CAD、CAM技術(shù)的發(fā)展背景修改版

20世紀(jì)60年代初，美國MIT的Sutherland發(fā)表了一篇題為“SKETCH-PAD―人機對話系統(tǒng)”的論1963年，實驗室實現(xiàn)了該論文的許多技術(shù)思想，如屏幕菜單指點、功能鍵操作、光筆定位、圖形動態(tài)修改當(dāng)時世界范圍內(nèi)許多著名的航空、汽車制造公司紛紛投資開發(fā)自己的CAD/CAM系統(tǒng)，用來解決原先很難解決的幾何造型問題。從幾何形體的表示方法看，這個階段的CAD/CAM系統(tǒng)均以線框模型和表面模型為決相關(guān)領(lǐng)域的CAD問題，許多軟件幾易其主，日趨成熟，當(dāng)今不少知名的商品化軟件都是在那時候發(fā)展起來的。如CATIA、UGll等?；窘鉀Q，但由于表面模型技術(shù)只能表達形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達零件的其他特性，如質(zhì)量、重心、慣性矩等，對CAE十分不利，最大的問題在于分析的前處理特別困難?；趯AM/cAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，SDRC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IDEAS。由于實體造型技術(shù)能夠精確表達零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD/CAE/CAM的模型表達，給設(shè)計帶各個商品化軟件都擁有功能不等的實體造型模塊。在發(fā)展實體造型的過程中，提出了特征造型、參數(shù)化造型、變量化造型等技術(shù)。這些技術(shù)逐漸奠定了實體造型在建模技術(shù)中的主導(dǎo)地位。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展是與其它技術(shù)的發(fā)展相輔相承的，其中最關(guān)鍵的兩大基礎(chǔ)技術(shù)是計算機技術(shù)和1)20世紀(jì)40年代中期，美國發(fā)明了第一臺電子計算機。2)1951年美國MIT發(fā)明了第一臺數(shù)控三坐標(biāo)銑床。世紀(jì)50年代末，美國CALCOMP發(fā)明T滾筒式繪圖機;GERBER發(fā)明了平臺式繪圖儀，提供了一種結(jié)果顯示與驗證的方法。這些相關(guān)技術(shù)為CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了發(fā)展的空間。untianmouldcomhttpMCAD即計算機輔助設(shè)計(CAD-ComputerAidedDesign)利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。簡稱cad.CAM:計算機輔助制造。是ComputerAidedMaking的縮寫。CAM的核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)2.計算機圖形學(xué)(ComputerGraphics，簡稱CG)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計算機顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡單地說，計算機圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。3.計算機輔助工程是指計算機在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，主要包括計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng)等內(nèi)4.CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)6.幾何建模是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的,它是一種通過計算機表示,控制,分析和輸出幾何實體的技術(shù),是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個新階段.7.傳統(tǒng)的設(shè)計制造過程與應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)進行設(shè)計制造的過程有何區(qū)別與聯(lián)系?