第一章 緒論與CADCAM系統(tǒng)硬件-計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造-JZH

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造機(jī)電工程學(xué)院本書(shū)特色第一章CAD/CAM概述1.1CAD/CAM基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)1.3CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用1.4CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)學(xué)習(xí)的目的與要求整體了解CAD/CAM的技術(shù)基本概念CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.1CAD/CAM的基本概念CAD/CAM技術(shù)作為傳動(dòng)技術(shù)、制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，以不同的方式廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)工程實(shí)踐中。繪圖與設(shè)計(jì)、生成著色、動(dòng)畫(huà)演示、有限元分析……德國(guó)提出“工業(yè)4.0概念”中國(guó)制造2025——推動(dòng)工業(yè)化與信息化的“兩化深度融合”計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中典型應(yīng)用

CAD技術(shù)CAD含義：以計(jì)算機(jī)為工具，通過(guò)人機(jī)交互，處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的一門綜合技術(shù)。以計(jì)算機(jī)為主要工具，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、工程分析與編輯撰寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)工作的總稱

CAD技術(shù)CAD基本功能幾何建模工程分析仿真模擬自動(dòng)繪圖CAD技術(shù)CAD系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序庫(kù)交互圖形庫(kù)硬件軟件CAPP技術(shù)CAPP含義：

CAPP—ComputerAidedProcessPlanning

是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果,進(jìn)行產(chǎn)品的加工工藝過(guò)程（加工方法和制造過(guò)程）的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。CAPP技術(shù)CAPP功能毛坯設(shè)計(jì)工藝路線工序設(shè)計(jì)工時(shí)定額工裝設(shè)計(jì)余量分配切削用量工時(shí)定額機(jī)床刀具選用工序圖繪制CAPP技術(shù)CAPP組成

人機(jī)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(duì)象零件信息庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)工藝文件庫(kù)CAM技術(shù)CAM含義：

CAM--ComputerAidedManufacturing廣義CAM：利用計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的各種生產(chǎn)活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流控制、質(zhì)量控制等。狹義CAM：數(shù)控加工程序編制。CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM集成技術(shù)：

利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換和接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)3C（CAD/CAPP/CAM）各模塊之間信息自動(dòng)傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。CAD/CAM集成技術(shù)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集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念設(shè)計(jì)幾何造型工程分析圖形處理毛坯設(shè)計(jì)工藝準(zhǔn)備工序設(shè)計(jì)工時(shí)定額工藝準(zhǔn)備作業(yè)計(jì)劃物流控制質(zhì)量保證CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)CADCAPPCAM……數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)CADCAM工程繪圖計(jì)算分析幾何建模工程數(shù)據(jù)管理動(dòng)態(tài)仿真數(shù)控編程工藝設(shè)計(jì)CAD/CAM系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)有限元分析計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)CAD/CAM

系統(tǒng)的功能幾何建模與工程繪圖用基本幾何實(shí)體及其相互關(guān)系構(gòu)造零件或產(chǎn)品三維幾何模型，這是后續(xù)工作的基礎(chǔ)；計(jì)算分析進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)等；工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)決策生成產(chǎn)品加工所采用的加工方法、工藝路線、工藝參數(shù)和加工設(shè)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。動(dòng)態(tài)仿真預(yù)測(cè)產(chǎn)品工作性能，檢查NC代碼正確性，檢查制造過(guò)程幾何干涉和物理碰撞，分析產(chǎn)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(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全過(guò)程數(shù)據(jù)信息流動(dòng)和處理。CAD/CAM

作業(yè)過(guò)程創(chuàng)意構(gòu)思計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)快速原型制造計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計(jì)算機(jī)輔助NC編程模擬制造實(shí)際制造設(shè)計(jì)文檔產(chǎn)品原型數(shù)控代碼工藝文檔產(chǎn)品CAD/CAM

作業(yè)過(guò)程創(chuàng)意與構(gòu)思即需求分析，并進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，這一部分目前仍主要由人工完成，在條件具備時(shí)也可以采用人工智能和專家系統(tǒng)輔助完成。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析人機(jī)交互完成產(chǎn)品造型、裝配設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程分析和優(yōu)化?？焖僭椭圃旄鶕?jù)產(chǎn)品模型，采用分層堆積原理、以非切削方法，快速廉價(jià)的生成與實(shí)際產(chǎn)品形狀、尺寸一致的產(chǎn)品模型，供分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行多方案的比較。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃提取產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，分析幾何特征、工藝特征，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程，生產(chǎn)工藝文件。計(jì)算機(jī)輔助編程利用設(shè)計(jì)結(jié)果和相關(guān)工藝信息，自動(dòng)生成NC控制代碼，提高數(shù)控編程效率和質(zhì)量。虛擬制造不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)世界的產(chǎn)品，借助三維可視的交互環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到裝配的全過(guò)程進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造一次成功。1.4CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展50年代－萌芽期：圖形顯示器(50),NC機(jī)床(52),繪圖儀(58)60年代－成長(zhǎng)期:CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型

