第一章CADCAM技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造CAD/CAM主講：王菁飛行器制造工程專業(yè)0概述制造業(yè)的重要性傳統(tǒng)制造業(yè)的過程和存在的問題現(xiàn)代制造業(yè)的特點(diǎn)：CAD/CAM技術(shù)是基礎(chǔ)本課程的主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)的重要性。找工作考研考核方式和對(duì)大家的要求

PDMCAE/DFXCADCAPP/CAM產(chǎn)品研發(fā)過程詳細(xì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計(jì)分析仿真生產(chǎn)準(zhǔn)備試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)市場(chǎng)信息設(shè)計(jì)信息(文檔模型)已有產(chǎn)品應(yīng)用名稱內(nèi)容人工方法計(jì)算機(jī)輔助方法需求分析捕捉產(chǎn)品市場(chǎng)需求人工資料檢索調(diào)研客戶關(guān)系管理外觀造型確定產(chǎn)品外形色澤石膏模型、木模曲面造型、人機(jī)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)作圖法或制造木模實(shí)體造型、仿真分析性能分析強(qiáng)度剛度振動(dòng)分析估算或模型實(shí)驗(yàn)有限元分析動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)繪圖輸出繪制零、部件圖紙手工制圖、描圖計(jì)算機(jī)輔助繪圖、圖檔管理工程管理管理各種工程數(shù)據(jù)手工管理人工檢索PDM工藝編制制定加工工藝流程據(jù)經(jīng)驗(yàn)編制工藝卡片CAPP、專家系統(tǒng)工裝設(shè)計(jì)模具、夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)并反復(fù)試驗(yàn)計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)機(jī)械加工按要求加工零件車、銑、刨、磨等NC、加工中心計(jì)劃調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度手工編制生產(chǎn)計(jì)劃計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理產(chǎn)品裝配將零件裝配成產(chǎn)品手工裝配機(jī)器人裝配產(chǎn)品檢驗(yàn)檢查產(chǎn)品性能用各種量具手工檢驗(yàn)三坐標(biāo)自動(dòng)測(cè)量機(jī)產(chǎn)品出入庫庫房管理賬本、手推車數(shù)據(jù)庫、自動(dòng)貨架數(shù)字化分析數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化制造數(shù)字化生產(chǎn)準(zhǔn)備第一章CAD/CAM技術(shù)概述本章內(nèi)容：講解CAD/CAM的基本概念、運(yùn)行環(huán)境、CAD/CAM技術(shù)的狀況與發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的貢獻(xiàn)。重點(diǎn)掌握：1．CAD/CAM的含義、包含的內(nèi)容、工作過程、意義；2．CAD/CAM硬件和軟件的構(gòu)成和要求。

1.1CAD/CAM的基本概念CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)ComputerAidedDesign

指在人和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、繪圖、裝配等工作。（1）計(jì)算機(jī)：計(jì)算速度高、可編程因而可修改、存儲(chǔ)量大、記憶能力強(qiáng)、重復(fù)工作不會(huì)“疲勞”，但無創(chuàng)造能力。（2）工程技術(shù)人員：有知識(shí)、思想、經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造性，但記憶能力有限、存儲(chǔ)有限，易疲勞、易失誤、計(jì)算速度慢對(duì)CAD的一些誤解（1）自動(dòng)設(shè)計(jì)，從而完全替代人的作用。目前一些系統(tǒng)將人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)嵌入軟件，使得計(jì)算機(jī)有一定的“智能”，但只有有限的能力。（2）CAD只是將原先的圖紙搬到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，而忽略了計(jì)算機(jī)在計(jì)算速度、修改、存儲(chǔ)方面的優(yōu)勢(shì)。從CAD的定義引深兩個(gè)含義（1）CAD中，人與計(jì)算機(jī)的角色是互相不可取代的；（2）CAD的工作組中，應(yīng)盡可能發(fā)揮人和計(jì)算機(jī)各自的特長(zhǎng)。CAM：計(jì)算機(jī)輔助制造

ComputerAidedManufacturing

廣義CAM：包含了利用計(jì)算機(jī)輔助從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造等整個(gè)過程的活動(dòng)，包括工藝過程設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、NC自動(dòng)編程、物料處理與控制、作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)監(jiān)控和質(zhì)量控制等。狹義CAM：僅指應(yīng)用CAM技術(shù)進(jìn)行NC程序編制，包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等，即ComputerAidedMachining。CAPP：計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)

ComputerAidedProcessPlanning

指在人和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段給出的信息，人機(jī)交互地或自動(dòng)地完成產(chǎn)品加工方法的選擇和工藝過程的設(shè)計(jì)。ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

