第1章 CADCAM概述(新)

1、2021-10-291第1章 概述 1.1 CAD/CAM的基本概念的基本概念 1.2 CAD/CAM技術(shù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展歷程的應(yīng)用和發(fā)展歷程 1.3 CAD/CAM技術(shù)的學(xué)習(xí)方法技術(shù)的學(xué)習(xí)方法 2021-10-292CAD/CAM的基本概念的基本概念 人工設(shè)計(jì)方式不可避免地存在著以下的不足之處： (1) 難以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (2) 設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。 (3) 材料消耗大。2021-10-293 機(jī)械產(chǎn)品的CAD系統(tǒng)應(yīng)能完成以下工作：零件的幾何建模設(shè)計(jì)、部件的裝配設(shè)計(jì)、零件圖及部件裝配圖設(shè)計(jì)、零件的有限元分析、各臺(tái)微機(jī)之間的零部件數(shù)據(jù)(包括圖形)交換等。具體說(shuō)，其主要功能如下： 2021-10-29

2、4(1) 造型功能；(2) 二維圖形與三維圖形的相互轉(zhuǎn)換功能；(3) 參數(shù)化設(shè)計(jì)功能；(4) 圖形處理功能；(5) 三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析和仿真功能；(6) 物體質(zhì)量特征計(jì)算功能；(7) 有限元分析功能； (8) 數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交換功能。 2021-10-295 機(jī)械產(chǎn)品的CAM系統(tǒng)應(yīng)能提供一種交互式編程并產(chǎn)生加工軌跡的方法，它包括加工規(guī)劃、刀具設(shè)定、工藝參數(shù)設(shè)置等內(nèi)容。具體地說(shuō)，應(yīng)具備以下幾方面功能： 2021-10-296 (1) 系統(tǒng)應(yīng)可以建立二維和三維刀具路徑； (2) 系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多種加工方法； (3) 系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)刀具路徑的編輯和修改； (4) 系統(tǒng)應(yīng)具備刀具數(shù)據(jù)庫(kù)和材料數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)應(yīng)

3、能自動(dòng)生成進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速； (5) 系統(tǒng)有內(nèi)置的防碰撞和防過(guò)切功能； (6) 系統(tǒng)應(yīng)能人工調(diào)整任何機(jī)加工缺省值(如進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等)； (7) 系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬，并可以估算加工時(shí)間。 2021-10-297CAD/CAM技術(shù)原理廣義的CAD/CAM技術(shù)：是指利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的整個(gè)過(guò)程及與之直接或間接相關(guān)的活動(dòng)。狹義的CAD/CAM技術(shù)：指利用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品的造型、計(jì)算分析和數(shù)控程序的編程。CAD/CAM與制造模式傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造方式：以技術(shù)人員為中心先進(jìn)制造技術(shù)：以CAD/CAM技術(shù)為核心 以計(jì)算機(jī)為中心2021-10-298CAD/CAM集成

4、的概念集成的概念 CAD/CAM集成的作用： (1) 有利于系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的資源共享，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低了系統(tǒng)成本； (2) 避免了CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)之間的信息傳遞誤差，特別是人為的傳遞誤差，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量； (3) 有利于各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并行作業(yè)，縮短產(chǎn)品上市周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力； (4) 有利于實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)(Design for Manufacturing，簡(jiǎn)稱DFM)和面向裝配的設(shè)計(jì)(Design for Assembly，簡(jiǎn)稱DFA)，降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力； (5) 有利于敏捷制造等先進(jìn)制造模式的實(shí)施，擴(kuò)大企業(yè)的市場(chǎng)機(jī)遇。 2021-10-299

5、 對(duì)于CAD/CAM集成系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)具備以下三個(gè)基本特征： (1) 數(shù)據(jù)共享： (2) 系統(tǒng)集成化： (3) 開放性： 2021-10-2910 CADCAM系統(tǒng)的集成就是把CAD、CAM、CAE、CAPP、NCP(數(shù)控編程)以及PPC(生產(chǎn)計(jì)劃與控制)等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)用統(tǒng)一的執(zhí)行機(jī)制來(lái)組織各種信息的提取、交換、共享和處理，以保證系統(tǒng)內(nèi)的信息的暢通。也就是說(shuō)：它是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制等有機(jī)地集成在一起。2021-10-2911CAD/CAM的生存環(huán)境操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理平臺(tái)（PDM）、集成制造環(huán)境（CIMS）CAD/CAM系統(tǒng)的工作過(guò)程2021-10-29

6、122021-10-2913CAD/CAM的發(fā)展歷程 1952-1955：MIT 伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室完成數(shù)控銑床研究 D. T. Ross, 計(jì)算機(jī)輔助制造開端2021-10-2914 美國(guó)麻省理工學(xué)院的DTRoss研制了在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的自動(dòng)編程工具APT(Automatically Programmed Tools)NC語(yǔ)言系統(tǒng)，應(yīng)用這種語(yǔ)言通過(guò)對(duì)刀具軌跡的描述，就可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助編制NC加工程序。 1 9 5 8年 ， 人 們 成功研制了自動(dòng)換刀 鏜銑加工中心(Machining Center，簡(jiǎn)稱MC)，使得在一次裝夾中能完成多工序的集中加工，提高了NC機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量。

