緒論-計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造

1、 （）技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字化信息技術(shù)發(fā)展而形成的新技術(shù)，具有知識密集、學(xué)和數(shù)字化信息技術(shù)發(fā)展而形成的新技術(shù)，具有知識密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，是目前世界科技領(lǐng)域的前沿課題，科交叉、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，是目前世界科技領(lǐng)域的前沿課題，被美國工程科學(xué)院評為當(dāng)代做出被美國工程科學(xué)院評為當(dāng)代做出的十大工程技術(shù)的十大工程技術(shù)之一。之一。 CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、航天、汽技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、航天、汽車、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領(lǐng)域，是數(shù)字化、信息車、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領(lǐng)域，是數(shù)字化、信息化制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用水平已成為衡量一

2、個國家技術(shù)發(fā)化制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用水平已成為衡量一個國家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。展水平及工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅為制造業(yè)帶來了巨大的社技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅為制造業(yè)帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且已逐漸從一門新興技術(shù)發(fā)展成為規(guī)會效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且已逐漸從一門新興技術(shù)發(fā)展成為規(guī)模龐大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。模龐大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。 CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用人才需求正不斷增加，學(xué)習(xí)和掌握技術(shù)的應(yīng)用人才需求正不斷增加，學(xué)習(xí)和掌握CAD/CAMCAD/CAM的原理、方法與技術(shù)，適應(yīng)形勢的發(fā)展和社會的需的原理、方法與技術(shù)，適應(yīng)形勢的發(fā)展和

3、社會的需要是現(xiàn)代技術(shù)人員的基本要求。要是現(xiàn)代技術(shù)人員的基本要求。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1.1.CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 2.2.CAD/CAMCAD/CAM的基本概念的基本概念 3.3.CAD/CAMCAD/CAM的基本功能的基本功能 4.4.CAD/CAMCAD/CAM的主要任務(wù)的主要任務(wù) 5.5.CAD/CAMCAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1. CAD/CAM1. CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 ( () )19461946年，年，ENIACENIAC 5050年代，年代，APTAPT19631963年，年，SKET

4、CHPADSKETCHPAD 7070年代末，年代末，以小型和超級以小型和超級小型計(jì)算機(jī)為小型計(jì)算機(jī)為主機(jī)的主機(jī)的CADCAD系系統(tǒng)進(jìn)入市場并統(tǒng)進(jìn)入市場并形成主流，形形成主流，形成成CADCAD產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造1. CAD/CAM1. CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展( () )KMCAD摩托車曲軸箱體柔性加工生產(chǎn)線摩托車曲軸箱體柔性加工生產(chǎn)線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造2. CAD/CAM2. CAD/CAM的基本概念的基本概念計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （Computer Aided Design，)完備的完備的CADCAD系統(tǒng)包括系統(tǒng)包括: : 和和 計(jì)算機(jī)

5、輔助設(shè)計(jì)與制造KMCAPPKMCAPP 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì) （C Computer omputer A Aided ided P Process rocess P Planning,lanning, ) 指工藝人員借助計(jì)算機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果和產(chǎn)指工藝人員借助計(jì)算機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果和產(chǎn)品制造工藝要求，交互或自動地確定產(chǎn)品加工方法和品制造工藝要求，交互或自動地確定產(chǎn)品加工方法和方案的設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)，包括毛坯選擇、加工方法選擇、工序設(shè)包括毛坯選擇、加工方法選擇、工序設(shè)計(jì)、工藝路線制定計(jì)、工藝路線制定 InteCAPPInteCAPP 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助制造計(jì)

6、算機(jī)輔助制造（C Computer omputer A Aided ided M Manufacturinganufacturing，) ) 計(jì)算機(jī)輔助制造有計(jì)算機(jī)輔助制造有和和兩種定義兩種定義: : 指借助計(jì)算機(jī)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到指借助計(jì)算機(jī)完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來的過程中的各項(xiàng)活動產(chǎn)品制造出來的過程中的各項(xiàng)活動，包括，包括工藝過程設(shè)計(jì)（工藝過程設(shè)計(jì)（CAPP)CAPP)、工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)、工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、制造輔助數(shù)控加工編程、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、制造過程控制、質(zhì)量檢測與分析過程控制、質(zhì)量檢測與分析 通常指通常指NCNC程序編制程序編制，包括刀具路，包括刀具路徑規(guī)