答：區(qū)別：傳統(tǒng)的設(shè)計與制造方式是以技術(shù)人員為中心展開的，產(chǎn)品及其零件在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，都是由人工進行檢測并反饋，所有的信息均交匯到DCAM為中心的運作模式改變?yōu)橐杂嬎銠C為中心的運作模式，利用計算機存貯量大、運行速度快、可無限期利用已有信息等優(yōu)勢，將各個設(shè)計制造階段及過程的信息匯集在一起，使整個設(shè)計制造過程在時間上縮短、在空間上拓展，與各個環(huán)節(jié)的聯(lián)系與控制均由計算機直接處理，技術(shù)人員通過計算機這一媒介實現(xiàn)整個過程三維幾何建模系統(tǒng)有線框建模、曲面建模、實體建模、特征建模等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是表結(jié)構(gòu)，采用線框建模的描述方法構(gòu)造實體，信息量少，數(shù)據(jù)運算簡單，占居的存貯空間比較小，對硬件的要求不高。曲面模型由于增加了面的信息，在提供三維實體信息的完整性、嚴(yán)密性方面，比線框模型進了一步，它克服了線框模型的許多缺點，能夠比較完整地定義三維立體的表面，所能描述的零件范圍廣；曲面建?？梢詫ξ矬w作剖切面、面面求交、線面消隱、數(shù)控編程以及提供明暗色彩圖顯示所需要的曲面信息等。與線框建模、曲面建模不同，三維實體建模在計算機內(nèi)部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是比較完整地記錄了生成實體的各個方面的數(shù)據(jù)。特點在于覆蓋三維立體的表面與其實體同時生成。利特征建模的特點主要概括為以下幾個方面：(1)特征建模使產(chǎn)品的設(shè)計工作不停留在底層的幾何信息基礎(chǔ)上，而是依據(jù)產(chǎn)品的功能要素，如鍵槽、螺紋孔、均布孔、花鍵等，起點在比較高的功能模型上。特征的引用不僅直接體現(xiàn)設(shè)計意圖，也直接對應(yīng)著加工方法，以便于進行計算機輔助工藝過程設(shè)計并組織生產(chǎn)。(2)特征建模以計算機能夠理解的和能夠處理的統(tǒng)一產(chǎn)品模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、夾具設(shè)計等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連接，使得產(chǎn)品設(shè)計與原來后CADCAPPCAM工程。(3)有利于實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造方法的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)范化，使得產(chǎn)品在設(shè)計時就考慮加工、制造要求，保證產(chǎn)品有較好的工藝性及可制造性，有利于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。答：根據(jù)CAD/CAM系統(tǒng)中執(zhí)行的任務(wù)及服務(wù)對象的不同，可將軟件系統(tǒng)分為三個層次，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件主要用于計算機的管理、維護、控制及運行，以及對計算機程序的翻譯和執(zhí)行。支撐軟件是CAD/CAM軟件系統(tǒng)的重要組成，也是各類應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件和支撐10.簡要說明圖形交互式自動編程的基本步驟和特點。答：基本步驟歸納起來可分為(1)幾何造型(2)加工工藝分析(3)刀具軌跡的計算及生成(4)刀位驗證及刀具軌跡的編輯(5)后置處理(6)數(shù)控程序的輸出圖形交互式自動編程的特點(1)將零件加工的幾何造型、刀位計算、圖形顯示和后置處理等作業(yè)過程結(jié)合在一起，有效地解決了編程的數(shù)據(jù)來源、圖形顯示、走刀模擬和交互修改問題，彌補了數(shù)控語言編程的不足。(2)編程過程是在計算機上直接面向零件的幾何圖形交互進行的，不需要用戶編制零件加工源程序，用戶界面友好、使用簡便、直觀、準(zhǔn)確、便于檢查；同時，不需要專用的編程機，便于普及推廣。(3)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(CAD)與數(shù)控加工編程(NCP)的集成，還便于與工藝過程設(shè)計(CAPP)、刀夾量具設(shè)計等其它生產(chǎn)過程的集成11CAD/CAM集成系統(tǒng)通常有哪些方法？(一)通過專用數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)集成利用這種方式實現(xiàn)集成時，各子系統(tǒng)都是在各自獨立的專用數(shù)據(jù)接口模式下工作。反之亦然。這種集成方式原理簡單，運行效率較高，但開發(fā)的專用數(shù)據(jù)接口無通用性，(二)利用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)格式接口文件實現(xiàn)集成這種集成方式的思路是建立一個與各子系統(tǒng)無關(guān)的公用接口文件。