CADCAM電子教案【高等院校機(jī)械工程專業(yè)】

1、計算機(jī)輔助設(shè)計與制造教案講課：范青81目 錄第一章 概述1第一節(jié) cad/cam的基本概念2第二節(jié) cad/cam的發(fā)展歷史3第三節(jié) cad/cam的發(fā)展趨勢4第四節(jié) 我國cad/cam的發(fā)展?fàn)顩r6思考題7第二章 cad/cam系統(tǒng)8第一節(jié) cad/cam系統(tǒng)的基本組成與分類9第二節(jié) cad/cam系統(tǒng)的典型硬件11第二節(jié) cad/cam系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)12思考題13第三章 計算機(jī)輔助圖形處理14第一節(jié) 圖形的幾何變換15第二節(jié) 圖形的消隱技術(shù)17第三節(jié) 圖形的裁剪技術(shù)19第四節(jié) 圖形的生成方法21思考題23第四章 cad/cam建模技術(shù)24第一節(jié) 建模的基本概念與要求24第二節(jié) 線框建模25第

2、三節(jié) 曲面建模28第四節(jié) 實體建模30第五節(jié) 特征建模31思考題34第五章 計算機(jī)輔助工程分析35第一節(jié) 概述36第二節(jié) 有限元法37第三節(jié) 優(yōu)化設(shè)計38第四節(jié) 仿真技術(shù)39思考題41第六章 計算機(jī)輔助工藝設(shè)計42第一節(jié) capp概述43第二節(jié) capp中零件信息的描述和輸入46第三節(jié) capp的類型47思考題49第七章 數(shù)控編程和仿真50第一節(jié) 概述51第二節(jié) atp語言編程技術(shù)54第三節(jié) 圖形交互式自動編程技術(shù)57第四節(jié) mastercam數(shù)控加工編程59第五節(jié) 數(shù)控加工仿真61思考題63第八章 計算機(jī)輔助質(zhì)量系統(tǒng)技術(shù)64第一節(jié) 概述65第二節(jié) 計算機(jī)輔助質(zhì)量系統(tǒng)66第九章 計算機(jī)輔助生產(chǎn)

3、管理與運行控制67第一節(jié) 概述68第二節(jié) 物料需求計劃管理70第三節(jié) 企業(yè)資源計劃簡介73第十章 cad/cam技術(shù)的新發(fā)展74第一節(jié) cad/cam集成系統(tǒng)75第二節(jié) 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）簡介77第三節(jié) 并行工程、智能化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)78第一章 概述學(xué)習(xí)目標(biāo)： 概括了解cad/cam技術(shù)的產(chǎn)生發(fā)展；通過對傳統(tǒng)的設(shè)計制造過程的分析，理解cad/cam系統(tǒng)的基本功能和工作過程；掌握cad/cam的基本概念；了解cad/cam技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)重點：cad/cam的概念 學(xué)習(xí)建議: 復(fù)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)課程中有關(guān)設(shè)計制造分析內(nèi)容； 廣泛查閱有關(guān)cad/cam技術(shù)的文獻(xiàn)資

4、料； 調(diào)研一個企業(yè)應(yīng)用cad/cam技術(shù)的基本情況。 第一節(jié) cad/cam的基本概念計算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，實現(xiàn)了將人類從腦力勞動解放出來的愿望。早在三四十年前，計算機(jī)就已作為重要的工具，輔助人類承擔(dān)一些單調(diào)、重復(fù)的勞動，如輔助數(shù)控編程、工程圖樣繪制等。在此基礎(chǔ)上逐漸出現(xiàn)了計算機(jī)輔助設(shè)計（cad）、計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計（capp）及計算機(jī)輔助制造（cam）等概念。計算機(jī)輔助設(shè)計（computer aided design，cad) 指工程技術(shù)人員以計算機(jī)為輔助工具來完成產(chǎn)品設(shè)計過程中的各項工作，如草圖繪制、零件設(shè)計、裝配設(shè)計、工程分析等，并達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本的

5、目的。計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計（computer aided process planning, capp) 指在工藝人員借助于計算機(jī)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計階段給出的信息和產(chǎn)品制造工藝要求，交互地或自動地確定產(chǎn)品加工方法和方案，如加工方法選擇、工藝路線確定、工序設(shè)計等。計算機(jī)輔助制造（computer aided manufacturing，cam) 計算機(jī)輔助制造有廣義和狹義兩種定義。廣義cam是指借助計算機(jī)來完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造出來的過程中的各項活動，包括工藝過程設(shè)計（capp)、工裝設(shè)計、計算機(jī)輔助數(shù)控加工編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、制造過程控制、質(zhì)量檢測與分析等。狹義cam通常是指nc程序編制，包括

6、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。第二節(jié) cad/cam的發(fā)展歷史 cad/cam技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了形成、發(fā)展、提高和集成等階段。cad的發(fā)展 準(zhǔn)備和醞釀時期（20世紀(jì)5060年代初） 蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用時期（20世紀(jì)6070年代） 突飛猛進(jìn)的時期(20世紀(jì)80年代) 開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時期(21世紀(jì)初) cam技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)70年代后期，幾何造型技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和數(shù)控編程后置處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了交互式圖形編程系統(tǒng)，為cad/cam集成奠定了基礎(chǔ)。capp技術(shù)的發(fā)展目前，capp系統(tǒng)主要應(yīng)用于零件的機(jī)械加工方面，但已逐漸向其它工藝領(lǐng)

7、域擴(kuò)展，如熱處理、鍛造、沖壓和裝配等，應(yīng)用前景是廣闊的。第三節(jié) cad/cam的發(fā)展趨勢一、設(shè)計制造過程分析深入研究各個階段的主要任務(wù)，可將設(shè)計劃分為： 功能設(shè)計： 確定產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。 布局設(shè)計： 完成技術(shù)實體部分（零部件）的排列組合。 參數(shù)設(shè)計： 定義零部件的幾何形狀及尺寸參數(shù)。 公差設(shè)計： 制定形狀、位置及尺寸精度。二、cad/cam系統(tǒng)的工作過程三、cad/cam系統(tǒng)的基本功能 圖形顯示功能 輸入輸出功能 存儲功能 交互功能（即人機(jī)接口）四、cad/cam系統(tǒng)的主要任務(wù) 幾何造型 計算分析 工程繪圖 結(jié)構(gòu)分析 優(yōu)化設(shè)計 計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計（capp） nc自動編程 模