7、劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真、后置處理及后置處理及NCNC代碼生成代碼生成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造I-DEASI-DEASCAD/CAMCAD/CAM集成集成 CAD/CAMCAD/CAM集成集成實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：在：在CADCAD、CAPPCAPP、CAMCAM各模塊之間各模塊之間形成相互信息的自動傳遞和轉(zhuǎn)化形成相互信息的自動傳遞和轉(zhuǎn)化集成化的集成化的 CAD/CAM系統(tǒng)借助公共的工系統(tǒng)借助公共的工程數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化格式程數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)化格式的中性文件接口把分散的的中性文件接口把分散的CAD/CAM 高高效效集成，實(shí)現(xiàn)軟、硬件集成，實(shí)現(xiàn)軟

8、、硬件資源共享，保證系統(tǒng)資源共享，保證系統(tǒng)內(nèi)信息的暢通。內(nèi)信息的暢通。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造3. CAD/CAM3. CAD/CAM的基本功能的基本功能 交互功能交互功能 圖形顯示功能圖形顯示功能 存儲功能存儲功能 輸入輸出功能輸入輸出功能 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造交互功能交互功能友好的用戶界面，是用戶直接而有效地完成復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)的必要條件除軟件中界面設(shè)計(jì)外，還必須除軟件中界面設(shè)計(jì)外，還必須有交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之有交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的不斷通信間的不斷通信計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造圖形顯示功能圖形顯示功能 CAD/CAM是一個人機(jī)是一個人機(jī)交互的過程，從產(chǎn)品的造型、交互的過程，從產(chǎn)品的造型、構(gòu)思

9、、方案的確定，結(jié)構(gòu)分構(gòu)思、方案的確定，結(jié)構(gòu)分析到加工過程的仿真，系統(tǒng)析到加工過程的仿真，系統(tǒng)隨時保證用戶能夠觀察、修隨時保證用戶能夠觀察、修改中間結(jié)果，實(shí)時編輯處理改中間結(jié)果，實(shí)時編輯處理 用戶的每一次操作都要能從用戶的每一次操作都要能從顯示器上及時得到反饋，直到顯示器上及時得到反饋，直到取得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。取得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。 圖形顯示功能不僅能夠?qū)ΧD形顯示功能不僅能夠?qū)ΧS平面圖形進(jìn)行顯示控制，還維平面圖形進(jìn)行顯示控制，還應(yīng)當(dāng)包含三維實(shí)體的處理應(yīng)當(dāng)包含三維實(shí)體的處理計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造存儲功能存儲功能 為了保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行，為了保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行，CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)必須配

10、系統(tǒng)必須配置容量較大的存儲設(shè)備，支持?jǐn)?shù)據(jù)在模塊運(yùn)行時的正置容量較大的存儲設(shè)備，支持?jǐn)?shù)據(jù)在模塊運(yùn)行時的正確流通；其次，工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行也必須有存貯確流通；其次，工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行也必須有存貯空間的保障空間的保障。 CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行時，數(shù)系統(tǒng)運(yùn)行時，數(shù)據(jù)量很大，有很多算法往往據(jù)量很大，有很多算法往往生成大量的中間數(shù)據(jù)，尤其生成大量的中間數(shù)據(jù)，尤其是對圖形的操作、交互式的是對圖形的操作、交互式的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)分析中的網(wǎng)格設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)分析中的網(wǎng)格劃分等。劃分等。IBM737 Magnetic core storage unitIBM737 Magnetic core stora