指產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造全過程的信息集成和信息流自動(dòng)化。CAD/CAM：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造1.2CAD/CAM系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品生產(chǎn)過程：指產(chǎn)品從需求分析開始，經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造變成可供用戶使用的成品。市場(chǎng)需求產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃工藝設(shè)計(jì)刀夾量具設(shè)計(jì)工序設(shè)計(jì)工藝路線設(shè)計(jì)毛坯設(shè)計(jì)加工、裝配調(diào)試裝配檢測(cè)NC加工加工仿真NC編程CADCAPPCAM信息傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)1.專用數(shù)據(jù)接口2.標(biāo)準(zhǔn)格式接口文件3.統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)系統(tǒng)工作過程計(jì)算方法庫圖形庫工程數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品模型定義工程分析計(jì)算方案評(píng)判決策詳細(xì)設(shè)計(jì)分析零部件圖繪制數(shù)控程序輸出幾何造型工程分析模擬仿真自動(dòng)繪圖自動(dòng)編程CAD/CAM系統(tǒng)的技術(shù)支撐CAD/CAM的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程CAD/CAM系統(tǒng)的功能CAD/CAM的特點(diǎn)1.CAD/CAM技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程2.工藝技術(shù)是核心3.設(shè)計(jì)與制造一體化4.產(chǎn)品生命周期的全過程5.人、組織、技術(shù)三結(jié)合1.3CAD/CAM的運(yùn)行環(huán)境

硬件是物質(zhì)基礎(chǔ)軟件是核心、靈魂人是關(guān)鍵系統(tǒng)的組成應(yīng)用軟件支撐軟件系統(tǒng)軟件硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)CAD/CAM應(yīng)用軟件：AutoCAD、UG、Pro/E….編程語言、二次開發(fā)環(huán)境、人機(jī)界面、造型系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Oracle、Sybase、Foxpro……網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP、SPX/IPX操作系統(tǒng)：Windows2000/XP、UNIX、Linux硬件平臺(tái)：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、繪圖機(jī)、打印機(jī)、顯示器…..1.3.1CAD/CAM系統(tǒng)的硬件

主機(jī)輸入設(shè)備鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、掃描儀外存儲(chǔ)器U盤、磁帶、光盤、硬盤圖形顯示器NC機(jī)床、機(jī)器人通信接口網(wǎng)卡、modem等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備輸出設(shè)備打印機(jī)、繪圖儀、快速原型機(jī)數(shù)字化儀

繪圖機(jī)快速原型制造設(shè)備快速成型設(shè)備制作的產(chǎn)品包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件?！粝到y(tǒng)軟件：

MicrosoftWindows2000/XPUnixMacintosh1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

◆支撐軟件高級(jí)語言編譯系統(tǒng)有限元分析軟件

CAE實(shí)例說明

左圖下面的零件采用傳統(tǒng)注塑方法，但出現(xiàn)翹曲，注塑后需要有后續(xù)加工糾正這些缺陷；上圖采用氣體輔助注塑，改善了零件的質(zhì)量。對(duì)傳統(tǒng)注塑方法的分析采用CAE分析注塑件的應(yīng)力分布，可見在整個(gè)塑件上應(yīng)力分布不均，這必然造成零件在成形后產(chǎn)生翹曲。對(duì)氣體輔助注塑的分析采用氣體輔助注塑的結(jié)果可用CAE方法進(jìn)行分析。由圖上應(yīng)力分布看，比傳統(tǒng)注塑的應(yīng)力分布得到較好的改善。

將零件設(shè)置為透明，可以看到零件內(nèi)部交叉形狀的氣體路徑對(duì)零件應(yīng)力分布的影響。真實(shí)圖形生成系統(tǒng)真實(shí)感圖形例子---消隱處理、光源處理、渲染工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

Oracle

SQLserver

FoxProSybase數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)

IGES、DXF、STEP等數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。以保證在不同的CAD/CAM系統(tǒng)中完成的文檔可以互相調(diào)用。

◆應(yīng)用軟件AutoCADPCCADCAXAPro/EI-DEASUGCATIASolidWorks品牌生產(chǎn)廠家網(wǎng)址MasterCAMCNCＳＯＦＴWAREhttp://UGUGS（美）http://PRO/EPTC（美）http://Cimatroncimatron