8、擬仿真 工程數(shù)據(jù)管理與信息傳輸與交換 第四節(jié) 我國cad/cam的發(fā)展?fàn)顩r隨時間的推移和科技的迅猛發(fā)展。這里主要講解有關(guān)cad/cam技術(shù)應(yīng)用的可能性、必要性和迫切性。據(jù)統(tǒng)計，機(jī)械制造領(lǐng)域的設(shè)計工作有56%屬于適應(yīng)性設(shè)計，20%屬于參數(shù)化設(shè)計，只有24%屬于創(chuàng)新設(shè)計。某些標(biāo)準(zhǔn)化程度高的領(lǐng)域，參數(shù)化設(shè)計達(dá)到50%左右。上述數(shù)據(jù)說明，工程技術(shù)人員的大部分時間和精力是消耗在重復(fù)性工作或局部小修小改之中了，不可能有充沛精力去從事創(chuàng)造性勞動，也不會有足夠的時間去學(xué)習(xí)掌握新知識和新技能，久而久之，人的創(chuàng)造性思維能力也會隨著日復(fù)一日、年復(fù)一年的重復(fù)、繁瑣的勞動而萎縮。尤其在市場競爭劇烈的條件下，很難適應(yīng)發(fā)展

9、的需要。因此，使設(shè)計方法及設(shè)計手段科學(xué)化、系統(tǒng)化、現(xiàn)代化，實現(xiàn)cad是非常必要的。 編制工藝規(guī)程是設(shè)計、制造過程中生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要環(huán)節(jié)，過去一直是工藝人員手工完成，不僅效率低，而且依附于人的技能和經(jīng)驗，很難獲得最佳方案。同時，與產(chǎn)品設(shè)計一樣，也存在著繁瑣而重復(fù)的密集型勞動束縛工藝人員、難以從事創(chuàng)造性開拓工作的問題。因此，迫切需要capp技術(shù)。 再考察制造階段的生產(chǎn)狀況。從機(jī)械制造行業(yè)來看，50件以下的小批量生產(chǎn)約占75%。據(jù)統(tǒng)計，一個零件在車間的平均停留時間中，只有5%的時間是在機(jī)床上，而在這個5%的時間中，又只有30%的時間用于切削加工。由此可見，零件在機(jī)床上的切削時間只占零件在車間停

10、留時間的1.5%。要提高零件的加工效率、改善經(jīng)濟(jì)性，就要減少零件在車間的流通時間和在機(jī)床上裝卸、調(diào)整、測量、等待切削的時間。而做到這一點必須綜合考慮生產(chǎn)的管理、調(diào)度、零件的傳送和裝卸方法等多方面因素。這需要通過計算機(jī)輔助人們作全面安排，控制加工過程。 上述設(shè)計、制造過程分析說明了cad/cam技術(shù)應(yīng)用的可能性、必要性和迫切性。思考題1. 簡述cad/cam的基本概念。 2. 簡述cad/cam發(fā)展經(jīng)歷的階段。 3. 簡述cad/cam系統(tǒng)的基本功能。 4. 簡述cad/cam系統(tǒng)的工作過程。 5. 與傳統(tǒng)設(shè)計制造方法相比，說明cad/cam的工作特點。 6. 試分析采用cad/cam技術(shù)的優(yōu)越

11、性。 7. 簡述制造環(huán)境變化的新特點。 第二章 cad/cam系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo): 在了解了cad/cam系統(tǒng)工作過程之后，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基本組成；了解硬件的類型、配置形式和軟件種類、功能；掌握cad/cam系統(tǒng)的選用原則。通過本知識點的學(xué)習(xí)，能夠為一個具體部門（企業(yè)或公司），根據(jù)工作性質(zhì)配置一個相對完整的cad/cam 系統(tǒng)。學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)重點：cad/cam系統(tǒng)的組成與分類；cad/cam系統(tǒng)選用原則。學(xué)習(xí)建議: 參閱流行的電腦類報紙或雜志，了解市面軟、硬件行情和相關(guān)技術(shù)發(fā)展動態(tài)； 積極參觀各種計算機(jī)應(yīng)用方面的展覽，開闊眼界。第一節(jié) cad/cam系統(tǒng)的基本組成與分類cad/cam系統(tǒng)的基本組成基本

12、組成 所謂系統(tǒng),是指為完成特定任務(wù)而由相關(guān)部件或要素組成的有機(jī)的整體。一個完整的cad/cam系統(tǒng)必須具備硬件系統(tǒng), 軟件系統(tǒng)。 一個cad/cam系統(tǒng)是由計算機(jī)、外圍設(shè)備及附加生產(chǎn)設(shè)備等硬件和控制這些硬件運行的指令、程序及文檔即軟件組成,通常包含若干功能模塊。功能 存儲大量程序、信息及快速檢索的能力； 人機(jī)交互通信的操作功能； 輸入、輸出圖形及信息的能力。cad/cam系統(tǒng)的分類獨立式cad/cam系統(tǒng) 按照所用計算機(jī)的不同又可劃分為以下四種類型：網(wǎng)絡(luò)分布式第二節(jié) cad/cam系統(tǒng)的典型硬件硬 件定義 硬件是一切可以觸摸到的物理設(shè)備。硬件系統(tǒng)是實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的物質(zhì)基礎(chǔ)，它由計算機(jī)，存儲設(shè)

13、備，顯示設(shè)備，人機(jī)交互設(shè)備和輸出設(shè)備等組成。1、 主機(jī)2、 輸入設(shè)備3、 輸出設(shè)備4、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)器、工作站、電纜、網(wǎng)卡、網(wǎng)關(guān)、集線器、中繼器、網(wǎng)橋、路由器等。第二節(jié) cad/cam系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)定義 支撐軟件是在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開發(fā)出來的滿足cad用戶一些需要的通用軟件或工具軟件，是cad/cam系統(tǒng)的核心。主要內(nèi)容 幾何建模軟件: 提供一個完整，準(zhǔn)確地描述和顯示三維幾何造型的方法和工具。具有消隱、著色、濃淡處理、實體參數(shù)計算、質(zhì)量特性計算等功能。舉例： pro-e, ug等。 計算機(jī)輔助工程軟件: 集幾何建模，三維繪圖，有限元分析，產(chǎn)品裝配，公差分析，機(jī)構(gòu)運動學(xué)，nc自動編程等功能分析系統(tǒng)

14、為一體的集成軟件系統(tǒng)。由數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，使各分系統(tǒng)全關(guān)聯(lián)，支持并行工程并提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，信息描述完整，協(xié)助用戶完成大部分工作。繪圖軟件: 具有基本圖形元素（點、線、圖）繪制等，圖形變換（縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等），編輯（增、刪、改等），存貯，顯示控制以及人機(jī)交互，輸入/輸出設(shè)計驅(qū)動等功能。舉例:autocad軟件。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件: 能夠支持各子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳遞與共享,其中工程數(shù)據(jù)庫是cad/cam 系統(tǒng)和cims系統(tǒng)中的重要組成部分。舉例:ingres, pb,oracle, sybase,foxpro等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 有限元分析軟件：可以進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)、熱特性分析，通常包

