計算機輔助設(shè)計與制造緒論

計算機輔助設(shè)計與制造劉極鋒主編馮廣智主講《CAD/CAM》的主要內(nèi)容：第零章緒論第一章CAD/CAM系統(tǒng)的軟硬件

第二章計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)第三章計算機圖形處理技術(shù)

第四章CAD/CAM建模技術(shù)第五章基于特征化的機械設(shè)計第六章計算機輔助工程第七章計算機輔助工藝過程分析第八章計算機輔助數(shù)控編程第九章CAD/CAM系統(tǒng)集成（信息集成、功能集成）第零章緒論第一節(jié)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展CAD/CAM技術(shù)的歷史地位：1990年美國國家工程科學(xué)院將CAD/CAM技術(shù)評為當代最杰出的十大工程技術(shù)成就，CAD/CAM技術(shù)居第六位。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一，從根本上改變了產(chǎn)品的技術(shù)管理模式和生產(chǎn)模式。應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛最初：航空航天、汽車、船舶?，F(xiàn)在：機械、電子、輕工、建筑、電影制作等等幾乎所有行業(yè)。一、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展1940s:1946年2月15日由賓州大學(xué)研制成功第一臺電子計算機（ENIAC），重達30噸，占地250m2，啟動工耗150000瓦，18000個電子管；1950s:1952年MIT首次研制成功數(shù)控機床；50年代，APT（自動編程工具）1960s:（萌芽階段）1963年MIT的I.E.Sutherland博士在其博士論文“人機對話圖形通信系統(tǒng)”以及開發(fā)的軟件SKETCHPAD系統(tǒng)中首次提出了“計算機圖形學(xué)”、“交互技術(shù)”等重要概念與思想。代表軟件：洛克希德飛機公司的CADAM(二維繪圖)系統(tǒng)。1970s:（初始階段）硬件以小型機、超小型機為主。軟件既有通用型的，又有專用型的。主要面向航空部門，商品化程度不高。軟件只是二維繪圖與三維線框系統(tǒng)。法國人提出了貝賽爾算法,推出了第一個三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。1963年，SKETCHPAD（交互式圖形系統(tǒng)）

1980s:（蓬勃發(fā)展階段）32位字長的工作站及微機的性能已達到或超過了過去的小型機，而且價格低廉。軟件主要具有三維線框造型、曲面造型、機械制圖、有限元分析、數(shù)控自動編程等功能。1990s:（成熟階段）朝著標準化、集成化、三維可視化Interactive交互、智能化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)交換。典型軟件：法國達索航空公司(DassaultSystems）CATIA系統(tǒng);美國麥道航空公司UGII系統(tǒng)，KBE(基于知識的工程)—UG；致力于從概念設(shè)計到功能分析、工程圖紙生成、數(shù)控代碼生成及加工的整個產(chǎn)品開發(fā)過程

；波音公司CV最先在曲面算法上取得突破，將軟件的運行平臺向價格較低的小型機轉(zhuǎn)移；美國美國國家航空及宇航局SDRC公司I-DEAS系統(tǒng)（于1979年發(fā)布了世界上第一個完全基于實體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件，1993年第一個推出全體系結(jié)構(gòu)的I-DEAS

Master

Series軟件，變量化技術(shù)成就了SDRC）美國PTC公司Pro/E系統(tǒng)；美國CNCSoftware公司MasterCAM系統(tǒng)；以色列Cimatron公司的Cimatron系統(tǒng)，注重型腔和模具；二、我國CAD/CAM技術(shù)現(xiàn)狀國家科委863計劃中的CIMS主題，促進了CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展1995年以來，由于“甩圖板工程”的實施，二維CAD應(yīng)用已基本普及。使用最多的是AutoCAD以及在此基礎(chǔ)上二次開發(fā)的專業(yè)繪圖軟件（如：天河THCAD/THCAPP），也有部分自主開發(fā)的軟件（如：CAXA）。三維設(shè)計的需求越來越多，應(yīng)用也越來越廣。用的較多的是Pro/ENGINEER、UG、CATIA、Cimatron、SolidWorks、MasterCAM等。國內(nèi)自主版權(quán)的也有，如：CAXA、金銀花等。

系統(tǒng)集成程度低，引進技術(shù)與消化使用不配套，觀念有待改變。相關(guān)理論并不落后，但軟件商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化方面的工作做得一般，目前還沒有一個有影響的、可與國外軟件匹敵的大型一體化軟件。開發(fā)的主力軍在高校和相關(guān)研究所。力量較強的高校：清華、北航、華中、浙大、上海交大、北理工、南航、西安交大等。

第二節(jié)CAD/CAM的基本概念

一、CAD/CAM技術(shù)CAD:ComputerAidedDesign——計算機輔助設(shè)計：人機交互結(jié)合，人機各盡所長，最佳設(shè)計效率。CAPP：ComputerAidedProcessPlan——計算機輔助工藝設(shè)計；主要是確定零件的加工方法、加工順序和所用設(shè)備。CAM:ComputerAidedManufacturing——計算機輔助制造廣義的CAD/CAM技術(shù)：利用計算機輔助技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計與制造的整個過程，以及與之直接間接相關(guān)的活動，包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝準備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制及工程數(shù)據(jù)庫管理等。狹義的CAD/CAM技術(shù)：CAD主要功能：概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配設(shè)計、復(fù)雜曲面設(shè)計、工程圖繪制、工程分析、真實感及渲染、數(shù)據(jù)交換接口等。CAM主要功能：NC程序編制、刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等。二、CAD/CAM與制造模式傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式：以技術(shù)人員為中心展開的，產(chǎn)品及其零件在進行加工過程中所處的狀態(tài)，設(shè)計、工藝、制造、設(shè)備等環(huán)節(jié)的延續(xù)與保持等，都由人工進行檢測并反饋，所有的信息均交匯到技術(shù)和管理人員處，由技術(shù)人員進行對象的相關(guān)處理。以CAD/CAM技術(shù)為核心的設(shè)計與制造方式：充分發(fā)揮了計算機存儲容量大、運行速度快、信息處理能力強的優(yōu)勢，大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計制造周期、提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。兩種設(shè)計與制造方式的實例比較：實例1：無線擴音機的設(shè)計（周期6人半年減少到3人20天，電子裝配無裝配超差、自動繪圖聯(lián)動修改）；實例2