各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過前置處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的文件。這種集成方式的關(guān)鍵是建立公用的數(shù)(三)基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫的集成實現(xiàn)信息高度集成和共享的方案。集成產(chǎn)品模型是實現(xiàn)集成的核心，統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫是實現(xiàn)集成的基礎(chǔ)。各功能模塊通過公共數(shù)據(jù)庫及統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和共享，從而避免了數(shù)據(jù)文件格式的轉(zhuǎn)換，消除了數(shù)據(jù)冗余，保證了數(shù)據(jù)一致性、安全性和保密(四)基于特征面向并行工程的設(shè)計與制造集成方法面向并行工程的方法可使產(chǎn)品在設(shè)計階段就可進PPCPDC生產(chǎn)計劃控制／生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集)，并在整個過程中貫穿著質(zhì)量控制和價格控制，使集成達到更高的程度。每個子系統(tǒng)的修改可以通過對數(shù)據(jù)庫(包括特征庫、知識庫)修改而改變系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。它在設(shè)計產(chǎn)品的同時，同步地設(shè)計與產(chǎn)品生命周期有關(guān)的全部過程，包括設(shè)計、分析、制造、裝配、檢驗、維護等。設(shè)計人員都要在每一個設(shè)計階段同時考慮該設(shè)計結(jié)果能否在現(xiàn)有的制造環(huán)境中以最優(yōu)的方式制造，整個設(shè)計過程是一個并行的動態(tài)設(shè)計過程。這種基于并行工程的集成方法要求有特征庫、。些？答：逆向工程的核心包括了以下四個步驟：(1)零件原型的數(shù)字化(2)從測量數(shù)據(jù)中提取零件原型的幾何特征(3)零件原型CAD模型的構(gòu)建(4)CAD模型的檢驗與修正逆向工程大致作用在以下幾種情況： 型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的NC代碼，加工復(fù)制零件。(2)設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的零件模抽取零件原型的設(shè)計思想，指導(dǎo)新的設(shè)計。CAD／CAM軟件系統(tǒng)軟件是指與控制計算機運行，并使計算機發(fā)揮最大功效的計算機程序、數(shù)據(jù)及各種文檔。計算機程序是指算機硬件工作和工程計算的指令的集合，是軟件的主要內(nèi)容。相關(guān)的文檔是關(guān)于軟件程序的各種設(shè)計、了合格、齊全的文檔，軟件才能商品化。件水平的高低直接影響到CAD／CAM系統(tǒng)的功能、工作效率及使用的方便程度，軟件包含了管理和應(yīng)用計算機的全部技術(shù)。支撐軟件和應(yīng)用軟件。的集合，是連接用戶與計算機系統(tǒng)硬件的紐帶，起著擴充計算機功能和合理高度與運用計算機的作用，它們不是用戶的具體應(yīng)用程序，而是著眼于計算機資源的有效管理、用戶任務(wù)的有效完成以及操作的方便，供系統(tǒng)軟件具有兩個特點：(1)通用性：無論哪個應(yīng)用領(lǐng)域都要用到它，即多機通用和多用戶通用。(2)基礎(chǔ)性：各種支撐軟件及應(yīng)用軟件都需要在系統(tǒng)軟件支撐下運行，即系統(tǒng)軟件是支撐軟件和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件要借助于系統(tǒng)軟件編制與實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、編程語言、網(wǎng)絡(luò)通訊及其管理三大部分，其組成與主要作用如圖2.14所操作系統(tǒng)是計算機運行工作的基礎(chǔ)軟件，因而軟件資源和硬件資源，其主要功能是硬件資源管理(處理機使用與管理、存儲分配與管理等)、任務(wù)隊列管理、定時分時系統(tǒng)、硬件驅(qū)動程序、基本數(shù)學(xué)計算、錯誤診斷與糾正、日常事務(wù)管理、用戶界面管理和作業(yè)管理等。操作系統(tǒng)密切依賴計算機系統(tǒng)的硬件，用戶通過操作系統(tǒng)使用計算機，任何程序需經(jīng)操作系統(tǒng)分配必要的資源后才能執(zhí)行。