15、括前置處理、計算分析及后置處理三部分。舉例:sap,ansys等有限元分析軟件。 優(yōu)化方法軟件：將優(yōu)化技術(shù)用于工程設(shè)計，綜合多種優(yōu)化計算方法，為選擇最優(yōu)方案、取得最優(yōu)解、求解數(shù)學(xué)模型提供強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具軟件。 系統(tǒng)運動學(xué)/動力學(xué)模擬仿真軟件：在產(chǎn)品設(shè)計時，實時、并行地模擬產(chǎn)品生產(chǎn)或各部分進(jìn)行的全過程，以預(yù)測產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。舉例：adams機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件。思考題1. 簡要說明cad/cam系統(tǒng)的基本組成。 2. 計算機(jī)在cad/cam系統(tǒng)中的作用是什么？選擇計算機(jī)主要考慮哪些性能指標(biāo)？ 3. cad/cam系統(tǒng)中常用的存儲設(shè)備有哪些？各有什么特點？ 4.

16、cad/cam系統(tǒng)中常用的輸入設(shè)備有哪些？各有什么特點？ 5. cad/cam系統(tǒng)中常用的輸出設(shè)備有哪些？簡要說明其工作原理和特點。 第三章 計算機(jī)輔助圖形處理學(xué)習(xí)目標(biāo)： 圖形處理是cad/cam中的關(guān)鍵技術(shù)，要求學(xué)習(xí)者全面掌握圖形處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識，包括圖形生成、編輯和圖形變換；學(xué)會使用典型的矢量繪圖軟件；學(xué)會編寫簡單的繪圖程序。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)重點：圖形的幾何變換。 學(xué)習(xí)難點：消隱算法。 學(xué)習(xí)建議： 在學(xué)習(xí)過程中，結(jié)合繪圖軟件，如：autocad2004的使用，加深對本知識點的理解； 注意利用課件中的功能，通過學(xué)習(xí)時的交互操作（例如圖形生成）理解知識內(nèi)容。第一節(jié) 圖形的幾何變換一、二維圖形

17、變換在二維空間中，圖形變換矩陣可表示為： 其中a、b、c、d是對圖形進(jìn)行縮放、對稱、旋轉(zhuǎn)、錯切等變換；c、f是對圖形進(jìn)行平移變換；p、q對圖形進(jìn)行透視變換；s是對圖形進(jìn)行整體伸縮變換。當(dāng)s1時，圖形縮??；當(dāng)s=1時，圖形大小不變。即變換后的 坐標(biāo)均為原坐標(biāo)x，y的1/s倍 。 二維圖形的基本變換包括以下幾種：平移變換、比例變換、對稱變換、錯切變換。實際上，圖形變換中常常是相對于任意點或線變換。解決這個問題的思路是這樣的：先將任意點移向坐標(biāo)原點（任意線則移向與x或y軸重合的位置），再用前述變換矩陣加以變換，最后反向移回任意點（任意線移回原位）?？梢姡@是經(jīng)過平移、某種變換、再平移的多次變換構(gòu)成，

18、而不僅僅是一種獨立的變換，故而稱為組合變換。組合變換中，多個變換矩陣之積稱為組合變換矩陣。二、三維圖形變換和二維圖形一樣，用適當(dāng)?shù)淖儞Q矩陣也可以對三維圖形進(jìn)行各種幾何變換。對三維空間的點如（x，y，z），可用齊次坐標(biāo)表示為（x，y，z，1），或（x，y，z，h），因此，三維空間里的點的變換可寫為 其中m是4x4階變換矩陣，即：此方陣可分為四部分，其中左上角部分產(chǎn)生比例、對稱、錯切和旋轉(zhuǎn)變換；左下角部分產(chǎn)生平移變換；右上角部分產(chǎn)生透視變換；右下角部分產(chǎn)生全比例變換。 三維圖形的基本變換有：三維比例變換、三維對稱變換、三維錯切變換、三維評議變換、三維旋轉(zhuǎn)變換。第二節(jié) 圖形的消隱技術(shù)一、消隱的概念與

19、作用在使用顯示設(shè)備描繪物體的圖形時，必須把三維信息經(jīng)過某種投影變換，在二維的顯示表面上繪制出來。例如，軸測圖和透視圖，就是通過軸測變換或透視變換，求出所有頂點的投影點，再把各點連結(jié)起來。下圖中第一個圖形代表的是后邊哪一個呢?由于投影變換失去了深度信息，往往導(dǎo)致圖形的二義性。要消除二義性，就必須在繪制時消除實際不可見的線和面，習(xí)慣上稱作消除隱藏線和隱藏面，或簡稱為消隱。二、消隱算法的測試方法針對不同的顯示對象和顯示要求，會有不同消隱算法與之相適應(yīng)。 重疊測試 許多物體的投影是由若干個多邊形構(gòu)成的，將這些多邊形兩兩判別，看它們是否有重疊部分，如果不重疊，說明它們肯定不互相遮擋。這種方法就叫重疊測試

20、。包含性測試 測試點與多邊形的包含關(guān)系有兩種方法: 1.射線交點數(shù)算法 2.夾角求和算法 深度測試 深度測試是用來測試一個物體遮擋另一個物體的基本方法。常用的有優(yōu)先級測試和物體空間測試。 可見性測試 可見性測試主要用來判別物體自身各部分哪些部分沒有被其自身其它部分遮擋即可見的，那些部分被其自身其它部分遮擋即不可見的。三、常用消隱算法根據(jù)消隱對象不同，消隱算法可分為兩類：若消除的是物體上不可見的線段，稱為線消隱；若消除的是物體上不可見的面，稱為面消隱。根據(jù)消隱空間的不同，消隱算法又可分為兩類： 物體空間的消隱算法這類算法是將物體表面上的k個多邊形中的每一面與其余的k-1個面進(jìn)行比較，精確地求出物

21、體上每條棱邊或每個面的遮擋關(guān)系。 圖形空間的消隱算法在消隱算法中，圖像空間就是上述的屏幕坐標(biāo)空間。這類算法對屏幕的每一像素進(jìn)行判斷，以決定物體上哪個多邊形在該像素點上是可見的。若屏幕上有m*n個像素點，物體表面上有k個多邊形，則該類消隱算法的計算量將正比于m*n*k。 消隱的基本思想很簡單，但要真正實現(xiàn)卻要耗費很長的判別和運算時間。消隱算法的處理效率將是決定能否被有效采用的關(guān)鍵。第三節(jié) 圖形的裁剪技術(shù) 窗口在計算機(jī)繪圖中，常常遇到這樣的情況：不同時刻、針對不同目的、只關(guān)心整幅圖形的不同部位，而對其它部分暫時不感興趣，此時，希望關(guān)心的這部分圖形能夠盡量清晰地顯示出來。于是，大多數(shù)的圖形軟件都提供