CAD/CAM系統(tǒng)問(wèn)世70年代－發(fā)展期：CAD/CAM軟硬件系統(tǒng)商品化80年代－普及期：PC微機(jī)和工作站系統(tǒng)廣泛使用，從大型企業(yè)向中小企業(yè)擴(kuò)展，從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展90年代－集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段

60~70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(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，不具備集成性。CAD/CAM的集成階段

20世紀(jì)80年代實(shí)體造型成熟，特征建模、工程數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展；超級(jí)微機(jī)、工作站占領(lǐng)市場(chǎng)。

階段特征:CAD/CAE/CAM集成性好，應(yīng)用向三維、集成化發(fā)展。面向并行設(shè)計(jì)制造環(huán)境的CAD/CAM階段自20世紀(jì)90年代由面向零件集成向面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)發(fā)展，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)一次成功。

階段特征：面向產(chǎn)品全生命周期建模、企業(yè)PDM、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同工作模式。CAD/CAM目前研究熱點(diǎn)計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)

需解決建模和推理兩大技術(shù)難題。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì)

須解決：

①群體成員間實(shí)時(shí)、可靠、廉價(jià)的信息交換；②保證異地、異構(gòu)環(huán)境下協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行；③群體成員沖突協(xié)調(diào)解決機(jī)制。海量信息的存儲(chǔ)、管理和檢索技術(shù)

智能CAD/CAM技術(shù)

CAD/CAM與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的集成計(jì)算機(jī)安全CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用CAD/CAM應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用鐵路虛擬樣機(jī)技術(shù)分析系統(tǒng)常見(jiàn)的CAD/CAM單項(xiàng)技術(shù)1.4CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)智能化數(shù)字化信息化（網(wǎng)絡(luò)化）柔性化第2章CAD/CAM系統(tǒng)硬件與軟件2.1CAD/CAM系統(tǒng)組成2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件2.3CAD/CAM系統(tǒng)軟件2.1CAD/CAM系統(tǒng)組成軟件核心人關(guān)鍵硬件基礎(chǔ)CAD/CAM系統(tǒng)組成人：有著不可替代主導(dǎo)作用硬件：是基礎(chǔ)，包括主機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)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(yīng)用軟件等；2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存貯器計(jì)算機(jī)主機(jī)輸入裝置生產(chǎn)裝備輸出裝置計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件計(jì)算機(jī)主機(jī)：中小型計(jì)算機(jī)：由于大型復(fù)雜設(shè)計(jì)計(jì)算和分析；工程工作站：具有強(qiáng)大的圖形處理、高速計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信能力；微型計(jì)算機(jī)：性能價(jià)格比高，軟件豐富，操作容易，是CAD/CAM主流機(jī)型。2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸入裝置：鍵盤鼠標(biāo)：最典型常用的輸入裝置；數(shù)字化儀：通過(guò)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行圖形坐標(biāo)點(diǎn)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(jīng)矢量化處理將位圖轉(zhuǎn)換為矢量化圖形；數(shù)碼相機(jī)：將光學(xué)真實(shí)圖象轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象；其他輸入裝置：如觸摸屏、聲響交互輸入等。2.2CAD/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(jī)：有針式、噴墨、激光打印機(jī)之分；

自動(dòng)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。2.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存儲(chǔ)器：

內(nèi)存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)當(dāng)前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導(dǎo)體材料，訪問(wèn)速度快，成本高，存儲(chǔ)量有限，存儲(chǔ)信息掉電丟失；

外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)CPU暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)和程序，存儲(chǔ)量大，能長(zhǎng)期保存。有軟盤、硬盤、光盤、USB之分。2.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

應(yīng)件用軟支件撐軟系統(tǒng)軟件CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成2.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件：

操作系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)軟件核心，有CPU管理、內(nèi)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(yǔ)言編譯系統(tǒng)：如Basic、C/C++、LISP等編譯系統(tǒng)，是將高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)機(jī)器語(yǔ)言。

圖形接口標(biāo)準(zhǔn)：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于硬件設(shè)備和各種不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。2.3CAD/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、PICAD高華CAD開(kāi)目CAD等。

三維造型軟件：如MDT、Solidworks、Solidedge等。

數(shù)控編程軟件：如MasterCAM、SurfCAM等。

工程分析軟件：如SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。

綜合集成支撐軟件：如I-DEAS、UGII、PRO/E、