī)輔助繪圖：指利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的圖形軟件輔助設(shè)計(jì)人員繪制二維工程圖。計(jì)算機(jī)輔助繪圖有以下4種方法：1）人機(jī)交互方式繪圖；2）參數(shù)化繪圖；3）利用圖形庫輔助繪圖；4）利用實(shí)體造型繪圖。輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）3.1.3幾何建模技術(shù)1.幾何建模過程建模：對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界中的物體，從人們的想象出發(fā)，到完成它的計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的這一過程。幾何建模：對(duì)產(chǎn)品形狀信息的處理表達(dá)。幾何建模方法：即物體的描述和表達(dá)是建立在幾何信息和拓?fù)湫畔⑻幚砘A(chǔ)上的。輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）3.1.3幾何建模技術(shù)2.幾何建模方法模型可以是2維、2.5維、3維模型可將三維幾何建模分為三種類型：1）線框（線素）幾何模型2）表面（面素）幾何模型3）實(shí)體幾何模型3.1.4三維實(shí)體造型方法輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）特征造型（FeatureModelling）：基于產(chǎn)品定義的一種新的造型技術(shù)，與實(shí)體造型相比，它不僅包含了物體的幾何信息與拓?fù)湫畔ⅲ€包含了物體與制造工藝相關(guān)的信息。特征（Feature）：具有一定工程意義的幾何形面或幾何形體。三維實(shí)體造型方法的主要內(nèi)容是特征建模。常用的特征信息：1）形狀特征；2）精度特征；3）技術(shù)特征；4）材料特征；5）裝配特征。按幾何形狀的構(gòu)造特點(diǎn)可分為：通道、凹陷、凸起、過渡、面域，變形。按特征在設(shè)計(jì)中所起的作用可分為：1）基本類；2）附加類；3）交特征類；4）總體形狀類；5）宏類。輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）1）其著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息，為了建立產(chǎn)品的集中信息服務(wù)。2）設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素。3）它能更好的將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖貫徹到各個(gè)后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時(shí)得到反饋意見。特征造型具有如下特點(diǎn)：3.1.4三維實(shí)體造型方法3.2計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）3.2.1CAPP系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)組成1.CAPP系統(tǒng)的功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：是應(yīng)用計(jì)算機(jī)快速處理信息功能和具有各種決策功能的軟件來自動(dòng)生成工藝文件的過程。CAPP系統(tǒng)的功能：輸入設(shè)計(jì)信息；選擇工藝路線；決定工序、機(jī)床、刀具；決定切削用量；估算工時(shí)與成本；輸出工藝文件和刀具軌跡文件等。輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）3.2.1CAPP系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)組成2.CAPP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成輔助工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP）CAPP系統(tǒng)的五大組成模塊：零件信息獲取、工藝決策、工藝數(shù)據(jù)庫/知識(shí)庫、人機(jī)界面和工藝文件管理/輸出。零件信息庫工藝決策工藝文件管理與輸出零件信息獲取CAD系統(tǒng)人機(jī)交互界面工藝數(shù)據(jù)庫知識(shí)庫工藝文件庫3.3計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)3.3.1CAM的功能1.直接應(yīng)用功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：計(jì)算機(jī)通過接口直接與物流系統(tǒng)連接，用以控制、監(jiān)視、協(xié)調(diào)物流過程，它包括物流運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制和質(zhì)量控制。

物流運(yùn)行控制是根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的生產(chǎn)進(jìn)度信息控制物料的流動(dòng)。輸入設(shè)計(jì)信息；選擇工藝路線；決定工序、機(jī)床、刀具；決定切削用量；估算工時(shí)與成本；輸出工藝文件和刀具軌跡文件等。

生產(chǎn)控制是指在生產(chǎn)過程中，隨時(shí)收集和記錄物流的數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離作業(yè)計(jì)劃時(shí)，即予以協(xié)調(diào)和控制。質(zhì)量控制是指通過現(xiàn)場檢測隨時(shí)記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離或即將偏離預(yù)質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，向工序作業(yè)級(jí)發(fā)出命令，予以校正。輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.1CAM的功能2.間接應(yīng)用功能CAPP其本質(zhì)是用計(jì)算機(jī)模擬人工編制工藝規(guī)程的方法編制文件。計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制是指根據(jù)CAPP所指定的工藝路線和所選定的數(shù)控機(jī)床，用計(jì)算機(jī)編制數(shù)控機(jī)床的加工程序。計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)包括夾具、刀具的設(shè)計(jì)與制造，這也是工藝準(zhǔn)備工作中的重要內(nèi)容。計(jì)算機(jī)輔助編制作業(yè)計(jì)劃是指當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃確定了在規(guī)定期內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的零件品種、數(shù)量、和時(shí)間之后，用計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)庫中人員、設(shè)備、資源的情況以及生產(chǎn)計(jì)劃和工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，編制出詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃。輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)