22、了這樣一個功能：即用戶可以在輸入的圖形上選定一個觀察區(qū)域。這個觀察區(qū)域被稱為窗口。下面圖中的左側(cè)方框就是窗口的一個例子。在二維平面，通常定義窗口為一矩形區(qū)域，它的大小和位置在用戶坐標(biāo)上表示，用四個變量代表窗口左下角和右上角點的坐標(biāo)，即： 視區(qū) 在顯示窗口內(nèi)圖形時，可能占用整個屏幕，也可能設(shè)想屏上有一個方框，要顯示的圖形只出現(xiàn)在這個方框內(nèi)。那么，在圖形輸出設(shè)備上用來復(fù)制窗口內(nèi)容的矩形區(qū)域被稱為視區(qū)。上面的動畫右邊的顯示器是一個占整屏的視區(qū)的例子，它把左邊窗口里的選擇的圖案按1:1的比例復(fù)制到了視區(qū)里。 視區(qū)是一個與設(shè)備密切聯(lián)系的概念，顯示終端的平面和繪圖儀的幅面都是用來表現(xiàn)圖形的二維平面，而且是

23、個有限的平面。通常也用四個變量指示視區(qū)兩個角點的坐標(biāo)，即： 視區(qū)也可以嵌套，還可以在同一物理設(shè)備上定義多個視區(qū)，分別作不同的應(yīng)用或分別顯示不同角度、不同對象的圖形。 窗口、視區(qū)變換 只有當(dāng)定義的視區(qū)大小與窗口大小相同，而且設(shè)備坐標(biāo)的度量單位與用戶坐標(biāo)的度量單位也相同時，二者之間才是1：1的對應(yīng)關(guān)系，而在絕大多數(shù)情況下，窗口與視區(qū)無論是大小還是單位都不相同。為了把選定的窗口內(nèi)容在希望的視區(qū)上表現(xiàn)出來，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。 視區(qū)與窗口的關(guān)系如下： （a） 視區(qū)不變，窗口縮小或放大時，顯示的圖形會相應(yīng)放大或縮小。（b） 窗口不變，視區(qū)縮小或放大時，顯示的圖形會相應(yīng)縮小或放大。（c） 視區(qū)縱橫比不等于窗

24、口縱橫比時，顯示的圖形會有伸縮變化。（d） 窗口與視區(qū)大小相同、坐標(biāo)原點也相同時，顯示的圖形不變。窗口和視區(qū)的適當(dāng)選用，可以較方便地觀察用戶的整圖或局部圖形，便于對圖形進(jìn)行局部修改和圖形質(zhì)量評價，還可以對圖形進(jìn)行放大或縮小，顯示用戶感興趣的部分圖形。第四節(jié) 圖形的生成方法一、圖形的生成簡介一幅圖最簡單的幾何成份是點和直線，此外還有曲線、多邊形以及字符串等等。為在輸出設(shè)備上輸出一個點，就要把應(yīng)用程序中的坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成所用輸出設(shè)備的響應(yīng)指令。在圖形設(shè)備上輸出一條直線，是通過在應(yīng)用程序中對這條直線端點坐標(biāo)的描述，在輸出設(shè)備上將一對端點間的路徑加以描述來實現(xiàn)的。二、圖形的生成方法1、輪廓線法任何一個二

25、維圖形都是由線條組成，所謂輪廓線法，就是將這些線條逐一繪出，它只取決于線條的端點坐標(biāo)，不分先后，沒有約束，因而，比較簡單,適應(yīng)面也廣，但繪圖工作量大、效率低，容易出錯，生成的圖形無法通過尺寸參數(shù)加以修改。 右側(cè)為一用輪廓線法生成圖形的示意小程序。 按住鼠標(biāo)在畫板上拖動，就可以畫出直線，它強(qiáng)調(diào)的僅僅是端點的坐標(biāo)，直線之間沒有約束關(guān)系。（程序見電子課件）2、參數(shù)化法在實際應(yīng)用中，人們常常面臨系列化的設(shè)計，即基本幾何拓?fù)潢P(guān)系不變，只變動形狀尺寸，于是，人們創(chuàng)造了參數(shù)化法。這種方法首先建立圖形與尺寸參數(shù)的約束關(guān)系，每個可變的尺寸參數(shù)用待標(biāo)變量表示，并賦予一個缺省值。繪圖時，修改不同的尺寸參數(shù)即可得到不

26、同規(guī)格的圖形。如右側(cè)示意小程序，輸入不同尺寸參數(shù)，按回車鍵即可。（程序見電子課件）3、圖形元素拼合法圖形元素拼合法類似于一種搭積木的方法。將各種常用的、帶有某種特定專業(yè)含義的圖形元素存儲建庫，設(shè)計繪圖時，根據(jù)需要調(diào)用合適的圖形元素加以拼合。圖形元素拼合法要以參數(shù)化法為基礎(chǔ)，每個圖形元素實際上就是一個小參數(shù)化圖形。固定尺寸參數(shù)的圖形元素在應(yīng)用中沒有使用價值。 4、尺寸驅(qū)動法這是一種交互式的變量設(shè)計方法。按設(shè)計者的意圖，先將草圖快速勾畫于屏幕之上，然后根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要，為草圖建立尺寸和形位約束，草圖就戲法般地受到這種約束的驅(qū)動而變得橫平豎直起來，尺寸大小也一一對應(yīng)。 5、三維實體投影法工程師在進(jìn)行

27、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先在思維中建立起來的是一種三維物體模型，苦于沒有一個形象描述、記錄的工具和手段，因而只能將其畫成二維圖形；而在讀圖時，又要在頭腦中還原圖紙表示的三維物體。如果開始設(shè)計時就在計算機(jī)三維環(huán)境下，則不僅能更直觀、全面地反映設(shè)計對象，還能減輕設(shè)計時的負(fù)擔(dān)，提高設(shè)計質(zhì)量和效率。這時，若要將三維設(shè)計結(jié)果以二維圖紙形式輸出，則只需利用三維幾何建模軟件系統(tǒng)提供的二維圖投影功能就可方便地實現(xiàn)了。思考題1. 簡述計算機(jī)圖形處理技術(shù)的種類。2. 簡述二維圖形變換的基本原理、方法、種類。3. 什么是窗口？什么是視區(qū)？在cad/cam中為什么要進(jìn)行窗口視區(qū)變換？4. 為什么要進(jìn)行圖形裁剪？第四章 ca