7、2021-10-2915 50年代中期：US Air Forces SAGE（地面防空系統(tǒng)） MIT Lincoln Laboratory 最早使用光筆2021-10-29161962年，S. A. Coons發(fā)表：An outline of the requirements for the computer Aided Design計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)需求綱要 設(shè)計(jì)者使用 CRT顯示器與光筆操作從概念設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)以及制造均采用計(jì)算機(jī)輔助僅僅是設(shè)想了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的形式2021-10-291760年代初期，Ivan Sutherland，SKETCHPAD（畫板）光筆實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，定位圖形元素工程

8、圖輪廓、尺寸等的分層表示交互式圖形學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)2021-10-2918 1962年，第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生，實(shí)現(xiàn)了物流搬運(yùn)柔性自動(dòng)化；第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)集中控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的實(shí)現(xiàn)，降低了數(shù)控裝置的制造成本，提高了工作可靠性。 2021-10-29191967年，英國(guó)莫林公司建造了第一條計(jì)算機(jī)集中控制的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括6臺(tái)加工中心和一條自動(dòng)運(yùn)輸線，用計(jì)算機(jī)編制程序、作業(yè)計(jì)劃和報(bào)表。 美國(guó)辛辛那提公司研制出了類似系統(tǒng)，于20世紀(jì)70年代初期定名為柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱FMS)。 2021-10-2920 20世紀(jì)70年代中期，由于

9、微處理機(jī)(大規(guī)模集成電路)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的性能成倍提高，體積及成本大大下降，從而促進(jìn)了柔性制造技術(shù)迅猛發(fā)展，各種微機(jī)數(shù)控(Computerized Numerical Control，簡(jiǎn)稱CNC)技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用。 2021-10-2921Sutherland在1968左右發(fā)明了HMD，Head Mounted Display，即頭盔顯示器 VR應(yīng)用2021-10-29221959，DAC-1（Design Automated by Computer ）, 第一個(gè)commercial（商業(yè)） CAD 系統(tǒng)，由IBM為General Motors開發(fā)Dr. Patrick J. Hanrat

10、ty 于1957 開發(fā)了第一個(gè)commercial numerical-control programming system被稱為：“the Father of CAD/CAM ” 2021-10-29231963年，Stanford Research Institute的Doug Englebart 發(fā)明鼠標(biāo)2021-10-2924 In 1960 McDonnell Douglas Automation Company (McAuto) 的CADD 是最早的 CAD程序 可以顯示2D與3D的線條In 1969 Computervision成立，第一個(gè)商用 CAD system 賣給了 Xe

11、rox 公司 （施樂(lè)） 1969年，Xerox PARC研究中心 成立 ，GUI（Graphic user interface)誕生2021-10-2925Windows 1995 Apple Macintosh 1984 Xerox Star, 1981 GUI GUI 發(fā)展的幾個(gè)主要產(chǎn)品發(fā)展的幾個(gè)主要產(chǎn)品2021-10-2926 1969年，Bell Labs 建立第一個(gè)幀緩存framebuffer (3 bits) 1969年，SIGGRAPH（美國(guó)計(jì)算機(jī)繪圖專業(yè)組） 成立 (began as special interest committee in 1967 by Sam Matsa

12、 and Andy vanDam) 1969年，ARPANET（美國(guó)國(guó)防部網(wǎng)絡(luò)） 誕生 1970年，法國(guó)Renault（雷諾） 公司的Pierre Bezier提出一種全新的數(shù)學(xué)方法，用于構(gòu)造汽車自由曲面。由他領(lǐng)導(dǎo)研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系統(tǒng)，從1972年起應(yīng)用于汽車外形打樣和模具加工，為計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)CAGD研究方向奠定了基礎(chǔ)和發(fā)展方向。2021-10-2927美國(guó)的洛克希德公司從1974年起向市場(chǎng)推出了CADAM系統(tǒng)，成為70年代中至80年代末國(guó)際上最流行的第一代IBM主機(jī)版交互繪圖系統(tǒng)麥道公司從1976年起開發(fā)Unigraphics系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱UG，目前屬于E

13、DS公司（1975年建立）法國(guó) Dassault 公司1975年花一百萬(wàn)美元買下了CADAM源程序，學(xué)習(xí)CADAM的技術(shù)訣竅，同時(shí)又發(fā)展Bezier曲面造型方法，自主開發(fā)了CATIA飛機(jī)外形設(shè)計(jì)和數(shù)控加工系統(tǒng)。2021-10-292860年代中期到70年代中期，是CAD/CAM技術(shù)趨于成熟的階段 此時(shí)的CAD技術(shù)價(jià)格極其昂貴，曾幾何時(shí)，在國(guó)內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需1520萬(wàn)美元 2021-10-2929基于對(duì)于CAD/CAE一體化技術(shù)發(fā)展的探索，SDRC公司于1979年發(fā)布了世界上第一個(gè)完全基于實(shí)體造型技術(shù)的大型CAD/CAE軟件I-DEAS。由于實(shí)體造型技術(shù) 能夠精確表達(dá)零件的全部屬

