福建工程學(xué)院第一章-CAD-CAM技術(shù)概述

CAD/CAM技術(shù)的根本概念CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能CAD/CAE/CAM技術(shù)在材料成形中的應(yīng)用第一章CAD/CAM技術(shù)概論

0§1-1CAD/CAM的根本概念一、現(xiàn)代制造業(yè)的主要特征上海通用車身焊接車間1.更高的效率1§1-1CAD/CAM的根本概念一、現(xiàn)代制造業(yè)的主要特征微型齒輪2.更精密的加工2§1-1CAD/CAM的根本概念傳統(tǒng)制造概念現(xiàn)代制造概念一、現(xiàn)代制造業(yè)的主要特征3.更長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈3二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念4二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念初步設(shè)計(jì)工程分析生產(chǎn)準(zhǔn)備詳細(xì)設(shè)計(jì)制圖工藝設(shè)計(jì)NC編程制造加工裝配檢驗(yàn)產(chǎn)品機(jī)器人編程CAPPCAM狹義CAD/CAM廣義CAD廣義CAM廣義CAD/CAMCAECADCAD5二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念6二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念對(duì)CAD概念的誤解7二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念8二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念產(chǎn)品模型的唯一性得到保證—唯一CAM直接到CAD信息進(jìn)行加工—直接圖形化交互應(yīng)用—直觀系統(tǒng)緊湊，在表示方法上冗余小—緊湊91.初始準(zhǔn)備階段(20世紀(jì)50年代)2.研制試驗(yàn)階段(20世紀(jì)60年代至70年代)3.技術(shù)商品化階段(20世紀(jì)70年代末至80年代中期)4.高速開(kāi)展階段(20世紀(jì)80年代中期至90年代初期)5.全面普及階段(20世紀(jì)90年代至今)一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展101.初始準(zhǔn)備階段1950年，在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的旋風(fēng)Ⅰ號(hào)(WhirlwindⅠ)計(jì)算機(jī)上配置了第一臺(tái)圖形顯示器。1958年美國(guó)Calcomp公司研制了滾筒式繪圖儀，GerBer公司研制了平板繪圖儀。