28、d/cam建模技術(shù)第一節(jié) 建模的基本概念與要求基本概念 建模就是以計算機(jī)能夠理解的方式，對實體進(jìn)行確切的定義，賦予一定的數(shù)學(xué)描述，再以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式對所定義的幾何實體加以描述，從而在計算機(jī)內(nèi)部構(gòu)造一個實體的模型。 在cad/cam中，產(chǎn)品或零部件的設(shè)計思想和工程信息是以具有一定結(jié)構(gòu)的數(shù)字化模型方式存儲在計算機(jī)內(nèi)部的，并經(jīng)過適當(dāng)轉(zhuǎn)換提供給生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)，從而構(gòu)成統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。模型一般由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法三部分組成。 基本要求 建模技術(shù)是系統(tǒng)的核心，建模的過程依賴于計算機(jī)的軟硬件環(huán)境、面向產(chǎn)品的創(chuàng)造性過程。建模技術(shù)應(yīng)滿足以下要求： 1.建模系統(tǒng)應(yīng)具備信息描述的完整性 2.建模技術(shù)應(yīng)貫

29、穿產(chǎn)品生命周期的整個過程 3.建模技術(shù)應(yīng)為企業(yè)信息集成創(chuàng)造條件 第二節(jié) 線框建模一、線框建模的基本原理 定義線框建模是利用基本線素來定義設(shè)計目標(biāo)的棱線部分而構(gòu)成的立體框架圖。線框建模生成的實體模型是由一系列的直線、圓弧、點及自由曲線組成，描述的是產(chǎn)品的輪廓外形。在計算機(jī)內(nèi)部生成三維映像，還可實現(xiàn)視圖變換及空間尺寸的協(xié)調(diào)。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)線框建模的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是表結(jié)構(gòu)，在計算機(jī)內(nèi)部存貯的是物體的頂點和棱線信息。下圖為一立方體的線框模型。表分別為立方體的頂點表和邊表，構(gòu)成該物體的線框模型的全部信息。 二、二維和三維線框模型二維建模實質(zhì)上是二維線框模型，它以二維平面的基本圖形元素（如點、直線、圓弧等）為基礎(chǔ)表

30、達(dá)二維圖形。二維幾何建模系統(tǒng)主要研究平面輪廓處理問題，它可以分為邊式和面式兩類系統(tǒng)。 所謂邊式系統(tǒng)意味著只描述輪廓邊，然后通過不同類型輪廓邊的相互順序?qū)崿F(xiàn)繪圖目的；所謂面式系統(tǒng)，是將封閉輪廓邊包圍的范圍定義成一個平面，并作為一個整體來處理。 二維幾何建模系統(tǒng)比較簡單實用，同時大部分提供了方便的人機(jī)交互功能，所以如果任務(wù)僅局限于計算機(jī)輔助繪圖或?qū)剞D(zhuǎn)體零件進(jìn)行數(shù)控編程，則可采用二維建模系統(tǒng)。但在二維系統(tǒng)中，由于各視圖及剖面圖是獨立產(chǎn)生的，因此不可能將描述同一個零件的不同信息構(gòu)成一個整體模型。所以當(dāng)一個視圖改變時，其他視圖不可能自動改變，這是它的一個很大弱點。 三維線框模型是二維線框模型的直接拓展

31、和延伸。由于圖形幾何變換理論的發(fā)展，認(rèn)識到加上第三維信息再投影變換成平面視圖是很容易的。三維線框模型用三維的基本圖形元素來描述和表達(dá)物體，同時僅限于點、線和曲線的組成。三、線框模型的優(yōu)缺點線框建模所構(gòu)造的實體模型，只有離散的邊，而沒有邊與邊的關(guān)系，由于信息表達(dá)不完整，會對物體形狀的判斷產(chǎn)生多義性。 下圖表示同一線框模型可能產(chǎn)生的幾種不同理解。線框建模的優(yōu)點 所需信息最少，數(shù)據(jù)運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時間短。 線框建模的局限性幾何意義的二義性：一個線框模型可能被解釋為若干個有效幾何體。 1. 結(jié)構(gòu)體的空間定義缺乏嚴(yán)密性 2. 拓?fù)潢P(guān)系缺乏有效性 3. 描述的結(jié)構(gòu)

32、體無法進(jìn)行消隱、干涉檢查、物性計算 第三節(jié) 曲面建模一、曲面建模的基本原理定義曲面建模是將物體分解成組成物體的表面、邊線和頂點，用頂點、邊線和表面的有限集合來表示和建立物體的計算機(jī)內(nèi)部模型。建模方法 下圖描述的是表面建模的過程。二、曲面建模的特點表達(dá)了零件表面和邊界定義的數(shù)據(jù)信息，有助于對零件進(jìn)行渲染等處理，有助于系統(tǒng)直接提取有關(guān)面的信息生成數(shù)控加工指令，因此，大多數(shù)cad/cam系統(tǒng)中都具備曲面建模的功能。 在物體性能計算方面，表面建模中面信息的存在有助于對物性方面與面積有關(guān)的特征計算，同時對于封閉的零件來說，采用掃描等方法也可實現(xiàn)對零件進(jìn)行與體積等物理性能有關(guān)的特征計算。 一般來說，表面建

33、模方式生成的零部件及產(chǎn)品可分割成板、殼單元形式的有限元網(wǎng)格。 曲面建模事實上是以蒙面的方式構(gòu)造零件形體，因此容易在零件建模中漏掉某個甚至某些面的處理，這就是常說的“丟面”。同時依靠蒙面的方法把零件的各個面貼上去，往往會在兩個面相交處出現(xiàn)缺陷，如重疊或間隙，不能保證零件的建模精度。 所以曲線建模并不宜用于表示機(jī)械零件的一般方法。第四節(jié) 實體建模一、實體建模的基本原理定義 實體建模是定義一些基本體素，通過基本體素的集合運算或變形操作生成復(fù)雜形體的一種建模技術(shù)，其特點在于三維立體的表面與其實體同時生成。 由于實體建模能夠定義三維物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀，因此能完整地描述物體的所有幾何信息和拓?fù)湫畔?，包括?/p>