操作系統(tǒng)按其提供的功能及工作方式的不同可分為單用戶、批處理、實時、分時、網(wǎng)絡(luò)和分布式操作系統(tǒng)六類。微機用的DOS是一種單用戶、單任務(wù)操作系統(tǒng)，而工作站上使用的UNIX系統(tǒng)和微機上廣泛使1用的Windows操作系統(tǒng),是多用戶分時操作系統(tǒng)，即計算機通過操作系統(tǒng)的控制，把相應(yīng)的時間分成若干時間片，使各用戶輪流占用CPU去執(zhí)行自己的程序。用戶以會話的方式工作，因此又稱為多用戶交互式操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)是較少有人工干預(yù)的監(jiān)控系統(tǒng)，其特點是事件驅(qū)動設(shè)計，要求以足夠快的速度、足夠高的可靠性完成對事件的處理，尤其是對信息的處理和過程的監(jiān)控。批處理操作系統(tǒng)是將要執(zhí)行的程統(tǒng)管理由多臺計算機組成的分布式的系統(tǒng)資源。編程語言計算機編程語言是用戶將所要完成的任務(wù)轉(zhuǎn)化為計算機所能識別并執(zhí)行的作業(yè)的基本工具。編程語言系統(tǒng)主要完成源程序編輯、庫函數(shù)及管理、語法檢查、代碼編譯、程序連接與執(zhí)行等工作。按照編程時對計算機硬件依賴程度不同，可分為低級語言和高級語宮，按照程序設(shè)計方法的不同，可分為結(jié)構(gòu)化編程語言和面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。一種與計算機硬件相關(guān)的符號指令，如Intel8088的匯編指令中有[MOVAx，100]，意思是將常數(shù)100送到寄存器AX中．屬低級語言，執(zhí)行速度快，能充分發(fā)揮硬件功能，常用來編制最底層的繪圖功能，如畫點、畫線等。高級語言是一種與自然語言比較接近的編程語言．所編程序與具體計算機無關(guān)，經(jīng)編譯及與有關(guān)序連3．網(wǎng)絡(luò)通訊及其管理軟件隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，大多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，用戶能共享網(wǎng)內(nèi)全部硬軟件資源，可以使工作小組共同進行某個產(chǎn)品的輔助設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)通訊及其管理軟件主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)資源管理、網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理、通訊瀏覽工具等內(nèi)容；為了使網(wǎng)絡(luò)中信息交換能正常有效地進行，一般部分層次規(guī)定了雙方通信的約定，稱為協(xié)議。為了規(guī)范計算機網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)1980年制定了開放系統(tǒng)互連模型(OSI)，現(xiàn)已作為廣泛承認(rèn)的一種計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。目的這種層次型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議已標(biāo)準(zhǔn)化，它分為七層，即應(yīng)用層、表達層、會話層、P支撐軟件是CAD/CAM軟件系統(tǒng)的重要組成部分，它不針對具體的應(yīng)用對象，而是為某一應(yīng)用領(lǐng)域的用2戶提供工具或開發(fā)環(huán)境．不同的支撐軟件依賴一定的操作系統(tǒng)，又是各類應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。通常，支撐軟件是由專門的軟件公司開發(fā)，可以從軟件市場上購買，用戶也可以自行開發(fā)。從功能上可將支撐軟件CADCAM單一綜合集成型：提供了設(shè)計、分析、造型、數(shù)控編程及加工控制等多種模塊，功能比較完備。三、應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是用用戶為解決策類實際問題而自行開發(fā)或委托開發(fā)的程序系統(tǒng)，它是在系統(tǒng)軟件和支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對某一專門應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制的軟件。具有很強的針對性和專用性．既可為一個用戶開發(fā)工作是關(guān)鍵，也是CAD/CAM工作者的主要任務(wù)。