1959年12月，在MIT召開(kāi)的CAD規(guī)劃會(huì)議上，明確提出了CAD的概念。一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展112.研制試驗(yàn)階段1960年，美國(guó)MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的博士研究生IvanSutherland發(fā)表的博士論文“Sketchpad——人機(jī)交互的圖形系統(tǒng)〞。1964年秋IBM公司著手開(kāi)發(fā)交互圖形終端的第一代產(chǎn)品IBM2250。從60年代末起，出現(xiàn)最早的CAD/CAM系統(tǒng)(DAC-I汽車計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)、CADAM、CADD)。一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展123.技術(shù)商品化階段1977年，法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司成立的一個(gè)開(kāi)發(fā)部門，開(kāi)發(fā)出了三維曲面造型系統(tǒng)CATIA。1979年，SDRC公司推出了世界上第一個(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件I-DEAS。這一階段的CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)三維線框系統(tǒng)及二維繪圖系統(tǒng)到三維實(shí)體造型、自由曲面設(shè)計(jì)、有限元分析、機(jī)構(gòu)及機(jī)器人分析和仿真的集成應(yīng)用。一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展134.高速開(kāi)展階段1982年4月，JohnWalker創(chuàng)立了Autodesk公司，Autodesk公司是CAD開(kāi)展史上的一個(gè)成功經(jīng)典。1985年，KeithBentley成立了BentleySystems公司，開(kāi)發(fā)了基于PC的CAD系統(tǒng)MicroStation。同年，MicroControl公司成立，推出第一個(gè)基于PC的三維CAD產(chǎn)品Cadkey。1985年，PTC公司成立，開(kāi)始研制參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件Pro/ENGINEER。一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展145.全面普及階段到1997年，全球CAD/CAM市場(chǎng)前5位的排名是：PTC、DassaultSystemes、EDS/Unigraphics、SDRC和Autodesk。如今，國(guó)際上面向制造業(yè)的CAD產(chǎn)品已經(jīng)被兼并成四大譜系：IBM/Dassault、EDS/Unigraphics、PTC和Autodesk。一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展15我國(guó)CAD技術(shù)開(kāi)展相對(duì)于CAD技術(shù)在世界范圍內(nèi)的蓬勃開(kāi)展，國(guó)內(nèi)研究起步較晚。20世紀(jì)70年代初，企業(yè)和高校聯(lián)合開(kāi)始研究計(jì)算幾何的數(shù)學(xué)理論、工程圖的繪制方法及布局、布線的算法?！鞍宋濞暺陂g，全國(guó)重點(diǎn)工科院校根本上進(jìn)行了CAD的根底教育“九五〞期間，“甩圖板〞工程啟動(dòng)，讓眾多的中國(guó)企業(yè)認(rèn)識(shí)到了使用CAD的必要性“十五〞期間，制訂了“用信息化帶開(kāi)工業(yè)自動(dòng)化〞的指導(dǎo)方針，提倡大力開(kāi)展CAD/CAE/CAM的集成技術(shù)“十一五〞期間，重點(diǎn)是信息化、正版化工作一、CAD技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展161.CAE的起源 CAE的理論根底起源于20世紀(jì)40年代。1943年數(shù)學(xué)家Courant第一次嘗試用定義在三角形區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)的最小位能原理來(lái)求解St.Venant扭轉(zhuǎn)問(wèn)題，提出了有限元的概念。1963～1964年Besseling、Melos和Jones等人證明了有限元法是基于變分原理的里茲法的另一種形式，確認(rèn)了有限元法是處理連續(xù)介質(zhì)問(wèn)題的一種普遍方法。近20年來(lái)，有限元法的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已由簡(jiǎn)單的彈性力學(xué)的平面問(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和波動(dòng)問(wèn)題。二、CAE技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展172.CAE的開(kāi)展20世紀(jì)60年代，世界三大CAE軟件公司MSC、SDRC和ANSYS先后成立，并開(kāi)始研發(fā)大型通用CAE軟件。20世紀(jì)70～80年代是CAE技術(shù)的蓬勃開(kāi)展時(shí)期，這一期間許多CAE軟件公司相繼成立(MARC、MDI、CSAR、ADIND)20世紀(jì)90年代是CAE技術(shù)的成熟壯大時(shí)期。CAD技術(shù)的開(kāi)展為CAE的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的根底。同時(shí)，CAE軟件也在積極擴(kuò)展本身的功能。二、CAE技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展181.數(shù)控機(jī)床的誕生 1952年研制成功第一臺(tái)數(shù)控銑床2數(shù)控編程的自動(dòng)化 1955年，實(shí)現(xiàn)用APT語(yǔ)言完成自動(dòng)數(shù)控編程3.集中加工的實(shí)現(xiàn) 1958年，研制成功鏜銑加工中心4.機(jī)器人的出現(xiàn) 1962年，誕生第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人〔用于物流搬運(yùn)〕5.柔性制造系統(tǒng)的研制 1967年，建造第一條計(jì)算機(jī)集中控制的自動(dòng)化制造系統(tǒng)〔FMS〕6.圖形編程系統(tǒng)的應(yīng)用 1970年代后期，出現(xiàn)交互式圖形編程系統(tǒng)三、CAM技術(shù)的開(kāi)展§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展19四、CAD/CAE/CAM技術(shù)的集成§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展隨著CAD、CAE、CAM技術(shù)的飛速開(kāi)展，CAD、CAE、CAM技術(shù)的集成成為必然開(kāi)展趨勢(shì)。西方興旺國(guó)家一直處于領(lǐng)跑地位。UG、Pro/ENGINEER、CADDS、C-Mold、DEFORM、MF、Euclid-IS及MAGMASOFT等都已商品化，得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)也有一批從事CAD/CAE/CAM集成技術(shù)研究和應(yīng)用的科技人才。CAXA系統(tǒng)、注塑模HSC系統(tǒng)及CAE軟件、冷沖模CAD系統(tǒng)等等，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)、三維造型、成形工藝分析與模具設(shè)計(jì)、NC編程等全方位的技術(shù)支持。20標(biāo)準(zhǔn)化〔跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換〕網(wǎng)絡(luò)化〔實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟制造體系〕開(kāi)放性〔提供二次開(kāi)發(fā)接口〕集成化〔強(qiáng)調(diào)信息、技術(shù)、管理的集成〕可視化〔融文字、語(yǔ)音、圖像、動(dòng)畫(huà)于一體〕綠色化〔對(duì)產(chǎn)品全生命周期的管理〕五、CAD/CAE/CAM技術(shù)展望§1-2CAD/CAE/CAM技術(shù)的開(kāi)展21一、CAD系統(tǒng)功能§1-3CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能1．造型功能用數(shù)字化圖形信息表達(dá)設(shè)計(jì)方案。2．優(yōu)化功能CAD是輔助設(shè)計(jì)，不只是輔助繪圖，可利用系統(tǒng)進(jìn)行分析，到達(dá)最優(yōu)效果。3．綜合評(píng)價(jià)功能便于觀察產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和信息，以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。4．信息交換功能CAD與CAD之間數(shù)據(jù)交換，CAD與CAE、CAM系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。221.建模依靠外部CAD系統(tǒng)建模在CAE系統(tǒng)內(nèi)建模2.工程分析有限元分析

機(jī)構(gòu)分析公差分析3.模擬仿真二、CAE系統(tǒng)功能§1-3CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能23目錄返回PDM數(shù)控編程集成管理CAQCCAPP過(guò)程控制CAM功能三、CAM系統(tǒng)功能§1-3CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能24四、CAD/CAM系統(tǒng)的工作流程作業(yè)方案〔物料采購(gòu)方案、制造資源添置方案、生產(chǎn)加工方案等〕檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能要求方案設(shè)計(jì)NC編程加工工藝設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)工程分析建立產(chǎn)品模型評(píng)價(jià)能力綜合平衡工程數(shù)據(jù)庫(kù)刀具庫(kù)切削用量庫(kù)參數(shù)化圖庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)全局與局部數(shù)據(jù)管理其它NC代碼零部件庫(kù)工藝庫(kù)庫(kù)存管理庫(kù)制造資源庫(kù)制造知識(shí)與規(guī)劃庫(kù)方案設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)幾何造型系統(tǒng)有限元分析系統(tǒng)二維交互圖形系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)控編程系統(tǒng)設(shè)備控制質(zhì)量控制進(jìn)度控制本錢控制修改NYNY生產(chǎn)運(yùn)行控制§1-3CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的功能25§1-4CAD/CAE/CAM技術(shù)在材料成形中的應(yīng)用鑄造焊接鍛造沖壓注塑材料成型…CAD技術(shù)應(yīng)用：三維工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、二次開(kāi)發(fā)專用設(shè)計(jì)系統(tǒng)。CAE技術(shù)應(yīng)用：成型過(guò)程數(shù)值模擬、溫度場(chǎng)分析、應(yīng)力分析等。CAM技術(shù)應(yīng)用：