34、體的體、面、邊和頂點的信息。 實體建模的優(yōu)點 1. 可以提供實體完整的信息； 2. 可以實現(xiàn)對可見邊的判斷，具有消隱的功能； 3. 能順利實現(xiàn)剖切、有限元網(wǎng)格劃分、直到nc刀具軌跡的生成。 實體建模的方法 按照物體生成的方法不同可分為 ：體素法和掃描法二、實體建模的表示方法 與表面建模不同，三維實體建模在計算機(jī)內(nèi)部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準(zhǔn)確、完整、統(tǒng)一地記錄了生成物體的各個方面的數(shù)據(jù)。 常見的實體建模表示方法 邊界表示法構(gòu)造立體幾何法混合表示法空間單元表示法第五節(jié) 特征建模一、特征建模的概念特征定義 特征是一種綜合概念，它作為“產(chǎn)品開發(fā)過程中各種信息的載體”，除了包含零件的

35、幾何拓?fù)湫畔⑼猓€包含了設(shè)計制造等過程所需要的一些非幾何信息。 特征建模定義 特征建模是一種建立在實體建模的基礎(chǔ)上，利用特征的概念面向整個產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造過程進(jìn)行設(shè)計的建模方法，它不僅包含與生產(chǎn)有關(guān)的信息，而且還能描述這些信息之間的關(guān)系。 特征的圖例 特征建模的實施與發(fā)展 特征建模是cad建模方法的一個里程碑，它是在技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用達(dá)到一定水平，產(chǎn)品的設(shè)計、制造、管理過程的集成化和自動化要求不斷提高的歷史進(jìn)程中逐漸發(fā)展完善起來的。 特征概念包含豐富的工程語義，所以利用特征及概念進(jìn)行設(shè)計是實現(xiàn)設(shè)計與制造集成的一種有效的方法。利用特征的概念進(jìn)行設(shè)計的方法經(jīng)歷了特征識別及基于特征的設(shè)計兩階段。特征

36、識別是首先進(jìn)行幾何設(shè)計，然后在建立的幾何模型上，通過人工交互或自動識別算法進(jìn)行特征的搜索、匹配。為此提出了基于特征設(shè)計的思想，直接采用特征建立產(chǎn)品模型，而不是事后再識別，即特征建模。 二、特征建模的系統(tǒng)特征建模通常由特征模型、精度特征模型、材料特征模型組成，而形狀特征模型是特征建模的核心和基礎(chǔ)。 特征建模系統(tǒng)的框架如下圖所示：形狀特征模型 形狀特征模型主要包括幾何信息、拓?fù)湫畔ⅰＰ螤钐卣魍ㄟ^參數(shù)描述，都在產(chǎn)品中實現(xiàn)各自的功能，并對應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實體建模中b-rep法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點包括特征類型、序號、尺寸及公差等。通常它包含兩個層次，一個是低層次的

37、點、線、面、環(huán)組成的b-rep法結(jié)構(gòu)，另一個是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。 精度和材料特征模型 精度模型用來表達(dá)零件的精度信息，包括尺寸公差、形狀公差、位置公差、表面粗糙度。材料特征包括材料的種類、性能、熱處理要求等。 特征建模除了實體建模中已有的幾何、拓?fù)湫畔⒅?，還要包含特征信息、精度信息、材料信息、技術(shù)要求和其它有關(guān)信息。除靜態(tài)信息之外，還應(yīng)當(dāng)支持設(shè)計、制造過程中的動態(tài)信息。 二、特征建模的功能與特點功能 1. 預(yù)定義特征，建立特征庫； 2. 特征庫的智能化應(yīng)用，實現(xiàn)基于特征的零件設(shè)計； 3. 為特征附加注釋，并為用戶例舉參考特征； 4. 支持用戶定義特征以及管理、操作特征庫； 5.

38、特征消隱、移動； 6. 零件設(shè)計中，跟蹤和提取有關(guān)幾何屬性。 特點 特征建模技術(shù)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，產(chǎn)品設(shè)計工作在更高的層次上展開，特征的引用直接體現(xiàn)設(shè)計意圖。 特征建模技術(shù)可以建立在二維或三維平臺上，同時針對某些專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，建立特征庫就可實現(xiàn)特征建模技術(shù)，快速生成需要的形體。 特征建模技術(shù)有利于推動行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計和工藝方法的標(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，有利于降低產(chǎn)品的成本。 特征建模技術(shù)提供了基于產(chǎn)品、制造環(huán)境、開發(fā)者意志等諸方面的綜合信息，是產(chǎn)品的設(shè)計、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗各部門之間具有了共

39、同語言，可更好將產(chǎn)品的設(shè)計意圖貫徹到各后續(xù)環(huán)節(jié)，促進(jìn)智能cad系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)的開發(fā)，特征建模技術(shù)也是基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的cad/cam/capp集成系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件。 特征建模技術(shù)著眼于更好、更完整地表達(dá)產(chǎn)品全生命周期的技術(shù)和生產(chǎn)組織、計劃管理等多階段的信息，著眼于建立cad系統(tǒng)與cax系統(tǒng)、mrp系統(tǒng)與erp系統(tǒng)的集成化產(chǎn)品信息平臺。 思考題1. 舉例說明cad/cam中建模的概念及其過程。2. 試分析三維幾何建模的類型及其應(yīng)用范圍。3. 實體建模中是如何表示實體的？4. 什么是體素？體素的交、并、差運算是何含義？5. 試以回轉(zhuǎn)體為例，說明特征建模的基本思想。第五章 計算機(jī)輔助工程分析學(xué)

40、習(xí)目標(biāo)： 了解工程分析在設(shè)計/制造中的重要性；學(xué)習(xí)和理解有限元法的基本概念和步驟；學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)計的概念和常用優(yōu)化設(shè)計方法；學(xué)習(xí)仿真的概念，了解計算機(jī)仿真的一般過程。為使用計算機(jī)輔助工程分析（cae）軟件進(jìn)行工程分析奠定基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)重點：有限元法。學(xué)習(xí)難點：優(yōu)化設(shè)計方法。學(xué)習(xí)建議： 復(fù)習(xí)前序課程學(xué)過的力學(xué)知識，掌握有限元分析的理論基礎(chǔ)。第一節(jié) 概述概述 近三十年來，由于計算機(jī)的應(yīng)用及測試手段的不斷完善，機(jī)械設(shè)計已由靜態(tài)、線性分析向動態(tài)非線性過渡；由經(jīng)驗類比向最優(yōu)設(shè)計過渡；由人工計算向自動計算，由近似計算向精確計算過渡。正是在這種情況下，將計算機(jī)引入工程分析領(lǐng)域，是機(jī)械設(shè)計中的一場巨大變革