14、性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了驚人的方便性。 2021-10-2930通用實(shí)體造型平臺(tái)Parasolid與Acis均出自劍橋大學(xué)Ian Braid于1973年的博士論文他和導(dǎo)師Charles Lang，以及同窗Alan Grayer都有很強(qiáng)的商業(yè)意識(shí)，1974年在劍橋買下了一幢小住宅樓，創(chuàng)辦了Shape Data公司，并于1978年開發(fā)出第一代實(shí)體造型軟件Romulus。1981年美國(guó)E&S公司買下Shape Data，著手開發(fā)第二代產(chǎn)品Parasolid,1988年并入U(xiǎn)G2021-10-29311986年美國(guó)Spatial Technology

15、公司再次找到Ian Braid等合作，開發(fā)了ACISACI是Alan Grayer，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（實(shí)體）的字首ACIS于1989年上市由于它的技術(shù)性能好，很多CAD廠商都用它替換了自己產(chǎn)品中的原有模塊,包括Autodesk公司的MDT等2021-10-2932進(jìn)入80年代中期，CV公司內(nèi)部以高級(jí)副總裁為首的一批人提出了一種參數(shù)化實(shí)體造型方法主要具有以下特點(diǎn)：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改Parametric Technology Corp. 最早推出T-FLEX1989年，PRO/Engineer的第一個(gè)版本80年代

16、末，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，硬件成本大幅度下降，大大推動(dòng)了中小企業(yè)對(duì)CAD技術(shù)的應(yīng)用2021-10-2933SDRC的開發(fā)人員以參數(shù)化技術(shù)為藍(lán)本，提出了一種比參數(shù)化技術(shù)更為先進(jìn)的實(shí)體造型技術(shù)變量化技術(shù)，作為今后的開發(fā)方向。經(jīng)三年時(shí)間，投資一億多美元，將軟件全部重新改寫，于1993年推出全新體系結(jié)構(gòu)的 I-DEAS Master Series 軟件在早期出現(xiàn)的大型CAD軟件中，這是唯一一家在90年代將軟件徹底重寫的廠家。2021-10-2934組件式開發(fā)的典型例子：SolidWorks利用PARASOLID作為實(shí)體幾何建模器D-Cubed公司的DCM作為尺寸約束管理器Lightwork Design

17、公司的Lightworks作為帶真實(shí)感的濃淡處理器Microsoft的Foundation Class作為其基于Windows應(yīng)用的接口開發(fā)工具其他如有限元分析模塊2021-10-2935微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)：Autodesk公司16個(gè)人于1982年合辦John Walker：PC運(yùn)行的$1000以內(nèi)的CAD軟件 第一版的AutoCAD 基于1981年由Mike Riddle 寫的名為MicroCAD的軟件（Interact）AutoCAD是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領(lǐng)域擁有廣泛的用戶群MDT、Inventor三維設(shè)計(jì) 2021-10-2936其它微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)Bentley：M

18、icrostationSolidworksDassaultSolidedge EDSCimatron：以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)IronCAD創(chuàng)新式協(xié)同設(shè)計(jì) 韓道暘先生 2021-10-2937CAD/CAE/CAM的發(fā)展歷程開發(fā)大型CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的瓶頸：1、開發(fā)費(fèi)用；2、政府支持；3、軍方支持；4、技術(shù)力量。2021-10-2938幾家大型的CAD/CAM公司及其支持廠商：軟件名稱背后財(cái)團(tuán)國(guó)籍CADAM洛克希德(Lochheed)公司USACALMA通用電氣(GE)公司USACV波音(Boeing)

19、公司USAI-DEAS美國(guó)國(guó)家航空及宇航局(NASA)USAUG麥道(MD)公司USACATIA達(dá)索(Dassault)公司法國(guó)2021-10-2939幾家大型的CAD/CAM公司及其支持廠商：其他的公司：2021-10-2940CAD/CAE/CAM的發(fā)展歷程80年代是CAD/CAM技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)期 80年代 CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)） CE（并行工程 ）2021-10-2941 CAD/CAE/CAM技術(shù)的現(xiàn)狀 為了適應(yīng)CIMS及CE發(fā)展的需要， CAD/CAE/CAM 正向集成化和智能化方向發(fā)展。 1、在集成化方面，以開發(fā)符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化特征造型系統(tǒng)為主，目前已進(jìn)行了大量卓有成效的工作，是國(guó)內(nèi)外開發(fā)的熱點(diǎn)； 2、