11、ge unit計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造輸入輸出功能輸入輸出功能 CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行中，用戶需不斷地將有關(guān)設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行中，用戶需不斷地將有關(guān)設(shè)計(jì)的要求、各步驟的具體數(shù)據(jù)等輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過計(jì)的要求、各步驟的具體數(shù)據(jù)等輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)的處理，能夠輸出系統(tǒng)處理的結(jié)果算機(jī)的處理，能夠輸出系統(tǒng)處理的結(jié)果輸入輸出的信輸入輸出的信息既可以是數(shù)息既可以是數(shù)值的，也可以值的，也可以是非數(shù)值的，是非數(shù)值的，如圖形數(shù)據(jù)、如圖形數(shù)據(jù)、文本文本 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造4. CAD/CAM4. CAD/CAM的主要任務(wù)的主要任務(wù)幾何建模幾何建模 工程繪圖工程繪圖 計(jì)算分析計(jì)算分析 優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì) 有

12、限元分析有限元分析 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 數(shù)控編程數(shù)控編程 動態(tài)仿真動態(tài)仿真 計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù) 工程數(shù)據(jù)管理工程數(shù)據(jù)管理 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造幾何建模幾何建模。幾何建模技術(shù)幾何建模技術(shù)是是CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)系統(tǒng)的核心，為產(chǎn)的核心，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造品設(shè)計(jì)、制造提供基本數(shù)據(jù)提供基本數(shù)據(jù)和原始信息和原始信息 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造工程繪圖工程繪圖 CAD/CAM系統(tǒng)有系統(tǒng)有處理二處理二維圖形維圖形的能力，包括基本圖元的能力，包括基本圖元的生成，標(biāo)注尺寸，圖形編輯的生成，標(biāo)注尺寸，圖形編輯（比例變換、平移、拷貝、刪（比例變換、平移、拷貝、刪除等）

13、除等）CADCAD系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品最終結(jié)果的表達(dá)方式系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品最終結(jié)果的表達(dá)方式 系統(tǒng)還應(yīng)具備從幾何造型的系統(tǒng)還應(yīng)具備從幾何造型的三維圖形直接向二維圖形三維圖形直接向二維圖形的功能的功能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算分析計(jì)算分析 計(jì)算分析對象包括幾何特征（如計(jì)算分析對象包括幾何特征（如體積、表面積、體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量）和物理特征（如）和物理特征（如應(yīng)力、應(yīng)力、溫度、位移溫度、位移）低壓冷渦輪葉片結(jié)構(gòu)分析低壓冷渦輪葉片結(jié)構(gòu)分析 要求要求CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)對各類系統(tǒng)對各類計(jì)算分析的算法正確、全面，計(jì)算分析的算法正確、全面，且有較高的

14、計(jì)算精度且有較高的計(jì)算精度油井壓縮機(jī)頭部封油井壓縮機(jī)頭部封蓋失效的原因分析蓋失效的原因分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì) CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)化求解的功能，也就是在某些條求解的功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。計(jì)中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：優(yōu)化設(shè)計(jì)包括： 總體方案的優(yōu)化 產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 工藝參數(shù)的優(yōu)化 優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)中的重要的組成部分優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)中的重要的組成部分 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造有限元分析有限元分析 CAD/CAM CAD/CAM 系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析中的常

15、用結(jié)構(gòu)分析中的常用方法是方法是有限元法有限元法，這是一種數(shù)值近似這是一種數(shù)值近似解方法，用來解決解方法，用來解決結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜零件的靜態(tài)、動態(tài)零件的靜態(tài)、動態(tài)特性計(jì)算，強(qiáng)度、特性計(jì)算，強(qiáng)度、振動、熱變形、磁振動、熱變形、磁場、溫度場強(qiáng)度、場、溫度場強(qiáng)度、應(yīng)力分布狀態(tài)等計(jì)應(yīng)力分布狀態(tài)等計(jì)算分析。算分析。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì) CAPPCAPP根據(jù)建模生成的產(chǎn)品根據(jù)建模生成的產(chǎn)品信息及制造要求，人機(jī)交互信息及制造要求，人機(jī)交互或自動決策出加工該產(chǎn)品所或自動決策出加工該產(chǎn)品所采用的采用的加工方法加工方法、加工步驟加工步驟、加工設(shè)備加工設(shè)備