41、。 計算機(jī)輔助工程分析的關(guān)鍵 是在三維實體建模的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的設(shè)計階段開始，按實際條件進(jìn)行仿真和結(jié)構(gòu)分析；按性能要求進(jìn)行設(shè)計和綜合評價，以便從多個方案中選擇最佳方案。計算機(jī)輔助工程分析通常包括: 有限元法、有話設(shè)計、仿真技術(shù)。第二節(jié) 有限元法有限元法不僅是結(jié)構(gòu)分析中必不可少的工具，而且廣泛應(yīng)用于磁場強(qiáng)度，熱傳導(dǎo)，非線性材料的塑性蠕變分析等領(lǐng)域。有限元法的基本思想：概念 先把一個原來是連續(xù)的物體剖分成有限個單元，且它們相互連接在有限個節(jié)點上，承受等效的節(jié)點載荷，并根據(jù)平衡條件來進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來，成為一個組合體，再綜合求解。由于單元的個數(shù)有限，節(jié)點的數(shù)目也有限

42、，所以這種方法稱為有限元法。 有限元法解決問題的途徑 力學(xué)分析方法可分為解析法和數(shù)值法，前者只能應(yīng)用于求解簡單問題，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題只能應(yīng)用數(shù)值法求出問題的近似解。 有限元法解決問題是物理模型的近似，而數(shù)學(xué)上不做近似處理。其概念清晰，通用性與靈活性兼?zhèn)?，能靈活妥善處理各種復(fù)雜情況。單元類型 采用有限元法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計算時，依據(jù)分析對象不同，采用的單元類型也不同。 第三節(jié) 優(yōu)化設(shè)計 優(yōu)化設(shè)計是在計算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項設(shè)計技術(shù)，以求在給定技術(shù)條件下獲得最優(yōu)設(shè)計方案，保證產(chǎn)品具有優(yōu)良性能。 原則 其原則是尋求最優(yōu)設(shè)計；其手段是計算機(jī)和應(yīng)用軟件；其理論依據(jù)是數(shù)學(xué)規(guī)劃法。 應(yīng)用 如飛行器和

43、宇航結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足性能的要求下使重量最輕；使空間運載工具的軌跡最優(yōu)；土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，在保證質(zhì)量的前提下使成本最低；連桿、凸輪、齒輪、機(jī)床等機(jī)械零部件設(shè)計，在實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上使結(jié)構(gòu)最佳；機(jī)械加工工藝過程設(shè)計，在限定的設(shè)備條件下使生產(chǎn)率最高，等等。 主要內(nèi)容 引例基本概念和術(shù)語優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型常用有話設(shè)計方法有話設(shè)計的一般過程第四節(jié) 仿真技術(shù)模仿真實的系統(tǒng)，意指通過對模擬系統(tǒng)的實驗去研究一個存在或設(shè)計中的系統(tǒng)。仿真（simulation）的關(guān)鍵是建立從實際系統(tǒng)抽象出來的仿真模型。 發(fā)展背景 一種新產(chǎn)品的開發(fā)總要經(jīng)歷設(shè)計、分析、計算、修改的反復(fù)過程。通常還需制造樣機(jī)，并進(jìn)行試驗等。如果發(fā)現(xiàn)問題

44、，則要修改設(shè)計方案或參數(shù)，重新制造樣機(jī)，重新試驗，致使新產(chǎn)品的開發(fā)耗資大、周期長。有的產(chǎn)品的性能試驗是十分危險的；還有的產(chǎn)品根本無法實施樣機(jī)試驗，如航天飛機(jī)、人造地球衛(wèi)星。因此，迫切需要有一種方法和技術(shù)改變上述狀況。仿真理論和技術(shù)正是為此應(yīng)運而生的。 仿真的基本概念計算機(jī)仿真的一般過程仿真在cad/cam系統(tǒng)中的應(yīng)用產(chǎn)品形態(tài)仿真 例如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、外觀、色彩等形象化屬性。 汽車車身仿真 裝配關(guān)系仿真 例如零部件之間裝配關(guān)系與干涉檢查，車間布局與設(shè)備、管道安裝、電力、供暖、供氣、冷卻系統(tǒng)與機(jī)械設(shè)備布局規(guī)劃等方面。 運動學(xué)仿真 模擬機(jī)構(gòu)的運動過程，包括自由度約束狀況、運動軌跡、速度和加速度變化等

45、。如加工中心機(jī)床的運動狀態(tài)、規(guī)律，機(jī)器人各部結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)的運動關(guān)系。動力學(xué)仿真 分析計算機(jī)械系統(tǒng)在質(zhì)量特性和力學(xué)特性作用下系統(tǒng)的運動和力的動態(tài)特性。例如模擬機(jī)床工作過程中的振動和穩(wěn)定性情況，機(jī)械產(chǎn)品在受到?jīng)_擊載荷后的動態(tài)性能。思考題1. 計算機(jī)輔助工程分析的作用有哪些？2. 試述有限元法的基本原理。3. 歸納優(yōu)化設(shè)計的一般過程。4. 何謂仿真？它在工程中起什么作用？5. 舉例說明計算機(jī)仿真的意義。6. 分析計算機(jī)仿真的過程。7. 舉例說明仿真在cad/cam系統(tǒng)中的應(yīng)用。第六章 計算機(jī)輔助工藝設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)： 充分認(rèn)識計算機(jī)技術(shù)在設(shè)計制造中應(yīng)用的重要性，了解capp在cad/cam中的地位和作用；

46、掌握capp的基本工作原理和工作過程；學(xué)習(xí)和理解capp 中零件信息描述方法；掌握不同類型capp系統(tǒng)的研制過程和關(guān)鍵技術(shù)；能夠設(shè)計和應(yīng)用簡單的capp系統(tǒng)。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)建議： 對比傳統(tǒng)工藝設(shè)計和計算機(jī)輔助工藝設(shè)計的過程，理解其功能和意義； 注意瀏覽參考書和期刊雜志中關(guān)于企業(yè)使用capp的示例，加深對本知識點的理解。第一節(jié) capp概述計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計，即 computer aided process planning，簡稱capp，是通過計算機(jī)技術(shù)輔助工藝設(shè)計人員，以系統(tǒng)、科學(xué)的方法確定零件從毛坯到成品的整個技術(shù)過程，即工藝規(guī)程。一、capp的基本組成capp系統(tǒng)的工作過程與步驟：

47、capp的組成與基本結(jié)構(gòu)：二、capp的類型及其工作原理 1、檢索式capp2、派生式capp3、創(chuàng)成式capp 總結(jié)目前用派生法原理生成工藝規(guī)程的方法已經(jīng)比較成熟，創(chuàng)成法原理目前還不完善，現(xiàn)在號稱創(chuàng)成法系統(tǒng)的只是在部分功能上應(yīng)用創(chuàng)成原理，所以只能稱為半創(chuàng)成式的capp系統(tǒng)。三、capp的作用及意義克服傳統(tǒng)工藝設(shè)計的不足，促進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展 大大提高工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量 將工藝設(shè)計人員從大量繁瑣、重復(fù)性的手工勞動中解放出來 提高企業(yè)工藝設(shè)計的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化水平，促進(jìn)工藝設(shè)計水平的提高 能有效的積累和繼承工藝設(shè)計人員的經(jīng)驗，提高企業(yè)工藝設(shè)計的繼承性 為現(xiàn)代制造系統(tǒng)集成提供技術(shù)橋梁 與計算機(jī)輔助設(shè)

