先進制造技術課件 第3章計算機輔助設計與制造技術

先進制造技術第3章計算機輔助設計與制造技術3.13.23.3計算機輔助設計（CAD）技術計算機輔助工藝過程設計（CAPP）計算機輔助制造（CAM）技術CONTENTS目錄3.4CAD/CAM集成技術3.1計算機輔助設計（CAD）技術輔助設計技術（CAD）3.1.1CAD的基本功能CAD計算機輔助設計（ComputerAidedDesign,CAD）是指工程技術人員以計算機為工具，用各自的專業(yè)知識，對產(chǎn)品進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱。1現(xiàn)代設計技術2先進制造工藝5先進制造生產(chǎn)模式及系統(tǒng)功能研究對象4現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術3加工自動化技術輔助設計技術（CAD）圖3-1CAD設計3.1.1CAD的基本功能輔助設計技術（CAD）1.CAD系統(tǒng)的軟件類型1)系統(tǒng)軟件（與硬件的操作系統(tǒng)環(huán)境相關）2)支撐軟件（指各種工具軟件）3)應用軟件（指以支撐軟件為基礎的各種面向工程應用軟件）3.1.2CAD系統(tǒng)的類型圖3-3CAD軟件的層次結構輔助設計技術（CAD）3.1.2CAD系統(tǒng)的類型CAD系統(tǒng)常以其硬件（計算機、外圍設備、網(wǎng)絡等）組成分類：CAD系統(tǒng)可分為大中型機系統(tǒng)、小型機系統(tǒng)、工作站和微型機系統(tǒng)。根據(jù)主機和工作站之間的配置情況，CAD系統(tǒng)可分為:獨立配置系統(tǒng)、集中式系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)。2.CAD系統(tǒng)的配置類型3.1.3幾何建模技術1.幾何建模過程計算機輔助繪圖：指利用計算機和相應的圖形軟件輔助設計人員繪制二維工程圖。計算機輔助繪圖有以下4種方法：1）人機交互方式繪圖；2）參數(shù)化繪圖；3）利用圖形庫輔助繪圖；4）利用實體造型繪圖。輔助設計技術（CAD）3.1.3幾何建模技術1.幾何建模過程建模：對于現(xiàn)實世界中的物體，從人們的想象出發(fā)，到完成它的計算機內(nèi)部表示的這一過程。幾何建模：對產(chǎn)品形狀信息的處理表達。幾何建模方法：即物體的描述和表達是建立在幾何信息和拓撲信息處理基礎上的。輔助設計技術（CAD）3.1.3幾何建模技術2.幾何建模方法模型可以是2維、2.5維、3維模型可將三維幾何建模分為三種類型：1）線框（線素）幾何模型2）表面（面素）幾何模型3）實體幾何模型3.1.4三維實體造型方法輔助設計技術（CAD）特征造型（FeatureModelling）：基于產(chǎn)品定義的一種新的造型技術，與實體造型相比，它不僅包含了物體的幾何信息與拓撲信息，還包含了物體與制造工藝相關的信息。特征（Feature）：具有一定工程意義的幾何形面或幾何形體。三維實體造型方法的主要內(nèi)容是特征建模。常用的特征信息：1）形狀特征；2）精度特征；3）技術特征；4）材料特征；5）裝配特征。按幾何形狀的構造特點可分為：通道、凹陷、凸起、過渡、面域，變形。按特征在設計中所起的作用可分為：1）基本類；2）附加類；3）交特征類；4）總體形狀類；5）宏類。輔助設計技術（CAD）1）其著眼于更好地表達產(chǎn)品完整的技術和生產(chǎn)管理信息，為了建立產(chǎn)品的集中信息服務。2）設計人員的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素。3）它能更好的將產(chǎn)品的設計意圖貫徹到各個后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時得到反饋意見。特征造型具有如下特點：3.1.4三維實體造型方法3.2計算機輔助工藝過程設計（CAPP）3.2.1CAPP系統(tǒng)的功能及結構組成1.CAPP系統(tǒng)的功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：是應用計算機快速處理信息功能和具有各種決策功能的軟件來自動生成工藝文件的過程。CAPP系統(tǒng)的功能：輸入設計信息；選擇工藝路線；決定工序、機床、刀具；決定切削用量；估算工時與成本；輸出工藝文件和刀具軌跡文件等。輔助工藝過程設計（CAPP）3.2.1CAPP系統(tǒng)的功能及結構組成2.CAPP系統(tǒng)的結構組成輔助工藝過程設計（CAPP）CAPP系統(tǒng)的五大組成模塊：零件信息獲取、工藝決策、工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫、人機界面和工藝文件管理/輸出。零件信息庫工藝決策工藝文件管理與輸出零件信息獲取CAD系統(tǒng)人機交互界面工藝數(shù)據(jù)庫知識庫工藝文件庫3.3計算機輔助制造（CAM）技術3.3.1CAM的功能1.直接應用功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：計算機通過接口直接與物流系統(tǒng)連接，用以控制、監(jiān)視、協(xié)調(diào)物流過程，它包括物流運行控制、生產(chǎn)控制和質(zhì)量控制。

