第一章 緒論與CADCAM系統(tǒng)硬件-計算機輔助設計與制造-JZH

1、計算機輔助設計與制造 機電工程學院 本書特色本書特色第一章第一章 CAD/CAMCAD/CAM概述概述 1.1 CAD/CAM基本概念基本概念 1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務系統(tǒng)的功能與任務 1.3 CAD/CAM系統(tǒng)的應用系統(tǒng)的應用 1.4 CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢系統(tǒng)的發(fā)展趨勢學習的目的與要求學習的目的與要求 整體了解整體了解CAD/CAM的技術基本概念的技術基本概念 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務系統(tǒng)的功能與任務 CAD/CAM技術的應用技術的應用 CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢技術的發(fā)展趨勢1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的基本概念的基本概念 CAD/CAM 技術

2、作為傳動技術、制造技術與計算機技術的技術作為傳動技術、制造技術與計算機技術的結合，以不同的方式廣泛應用于各項工程實踐中。結合，以不同的方式廣泛應用于各項工程實踐中。 繪圖與設計繪圖與設計 、生成著色、生成著色、 動畫演示、有限元分析動畫演示、有限元分析 德國提出德國提出“工業(yè)工業(yè)4.0概念概念” 中國制造中國制造2025推動工業(yè)化與信息化的推動工業(yè)化與信息化的“兩化深度融合兩化深度融合”計算機在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中典型應用計算機在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中典型應用 CAD CAD技術技術CAD含義： 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。 以

3、計算機為主要工具，對產品進行設計、繪圖、工程分析與編輯撰寫技術文檔等設計工作的總稱 CAD CAD技術技術CAD基本功能基本功能幾何建模工程分析仿真模擬自動繪圖 CAD CAD技術技術CAD 系統(tǒng)組成系統(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CAPPCAPP技術技術CAPP含義：含義： CAPPCAPPComputer Aided Process PlanningComputer Aided Process Planning 是根據(jù)產品設計結果是根據(jù)產品設計結果, ,進行產品的加工工藝過程（加工方法和進行產品的加工工藝過程（加工方法和制造過程）的設計，是一項重要的生產準備工作。制

4、造過程）的設計，是一項重要的生產準備工作。CAPPCAPP技術技術CAPP功能功能毛坯設計工藝路線工序設計工時定額工裝設計余量分配切削用量工時定額機床刀具選用工序圖繪制 CAPP CAPP技術技術CAPP組成組成 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CAMCAM技術技術CAMCAM含義：含義： CAM- Computer Aided ManufacturingCAM- Computer Aided Manufacturing廣義廣義CAMCAM：利用計算機完成從毛坯到產品制造過程中的直接和間接利用計算機完成從毛坯到產品制造過程中的直

5、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、質量控制等。量控制等。狹義狹義CAMCAM：數(shù)控加工程序編制。：數(shù)控加工程序編制。CAD/CAMCAD/CAM集成技術集成技術CAD/CAM集成技術：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)術，實現(xiàn)3C3C（CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM）各模塊之間）各模塊之間信息自動信息自動傳遞、轉換和共享的相關技術。傳遞、轉換和共享的相關技術。 CAD/CAM CAD/CAM集成技術集成技術CADCAPPCA

6、M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 CAD/CAM集成技術集成技術CAD/CAPP/CAM集成信息流集成信息流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 CAD/CAM集成技術集成技術CAD/CAM系統(tǒng)總體結構系統(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1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務CADCAM工程繪圖計算分析幾何建模工程數(shù)據(jù)管理動態(tài)仿真數(shù)控編程工藝設計CAD/CAM系統(tǒng)的任務優(yōu)化設計有限元分析計算機輔助測試技

7、術CAD/CAM 系統(tǒng)的功能幾何建模與工程繪圖幾何建模與工程繪圖 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；計算分析計算分析 進行運動學、動力學、有限元分析，優(yōu)化設計、計算機輔助測試技術等；工藝設計工藝設計 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。動態(tài)仿真動態(tài)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。

8、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 作業(yè)過程創(chuàng)意與構思創(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)劃計算機輔助工藝規(guī)劃 提取

9、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。1.4 CAD/CAM1.4 CAD/CAM技術的發(fā)展與應用技術的發(fā)展與應用CAD/CAM技術的發(fā)展50年代萌芽期萌芽期：圖形顯示器(50),NC機床(52),繪圖儀(58)60年代成長期成長期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大