48、計（cad）系統(tǒng)之間的信息交流 與計算機(jī)輔助制造（cam）系統(tǒng)之間的信息交流 與生產(chǎn)管理系統(tǒng)（mis）之間的信息交流 與制造自動化系統(tǒng)（mas）之間的信息交流 與質(zhì)量保證（caq）系統(tǒng)之間的信息交流 第二節(jié) capp中零件信息的描述和輸入一、成組技術(shù)成組技術(shù)，是挖掘和利用生產(chǎn)活動中的相似性的技術(shù)，通過分類成組，以便最大限度地獲取生產(chǎn)活動中的批量效益，在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工制造及生產(chǎn)管理等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。二、型面特征描述型面特征類型 幾何形狀特征：一般是組成零件型面特征的幾何單元。 拓?fù)涮卣骰蚍轿惶卣鳎河糜诒硎靖鲙缀涡螤畹捻樞蜿P(guān)系。 精度特征：用于描述幾何形狀的尺寸公差、形狀公差、

49、位置公差以及表面粗糙度等信息。 材料特征：描述型面的材料及熱處理信息。 其它技術(shù)特征：描述上述四大類特征尚沒有包括的技術(shù)特征參數(shù)。 型面特征描述的局限性 零件型面特征描述的信息量很大，需要人工逐個型面進(jìn)行分析后把信息逐條手工輸入，因此信息輸入的效率很低，過程十分繁瑣，而且容易發(fā)生錯誤，嚴(yán)重影響capp系統(tǒng)的效率。三、從cad系統(tǒng)直接輸入零件信息直接從cad的圖形數(shù)據(jù)庫中提取用于capp所需要的零件信息，是實現(xiàn)cad和capp信息集成的理想方法。它可以省去人機(jī)交互信息輸入的工作，大大提高系統(tǒng)的運行效率，減少人工信息轉(zhuǎn)換與輸入可能出現(xiàn)的差錯，有助于保證數(shù)據(jù)的一致性。在這方面已進(jìn)行過多方面嘗試，目前

50、仍在進(jìn)行研究和探索之中。 特征識別法 基于三維特征造型的零件信息描述與輸入方法 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范（step）的產(chǎn)品建模與信息輸入方法第三節(jié) capp的類型從工藝生成的基本原理來分析，系統(tǒng)可分為三大類型 派生式（variant)研制過程：創(chuàng)成式（generative)主要內(nèi)容：零件描述方法、工藝決策邏輯、工藝決策過程、工序設(shè)計創(chuàng)成式capp系統(tǒng)主要解決兩方面的問題： 工藝路線的確定 工序設(shè)計內(nèi)容 生成工藝規(guī)程主干，即指明零件加工順序（包括工步與工序的確定）以及各工序的定位與裝夾表面。 工序尺寸的計算、設(shè)備與工裝的選擇、切削用量的確定、工時定額的計算以及工序圖的生成等。 關(guān)系 前者是后者的基礎(chǔ)

51、，后者是對前者的補(bǔ)充。 創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的設(shè)計階段 準(zhǔn)備階段 1. 了解所開發(fā)的系統(tǒng)的設(shè)計對象； 2. 對本類零件進(jìn)行工藝分析； 3. 收集和整理各種加工方法的加工能力范圍和經(jīng)濟(jì)加工精度等數(shù)據(jù) 4. 收集、整理和歸納各種工藝設(shè)計決策邏輯或決策法則。 軟件編程階段 建立創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的工作步驟 1. 零件的建模； 2. 確定capp系統(tǒng)獲取零件信息的方式；3. 工藝分析和工藝知識總結(jié)；4. 確定和建立工藝決策模型； 5. 建立工藝數(shù)據(jù)庫；6. 系統(tǒng)主控模塊設(shè)計；7. 人機(jī)接口設(shè)計；8. 文件管理和輸出模塊設(shè)計。專家系統(tǒng)(kb-knowledge based capp system） 定義

52、capp專家系統(tǒng)是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于capp系統(tǒng)中所形成的專家系統(tǒng)。以“推理+知識”為特征，包括知識庫和推理機(jī)。其中，知識庫是由零件設(shè)計信息和表達(dá)工藝決策的規(guī)劃集組成，而推理機(jī)是根據(jù)當(dāng)前事實，通過激活知識庫的規(guī)則集，而得到工藝設(shè)計結(jié)果。 capp專家系統(tǒng)的工作原理 capp專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般capp系統(tǒng)是不同的，如下圖所示：思考題1. 簡要分析capp系統(tǒng)的基本組成和功能。2. 簡要說明capp的作用與意義。 第七章 數(shù)控編程和仿真學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握數(shù)控加工編程的概念和計算機(jī)輔助編程的一般原理，了解數(shù)控編程的方法和步驟；學(xué)習(xí)apt語言編程技術(shù)；學(xué)習(xí)圖形交互式自動編程方法；了解數(shù)控程序的檢驗方

53、法和仿真形式。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：學(xué)習(xí)重點：計算機(jī)輔助數(shù)控編程的概念、原理、步驟。學(xué)習(xí)難點：圖形交互自動編程技術(shù)。學(xué)習(xí)建議： 復(fù)習(xí)機(jī)床數(shù)控技術(shù)等相關(guān)知識，結(jié)合已學(xué)習(xí)的數(shù)控的基本概念去理解計算機(jī)輔助數(shù)控編程的原理和方法； 如果有條件，學(xué)習(xí)使用cam軟件的nc編程與仿真功能。 第一節(jié) 概述一、數(shù)控加工編程的概念在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，要預(yù)先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和走刀運動數(shù)據(jù)，然后編制加工程序，傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，在事先存入數(shù)控裝置內(nèi)部的控制軟件支持下，經(jīng)處理與計算，發(fā)出相應(yīng)的進(jìn)給運動指令信號，通過伺服系統(tǒng)使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運動，進(jìn)行零件的加工。二、數(shù)控編程的方法數(shù)控編程方法可以分為兩類：一類是手工編程，另一類是自動編程。手工編程 手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝決策、確定加工路線和工藝參數(shù)、計算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗，均由人工來完成。自動編程 自動編程是采用計算機(jī)輔助數(shù)控編程技術(shù)實現(xiàn)