：美國波音（Boeing）飛機公司采用CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用于Boeing777全機的設(shè)計與制造。（原設(shè)計周期為5~6年，并且有2萬多處超差！現(xiàn)在只需一年半左右，只有十幾處“人為”超差）。

·

CAD/CAM集成實質(zhì)上是指在CAD、CAPP、CAM各模塊之間形成相關(guān)信息的自動傳遞和轉(zhuǎn)換。

CAD/CAM集成:運用公共工程數(shù)據(jù)庫、專用數(shù)據(jù)接口、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及標準的中性文件接口,將分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集中起來,實現(xiàn)軟硬件資源共享，保證系統(tǒng)內(nèi)信息流動暢通無阻。

CAD/CAPP/CAM集成基本步驟:CAD設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，繪制圖樣，準備數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成中性文件

IGES、STEP等格式CAPP讀入中性文件，轉(zhuǎn)換為可識別格式生成零件工藝過程CAD、CAPP系統(tǒng)生成數(shù)控編程所需數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為中性文件CAM系統(tǒng)讀入中性文件，轉(zhuǎn)換格式后生成數(shù)控程序三、CAD/CAM集成四、CAD/CAM的生存環(huán)境1、操作系統(tǒng)(Windows或Unix)2、計算機網(wǎng)絡(luò)(主要是Intranet)3、數(shù)據(jù)管理平臺(PDM)4、集成制造環(huán)境(CIMS)五、CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程基于CAXA的涂布機CAD/CAM一體化解決方案應(yīng)用流程示例

第一階段，訂單確認即涂布機立項過程人物：項目主管內(nèi)容：接到訂單開始立項過程步驟：新建機型→配置人員及權(quán)限→導(dǎo)入項目任務(wù)書→導(dǎo)入技術(shù)指標說明→完成立項

第二階段，涂布機原型設(shè)計過程人物：設(shè)計組長內(nèi)容：接到設(shè)計任務(wù)開始概念設(shè)計步驟：新建三維零部件→新建涂布機二維示意圖→新建二維布局圖→三維導(dǎo)入二維布局圖→放置零部件→搭建總裝配→完成概念設(shè)計

第三階段，涂布機詳細設(shè)計過程人物：設(shè)計員A內(nèi)容：三維設(shè)計、裝配及二維出圖步驟：三維零部件設(shè)計→三維部件裝配→導(dǎo)入三維部件→自動三維部件生成二維裝配圖

第四階段，涂布機零部件工藝設(shè)計過程人物：工藝員A內(nèi)容：工藝編制過程步驟：選取自制件二維圖→編制工藝路線→填寫工序卡片→完成工藝編制

第五階段，涂布機生產(chǎn)過程人物：數(shù)控編程內(nèi)容：工藝編制過程步驟：導(dǎo)入加工模型→定義毛坯、加工工藝參數(shù)→生成加工軌跡→數(shù)控仿真→輸出工藝清單、加工代碼→加工執(zhí)行空調(diào)出風(fēng)格珊（佛山飛鹿空調(diào)有限公司）5升油瓶（廣東健力寶飲料有限公司）500毫升飲料瓶模具（廣東健力寶飲料有限公司）第三節(jié)

CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務(wù)

一、CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能人機交互功能圖形顯示功能存儲功能輸入輸出功能二、

CAD/CAM的主要任務(wù)幾何建模：三維模型為設(shè)計人員提供直觀的、正確的產(chǎn)品圖形，包括裝配和零件工程繪圖：CAD設(shè)計結(jié)果需要通過二維工程圖或其他方式輸出計算分析優(yōu)化設(shè)計有限元分析計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計數(shù)控編程動態(tài)仿真計算機輔助測試技術(shù)工程數(shù)據(jù)管理第四節(jié)

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用

應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛最初：航空航天、汽車、船舶。現(xiàn)在：機械、電子、輕工、建筑、電影制作等等幾乎所有行業(yè)沈陽變壓器廠用CAD技術(shù)輸出三峽工程項目三維彩色產(chǎn)品設(shè)計圖和計算機分析的數(shù)據(jù)，從而贏得了三峽工程的招標項目。瀘東造船廠應(yīng)用CAD技術(shù)后，生產(chǎn)技術(shù)準備周期縮短1/3以上，造船的設(shè)計開發(fā)能力提高一倍。西北電力設(shè)計院用CAD系統(tǒng)建立了渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設(shè)計方案自動校驗，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當即進行了修改。寰球化工工程公司應(yīng)用CAD技術(shù)，在盤綿乙烯裝置工程中，進行碰撞檢測后，使95%以上的錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設(shè)計中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米。第四節(jié)

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用

CAD與CAM技術(shù)集成，實現(xiàn)了設(shè)計與制造一體化，具有明顯的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：

1、減少了設(shè)計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短了周期。

2、由于采用了CAE，可以從多方案中進行分析、比較，選出最佳方案。