（1）機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理CNC機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、PLC、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、輸入輸出接口，以及機(jī)床控制面板和人機(jī)界面等部分組成。1.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（2）數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1）單CPU結(jié)構(gòu)。2）多CPU結(jié)構(gòu)。3）基于PC微機(jī)的CNC系統(tǒng)。輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)

1.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（3）數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成

CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由一個(gè)主控模塊與若干功能模塊組成。

主控模塊為用戶提供一個(gè)友好的系統(tǒng)操作界面，在此界面下系統(tǒng)的各種功能模塊以菜單的形式被調(diào)用。主控模塊非實(shí)時(shí)管理類模塊實(shí)時(shí)控制類模塊參數(shù)輸入程序編輯系統(tǒng)設(shè)置顯示處理系統(tǒng)診斷系統(tǒng)通信PLC邏輯控制程序譯碼刀具補(bǔ)償速度處理運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)數(shù)據(jù)采集伺服驅(qū)動(dòng)輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)

2.數(shù)控加工編程技術(shù)（1）數(shù)控加工編程的一般步驟1）工藝處理2）數(shù)值計(jì)算3）編制零件加工程序單4）輸入數(shù)控程序5）程序校驗(yàn)（2）計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程1）數(shù)控語言自動(dòng)編程2）CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程（3）數(shù)控編程系統(tǒng)的進(jìn)展1）面向車間的編程2）數(shù)字化掃描編程輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)

2.數(shù)控加工編程技術(shù)輔助制造技術(shù)（CAM）3.3.2機(jī)床數(shù)控技術(shù)

3.機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢（1）性能發(fā)展方面1）高速高精高效化2）柔性化3）工藝復(fù)合化和多軸化4）實(shí)時(shí)智能化（2）功能發(fā)展方面1）用戶界面圖象化2）科學(xué)計(jì)算可視化3）插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化4）內(nèi)置高性能5）多媒體技術(shù)應(yīng)用（3）體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展1）集成化2）模塊化3）網(wǎng)絡(luò)化4）開發(fā)式病患控制模式輔助制造技術(shù)（CAM）3.4CAD/CAM集成技術(shù)3.4.1CAD/CAM集成技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展CAD/CAM(ComputerAidedDesign／ComputerAidedManufacturing)，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制造，是一門基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來的、與機(jī)械設(shè)計(jì)和制造技術(shù)相互滲透相互結(jié)合的、多學(xué)科綜合性的技術(shù)，應(yīng)用場合：在電子、機(jī)械、航空、航天、輕工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。CAD技術(shù)與CAM、CAE等技術(shù)的集成形成了廣義的CAD/CAM系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了信息集成和功能集成，CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）則是更高層次的集成。（CAD/CAM）集成技術(shù)3.4.2CAD/CAM系統(tǒng)集成方式1.CAD/CAM的基本概念CAD：指工程技術(shù)人員在人和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)為輔助工具，通過計(jì)算機(jī)和CAD軟件對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行分析、計(jì)算、仿真、優(yōu)化與繪圖。CAD的功能：即幾何建模、工程分析、動(dòng)態(tài)模擬和自動(dòng)繪圖。CAM：指應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)來進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。狹義CAM：指在制造過程中的某個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（即數(shù)控加工）。廣義CAM：利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件的工藝規(guī)劃、數(shù)控程序編制、加工過程仿真等。CAD/CAM系統(tǒng)：把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造集成在一起。CAD/CAE/CAM系統(tǒng)：把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)輔助工程集成在一起。（CAD/CAM）集成技術(shù)3.4.3CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)2.CAD/CAM系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備，軟件系統(tǒng)則由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、專業(yè)軟件組成。3.4.2CAD/CAM系統(tǒng)集成方式

CAD/CAM系統(tǒng)的集成就是按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的實(shí)際進(jìn)程，在計(jì)算機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用程序所需的信息處理和交換，形成連續(xù)的、協(xié)調(diào)的和科學(xué)的信息流。（CAD/CAM）集成技術(shù)1.產(chǎn)品建模技術(shù)一個(gè)完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型是CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行信息集成的基礎(chǔ)，也是CAD/CAM系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的核心。2.集成數(shù)據(jù)管理技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)建立能處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)處理環(huán)境，避免數(shù)據(jù)文件和格式的轉(zhuǎn)