物流運行控制是根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃的生產(chǎn)進度信息控制物料的流動。輸入設計信息；選擇工藝路線；決定工序、機床、刀具；決定切削用量；估算工時與成本；輸出工藝文件和刀具軌跡文件等。

生產(chǎn)控制是指在生產(chǎn)過程中，隨時收集和記錄物流的數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)偏離作業(yè)計劃時，即予以協(xié)調(diào)和控制。質(zhì)量控制是指通過現(xiàn)場檢測隨時記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)偏離或即將偏離預質(zhì)量指標時，向工序作業(yè)級發(fā)出命令，予以校正。輔助制造技術（CAM）3.3.1CAM的功能2.間接應用功能CAPP其本質(zhì)是用計算機模擬人工編制工藝規(guī)程的方法編制文件。計算機輔助數(shù)控程序編制是指根據(jù)CAPP所指定的工藝路線和所選定的數(shù)控機床，用計算機編制數(shù)控機床的加工程序。計算機輔助工裝設計包括夾具、刀具的設計與制造，這也是工藝準備工作中的重要內(nèi)容。計算機輔助編制作業(yè)計劃是指當生產(chǎn)計劃確定了在規(guī)定期內(nèi)應生產(chǎn)的零件品種、數(shù)量、和時間之后，用計算機根據(jù)數(shù)據(jù)庫中人員、設備、資源的情況以及生產(chǎn)計劃和工藝設計的數(shù)據(jù)，編制出詳細的生產(chǎn)計劃。輔助制造技術（CAM）3.3.2機床數(shù)控技術

（1）機床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理CNC機床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、PLC、進給伺服驅動裝置、主軸伺服驅動裝置、輸入輸出接口，以及機床控制面板和人機界面等部分組成。1.機床數(shù)控系統(tǒng)（2）數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構1）單CPU結構。2）多CPU結構。3）基于PC微機的CNC系統(tǒng)。輔助制造技術（CAM）3.3.2機床數(shù)控技術

1.機床數(shù)控系統(tǒng)（3）數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成

CNC系統(tǒng)的軟件結構由一個主控模塊與若干功能模塊組成。

主控模塊為用戶提供一個友好的系統(tǒng)操作界面，在此界面下系統(tǒng)的各種功能模塊以菜單的形式被調(diào)用。主控模塊非實時管理類模塊實時控制類模塊參數(shù)輸入程序編輯系統(tǒng)設置顯示處理系統(tǒng)診斷系統(tǒng)通信PLC邏輯控制程序譯碼刀具補償速度處理運動插補數(shù)據(jù)采集伺服驅動輔助制造技術（CAM）3.3.2機床數(shù)控技術