10、型 CAD/CAM系統(tǒng)問世70年代發(fā)展期發(fā)展期：CAD/CAM軟硬件系統(tǒng)商品化80年代普及期普及期：PC微機和工作站系統(tǒng)廣泛使用，從大型 企業(yè)向中小企業(yè)擴展，從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展90年代集成期集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成CAD/CAM技術的發(fā)展單元技術的發(fā)展和應用階段單元技術的發(fā)展和應用階段 6070年代 如圖形軟件、數(shù)控編程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等 CAD/CAM系統(tǒng)；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系統(tǒng)。 階段特征：各功能模塊基本形成，數(shù)據(jù)結構尚不統(tǒng)一，不具備集成性。CAD/CAM的集成階段的集成階段 20世紀80年代 實

11、體造型成熟，特征建模、工程數(shù)據(jù)庫發(fā)展；超級微機、工作站占領市場。 階段特征: CAD/CAE/CAM集成性好，應用向三維、集成化發(fā)展。面向并行設計制造環(huán)境的面向并行設計制造環(huán)境的CAD/CAM階段階段 自20世紀90年代 由面向零件集成向面向產品并行設計發(fā)展，要求產品設計一次成功。 階段特征：面向產品全生命周期建模、企業(yè)PDM、計算機網絡、 協(xié)同工作模式。CAD/CAMCAD/CAM目前研究熱點目前研究熱點 計算機輔助概念設計計算機輔助概念設計 需解決建模和推理兩大技術難題。 計算機支持的協(xié)同設計計算機支持的協(xié)同設計 須解決： 群體成員間實時、可靠、廉價的信息交換； 保證異地、異構環(huán)境下協(xié)同設

12、計系統(tǒng)可靠運行； 群體成員沖突協(xié)調解決機制。 海量信息的存儲、管理和檢索技術海量信息的存儲、管理和檢索技術 智能智能CAD/CAM技術技術 CAD/CAM與虛擬現(xiàn)實技術的集成與虛擬現(xiàn)實技術的集成 計算機安全計算機安全CAD/CAMCAD/CAM技術應用技術應用CAD/CAMCAD/CAM技術應用技術應用CAD/CAMCAD/CAM應用應用CAD/CAMCAD/CAM技術應用技術應用鐵路虛擬樣機技術分析系統(tǒng)鐵路虛擬樣機技術分析系統(tǒng)常見的常見的CAD/CAMCAD/CAM單項技術單項技術1.4 CAD/CAM1.4 CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展趨勢系統(tǒng)發(fā)展趨勢 智能化智能化 數(shù)字化數(shù)字化 信息化（網絡化

13、）信息化（網絡化） 柔性化柔性化第第2 2章章 CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)硬件與軟件系統(tǒng)硬件與軟件 2.1 CAD/CAM 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件 2.3 CAD/CAM系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件2.1 CAD/CAM2.1 CAD/CAM系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成軟件核心人關鍵硬件基礎CAD/CAM系統(tǒng)組成人：人：有著不可替代有著不可替代主導主導作用作用硬件：硬件：是是基礎基礎，包括主機、計算機，包括主機、計算機 外部設備以及網絡通訊設備等外部設備以及網絡通訊設備等軟件：軟件：是是核心核心，決定系統(tǒng)性能的優(yōu)，決定系統(tǒng)性能的優(yōu) 劣，包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、劣，包括操作系統(tǒng)、

14、支撐軟件、 應用軟件等；應用軟件等； 2.2 CAD/CAM 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(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2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件計算機主機： 中小型計算機：由于大型復雜設計計算和分析； 工程工作站：具有強大的圖形處理、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。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件輸入裝置： 鍵盤鼠標：最典

15、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。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(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。2.2 CAD/CAM2.2 CAD/CAM系統(tǒng)硬件系統(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

16、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。 2.3 CAD/CAM2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(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2.3 CAD/CAM2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件： 操作系統(tǒng)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)語言編譯系統(tǒng)：如 Basic、C/C+、LISP等編譯系統(tǒng)， 是將高級語言

17、轉換為計算機機器語言。 圖形接口標準圖形接口標準：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。2.3CAD/CAM2.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件支撐軟件支撐軟件： 交互繪圖軟件交互繪圖軟件：主要完成二維工程圖樣的繪制， 如AutoCAD、PICAD 高華CAD 開目CAD等。 三維造型軟件三維造型軟件：如 MDT、Solidworks、Solidedge等。 數(shù)控編程軟件數(shù)控編程軟件：如 MasterCAM、SurfCAM等。 工程分析軟件工程分析軟件：如 SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。 綜合集成支撐軟件綜合集成支撐軟件：如 I-DEAS、UGII、PRO/E、 CATIA等,具有CAD、CAE、CAM等綜合功能。2.3 CAD/CAM2.3 C