（以色列）http://CAMWORKSteksofthttp://catiadassanlt

（法）http://autocadautodesk

（美）http://Solidworkssolidworks

（美）http://caxacaxa

（中）http://零件裝配及爆炸圖例子復(fù)雜產(chǎn)品的數(shù)控加工例子

如圖所示的鼠標(biāo)模型，如果該模具重復(fù)制造。則只有采用CAD/CAM技術(shù)方能保證在形狀上的一致性和精度。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)信息快速傳輸處理計(jì)算機(jī)資源共享協(xié)同工作、分布處理1.3.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議總線型結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)HUB總線節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)環(huán)型結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)HUBHUBHUB節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)工作模式服務(wù)器PCPCPCPCPCPC客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）系統(tǒng)瀏覽器/服務(wù)器（B/S）系統(tǒng)瀏覽器客戶程序Web服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器其他服務(wù)數(shù)據(jù)庫Internet課堂練習(xí)某單位從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品開發(fā)工作，試為其設(shè)計(jì)一套適用于中、小型產(chǎn)品開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，要求如下：

1.繪出系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖；2.簡(jiǎn)述各部分在系統(tǒng)中的主要作用；3.為該系統(tǒng)配置系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件1．根據(jù)要求，可采用局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一服務(wù)器通過集線器連接若干PC工作站，如下圖所示。2.各組成部分的主要作用：服務(wù)器：安裝CAD/CAM軟件系統(tǒng)。集線器：連接服務(wù)器、PC工作站和互連網(wǎng)。工作站：完成設(shè)計(jì)任務(wù)。打印機(jī)：文檔輸出。繪圖機(jī)：圖紙輸出3.系統(tǒng)主要軟件：

系統(tǒng)軟件：Windows2000支撐軟件：數(shù)據(jù)庫：Oracle、Sybase、Foxpro……；編程工具：ＶＣ＋＋６.０應(yīng)用軟件：AUTOCAD2000用于二維繪圖；Pro/E2000i用于三維建模和數(shù)控編程。1.4CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和貢獻(xiàn)

1962年美國(guó)MIT的I.E.Sutherland

發(fā)表題為：《SKETCHPAD－人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)》的文章，被國(guó)際上公認(rèn)為是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的第一篇具有重要價(jià)值的文章。

CAD/CAM技術(shù)在近50年發(fā)展過程中大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：（1）單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段60－70年代大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入實(shí)用階段；計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了三維線框造型、曲面造型和70年代末的實(shí)體造型技術(shù)；應(yīng)用方面主要是計(jì)算機(jī)繪圖、有限元分析和數(shù)控編程等單元技術(shù)；應(yīng)用特點(diǎn)是圖形交換能力差、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一。（2）集成化應(yīng)用階段超級(jí)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及32位圖形工作站的發(fā)展；幾何造型技術(shù)日趨成熟，成為CAD/CAM軟件的核心功能模塊；圖形交換接口的定義；基于圖形工作站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC技術(shù)的發(fā)展。（3）面向產(chǎn)品并行制造環(huán)境的虛擬設(shè)計(jì)制造階段CAD/CAM技術(shù)從單一零件設(shè)計(jì)制造向著面向產(chǎn)品的并行制造環(huán)境CAPE（ConcurrentArttoProductEnvironment)發(fā)展；面向工程的參數(shù)設(shè)計(jì)和特征技術(shù)的發(fā)展；產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的三維與二維變量相關(guān)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM技術(shù)（ProductDataManagement)。貢獻(xiàn)

隨著CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛和深入，它對(duì)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)也就越來越顯著、巨大。這是因?yàn)镃AD/CAM技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命。

CAD/CAM技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的手工作業(yè)，以及用圖紙為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)全過程的技術(shù)管理模式。將真實(shí)世界的物體轉(zhuǎn)變成數(shù)字化模型，以統(tǒng)一數(shù)字化產(chǎn)品模型驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命全過程。趨勢(shì)設(shè)計(jì)思想?yún)?shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)微機(jī)化應(yīng)用模式集成化設(shè)計(jì)過程智能化應(yīng)用手段網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)模型實(shí)體化、可視化設(shè)計(jì)方法并行化設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化并行工程（CE)CEConcurrentEngineering是現(xiàn)代制造業(yè)組織產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一種哲理。CE是在CAD/CAM技術(shù)基礎(chǔ)上的管理模式，提倡群體協(xié)同工作（TeamWork）。CE使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)的問題及時(shí)解決，從而降低成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。模型設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)分析工藝設(shè)計(jì)制造時(shí)間T模型設(shè)計(jì)模具設(shè)計(jì)分析工藝設(shè)計(jì)制造傳統(tǒng)過程并行工程CE例子---縮短模具生產(chǎn)周期虛擬新產(chǎn)品開發(fā)CAD/CAM技術(shù)為