16、及及加工參數(shù)加工參數(shù) CAPPCAPP設(shè)計(jì)結(jié)果一方面生成工藝卡設(shè)計(jì)結(jié)果一方面生成工藝卡片文件被生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，一片文件被生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，一方面直接輸出信息，為方面直接輸出信息，為CAMCAM中的中的接收、接收、識別，直接轉(zhuǎn)換為刀位文件識別，直接轉(zhuǎn)換為刀位文件計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造數(shù)控編程數(shù)控編程 分析零件圖分析零件圖和制訂出零件的數(shù)和制訂出零件的數(shù)控加工方案后，采控加工方案后，采用專門的數(shù)控加工用專門的數(shù)控加工語言（例如語言（例如APTAPT語語言），提供數(shù)控機(jī)言），提供數(shù)控機(jī)床各種運(yùn)動和操作床各種運(yùn)動和操作的全部信息的全部信息數(shù)控編程數(shù)控編程基本步驟通常包括：基本步驟通常包括： 手工或計(jì)算機(jī)輔助編

17、程，生成源程序手工或計(jì)算機(jī)輔助編程，生成源程序 編譯源程序，求出刀位文件編譯源程序，求出刀位文件 將刀位文件轉(zhuǎn)換成零件的數(shù)控加工程序?qū)⒌段晃募D(zhuǎn)換成零件的數(shù)控加工程序計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造動態(tài)仿真動態(tài)仿真：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，建立根據(jù)設(shè)計(jì)要求，建立一個工程設(shè)計(jì)的實(shí)際系統(tǒng)模型，一個工程設(shè)計(jì)的實(shí)際系統(tǒng)模型，例：機(jī)構(gòu)、機(jī)械手例：機(jī)構(gòu)、機(jī)械手：通過對系統(tǒng)模型的試通過對系統(tǒng)模型的試驗(yàn)運(yùn)行，研究一個存在（或驗(yàn)運(yùn)行，研究一個存在（或設(shè)計(jì)中）的系統(tǒng)，通常有設(shè)計(jì)中）的系統(tǒng)，通常有加加工軌跡仿真工軌跡仿真，機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)仿真真，機(jī)器人仿真機(jī)器人仿真，工件、機(jī)工件、機(jī)床、刀具、夾具的碰撞、干床、刀具、夾具的碰撞、干

18、涉檢驗(yàn)涉檢驗(yàn)?zāi)康模耗康模侯A(yù)測產(chǎn)品性能，模擬產(chǎn)品制造過預(yù)測產(chǎn)品性能，模擬產(chǎn)品制造過程、可制造性，避免損壞，縮短程、可制造性，避免損壞，縮短設(shè)計(jì)和制造周期，減少制造成本，設(shè)計(jì)和制造周期，減少制造成本，提高產(chǎn)品的競爭力提高產(chǎn)品的競爭力計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù) 計(jì)算機(jī)輔助測試計(jì)算機(jī)輔助測試技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量技術(shù)、信號處理測量技術(shù)、信號處理及現(xiàn)代控制理論形成及現(xiàn)代控制理論形成了一門新興綜合性學(xué)了一門新興綜合性學(xué)科科模具檢測模具檢測 逆向工程逆向工程 管件測量管件測量 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造工程數(shù)據(jù)管理工程數(shù)據(jù)管理 CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、種類繁多，因據(jù)量大、種類繁多，因此此CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)提系統(tǒng)應(yīng)提供有效的管理手段，支供有效的管理手段，支持工程設(shè)計(jì)與制造全過持工程設(shè)計(jì)與制造全過程的信息傳輸與交換程的信息傳輸與交換 隨著并行作業(yè)方式隨著并行作業(yè)方式的推廣應(yīng)用，還存在著的推廣應(yīng)用，還存