開發(fā)應(yīng)用軟件應(yīng)充分利用已有CAD/CAM支撐軟件的技術(shù)和二次開發(fā)功能，而不是從頭開始，這樣才能保證應(yīng)用技術(shù)的先進性和開發(fā)的高效性。應(yīng)用軟件的模塊化結(jié)構(gòu)不僅可以方便地調(diào)試和管理．而且也可以提高使用的柔性、可靠性和經(jīng)濟性。根據(jù)用戶的要求和配備支撐系統(tǒng)的不同，應(yīng)用軟件可分為：檢索與查詢軟件、專用計算與算法軟件、專用圖形生成軟件、專用數(shù)據(jù)庫、專用設(shè)備接口與控制程序(含專用設(shè)備驅(qū)動程序)、專用工具軟件等。需要說明的是，應(yīng)用于軟件和支撐軟件之間并沒有本質(zhì)的區(qū)別，當(dāng)某一行業(yè)的應(yīng)用軟件逐步商品化形成通用軟件產(chǎn)品時，它也可以稱為一種支撐軟件。3《CAD/CAM軟件應(yīng)用技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)二、教學(xué)對象：三年制中職教數(shù)控專業(yè)學(xué)生五、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉并掌握一種軟件的操作，能獨立運用軟件完成軸類零件的平面造型及中等復(fù)雜程度零件的三維造型。在具備金屬切削基本理論，機械制造工藝基本理論的基礎(chǔ)上，能根據(jù)工件材料、加工要求等各種具體情況，合理選擇刀具，確定切削用量等各種工藝參數(shù)，會后置處理、生成數(shù)控●能進行軸類零件的平面造型及中等復(fù)雜程度零件的三維造型?！衲芎侠磉x擇加工工藝參數(shù)，建立二維輪廓車削刀具路徑并生成加工程序?！衲芎侠磉x擇加工工藝參數(shù)，建立三維輪廓銑削刀具路徑并生成加工程序。六、設(shè)計思路本課程是以零件項目為導(dǎo)向，通過工作過程的引領(lǐng)，學(xué)生集中上機操作，教師輔導(dǎo)相結(jié)合，共同完成七、內(nèi)容綱要教學(xué)目標(biāo)最終目標(biāo)：能完成軸套類零件的建模。成軸套類零件二維建模ADCAM(一)工作任務(wù)1．能熟悉軟件的常用操作(二)相關(guān)實踐知識1．各個按紐命令的認(rèn)識2．常用命令的使用方法3．常用命令的快捷鍵(一)工作任務(wù)(二)相關(guān)實踐知識1．直線、圓、圓弧命令的使用2．線的裁減編輯件二維造型(一)工作任務(wù)1．能進行軸套類零件的三維建模(二)相關(guān)實踐知識2．項目零件二3．項目零件三四教學(xué)目標(biāo)最終目標(biāo)：能完成車削刀具路徑并生成加工程序。1．能完成外圓加工并生成加工程序2．能完成內(nèi)孔加工并生成加工程序3．能完成外圓槽加工并生成加工程序4．能完成端面槽加工并生成加工程序5．能完成螺紋加工并生成加工程序(一)工作任務(wù)1．能完成外圓加工并生成加工程序(二)相關(guān)實踐知識1．外圓刀具的設(shè)置與后置處理2．刀具路徑的建立與程序生成(一)工作任務(wù)1．能完成內(nèi)孔加工并生成加工程序(二)相關(guān)實踐知識1．內(nèi)孔刀具的設(shè)置與后置處理2．刀具路徑的建立與程序生成(一)工作任務(wù)1．能完成外圓槽加工并生成加工程序(二)相關(guān)實踐知識1．槽刀刀具的設(shè)置與后置處理2．刀具路徑的建立與程序生成(一)工作任務(wù)1．能完成端面槽加工并生成加工程序(二)相關(guān)實踐知識1．槽刀刀具的設(shè)置與后置處理2．刀具路徑的建立與程序生成(一)工作任務(wù)1．能完成螺紋工并生成加工程序(二)相關(guān)實踐知識1．螺紋刀具的設(shè)置與后置處理2．刀具路徑的建立與程序生成教學(xué)目標(biāo)最終目標(biāo)：能完成軸套類零件的三維建模。1．能新建、打開、保存、關(guān)閉文件2．能熟練進行草圖繪制3．能熟練進行視圖操作4．能完成盤類零件三維建模ADCAM(一)工作任務(wù)1．能熟悉軟件的常用操作(二)相關(guān)實踐知識1．各個按紐命令的認(rèn)識2．常用命令的使用方法3．常用命令的快捷鍵(一)工作任務(wù)(二)相關(guān)實踐知識1．直線、圓、圓弧命令的使用2．線面的裁減編輯3．尺寸約束，幾何約束的使用CAD/CAM軟件的視圖操作(一)工作任務(wù)(二)相關(guān)實踐知識1．刷新、更新與恢復(fù)視圖2．移動、縮放與旋轉(zhuǎn)視圖3．著色視圖與線框視圖件實體造型(一)工作任務(wù)1．能進行軸套類零件的三維建模(二)相關(guān)實踐知識造型2．拉伸減料造型3．旋轉(zhuǎn)增料造型4．旋轉(zhuǎn)減料造型(一)工作任務(wù)1．能進行簡單零件的曲面造型(二)相關(guān)實踐知識面2．構(gòu)造旋轉(zhuǎn)面3．構(gòu)造掃描面模塊6曲面編輯(一)工作任務(wù)1．能進行曲面的簡單編輯(二)相關(guān)實踐知識1．曲面裁減、過渡2．曲面拼接、縫合項目4銑削加工及自動編程22課時教學(xué)目標(biāo)能掌