2.數(shù)控加工編程技術（1）數(shù)控加工編程的一般步驟1）工藝處理2）數(shù)值計算3）編制零件加工程序單4）輸入數(shù)控程序5）程序校驗（2）計算機輔助數(shù)控加工編程1）數(shù)控語言自動編程2）CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程（3）數(shù)控編程系統(tǒng)的進展1）面向車間的編程2）數(shù)字化掃描編程輔助制造技術（CAM）3.3.2機床數(shù)控技術

2.數(shù)控加工編程技術輔助制造技術（CAM）3.3.2機床數(shù)控技術

3.機床數(shù)控技術發(fā)展趨勢（1）性能發(fā)展方面1）高速高精高效化2）柔性化3）工藝復合化和多軸化4）實時智能化（2）功能發(fā)展方面1）用戶界面圖象化2）科學計算可視化3）插補和補償方式多樣化4）內(nèi)置高性能5）多媒體技術應用（3）體系結構的發(fā)展1）集成化2）模塊化3）網(wǎng)絡化4）開發(fā)式病患控制模式輔助制造技術（CAM）3.4CAD/CAM集成技術3.4.1CAD/CAM集成技術的產(chǎn)生與發(fā)展CAD/CAM(ComputerAidedDesign／ComputerAidedManufacturing)，即計算機輔助設計與計算機輔助制造，是一門基于計算機技術而發(fā)展起來的、與機械設計和制造技術相互滲透相互結合的、多學科綜合性的技術，應用場合：在電子、機械、航空、航天、輕工等領域得到了廣泛的應用。CAD技術與CAM、CAE等技術的集成形成了廣義的CAD/CAM系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)的構建實現(xiàn)了信息集成和功能集成，CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）則是更高層次的集成。（CAD/CAM）集成技術3.4.2CAD/CAM系統(tǒng)集成方式1.CAD/CAM的基本概念CAD：指工程技術人員在人和計算機組成的系統(tǒng)中，以計算機為輔助工具，通過計算機和CAD軟件對設計產(chǎn)品進行分析、計算、仿真、優(yōu)化與繪圖。CAD的功能：即幾何建模、工程分析、動態(tài)模擬和自動繪圖。CAM：指應用電子計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。狹義CAM：指在制造過程中的某個環(huán)節(jié)應用到計算機輔助技術（即數(shù)控加工）。廣義CAM：利用計算機進行零件的工藝規(guī)劃、數(shù)控程序編制、加工過程仿真等。CAD/CAM系統(tǒng)：把計算機輔助設計和計算機輔助制造集成在一起。CAD/CAE/CAM系統(tǒng)：把計算機輔助設計、計算機輔助制造和計算機輔助工程集成在一起。（CAD/CAM）集成技術3.4.3CAD/CAM系統(tǒng)集成的關鍵技術2.CAD/CAM系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)包括計算機和外部設備，軟件系統(tǒng)則由系統(tǒng)軟件、應用軟件、專業(yè)軟件組成。3.4.2CAD/CAM系統(tǒng)集成方式

CAD/CAM系統(tǒng)的集成就是按照產(chǎn)品設計和制造的實際進程，在計算機內(nèi)實現(xiàn)各應用程序所需的信息處理和交換，形成連續(xù)的、協(xié)調(diào)的和科學的信息流。（CAD/CAM）集成技術1.產(chǎn)品建模技術一個完善的產(chǎn)品設計模型是CAD/CAM系統(tǒng)進行信息集成的基礎，也是CAD/CAM系統(tǒng)中共享數(shù)據(jù)的核心。2.集成數(shù)據(jù)管理技術CAD/CAM系統(tǒng)應建立能處理復雜數(shù)據(jù)的工程數(shù)據(jù)處理環(huán)境，避免數(shù)據(jù)文件和格式的轉