第2章CADCAM系統(tǒng)(新)

1、第二章第二章 CAD/CAM系統(tǒng)系統(tǒng) 2.1 CAD/CAM系統(tǒng)的組成與分類系統(tǒng)的組成與分類 一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及生產(chǎn)設(shè)備等硬件和控制這些硬件運(yùn)行的系統(tǒng)、支撐、應(yīng)用等軟件組成的，如圖所示。 CAD/CAM系統(tǒng)硬件軟件系統(tǒng)軟件支撐軟件應(yīng)用軟件外圍設(shè)備計(jì)算機(jī)生產(chǎn)設(shè)備CAD/CAM系統(tǒng)的組成 CAD/CAM系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成CAD/CAM系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能 1圖形顯示功能 CAD/CAM是一個(gè)人機(jī)交互的過程，從產(chǎn)品的造型、構(gòu)思是一個(gè)人機(jī)交互的過程，從產(chǎn)品的造型、構(gòu)思和方案的確定，結(jié)構(gòu)分析到加工過程的仿真，系統(tǒng)隨時(shí)保證用和方案的確定，結(jié)構(gòu)分析到加工過程的仿真，系統(tǒng)隨時(shí)保證用

2、戶能夠觀察、修改中間結(jié)果，實(shí)時(shí)編輯處理。用戶的每一次操戶能夠觀察、修改中間結(jié)果，實(shí)時(shí)編輯處理。用戶的每一次操作，都能從顯示器上及時(shí)得到反饋，直到取得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。作，都能從顯示器上及時(shí)得到反饋，直到取得最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。圖形顯示功能不僅應(yīng)能對(duì)二維圖形進(jìn)行顯示控制，還應(yīng)包含對(duì)圖形顯示功能不僅應(yīng)能對(duì)二維圖形進(jìn)行顯示控制，還應(yīng)包含對(duì)三維圖形的處理。三維圖形的處理。 2輸入輸出功能 在CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行中，用戶需不斷地將有關(guān)設(shè)計(jì)的要求和各步驟的具體數(shù)據(jù)等輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)的處理，能夠輸出系統(tǒng)處理的結(jié)果，且輸入輸出的信息既可以是數(shù)值的，也可以是非數(shù)值的(例如圖形數(shù)據(jù)、文本、字符等)。 3存儲(chǔ)功

3、能存儲(chǔ)功能 由于CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)量很大，有很多算法會(huì)生成大量的中間數(shù)據(jù)，尤其是對(duì)圖形的操作、交互式的設(shè)計(jì)以及有限元結(jié)構(gòu)分析中網(wǎng)格的劃分等。因此，為了保證系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行，CAD/CAM系統(tǒng)必須配置容量較大的存儲(chǔ)設(shè)備，支持?jǐn)?shù)據(jù)在模塊運(yùn)行時(shí)的正確流通。另外，工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行也必須有存儲(chǔ)空間的保障。 4交互功能(即人機(jī)接口) 在CAD/CAM系統(tǒng)中，人機(jī)接口是用戶與系統(tǒng)連接的橋梁。友好的用戶界面是保證用戶直接而有效地完成復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)的必要條件，除軟件的界面外，還必須有交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的不斷通信。 5造型功能 CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行實(shí)體造型(Solid Modelin

4、g)和曲面造型(Surface Modeling)。系統(tǒng)應(yīng)具有定義和生成基本體素(如立方體、圓柱體、球體、錐體、環(huán)狀體等)的能力，系統(tǒng)應(yīng)可以動(dòng)態(tài)顯示三維模型，具有消隱、彩色濃淡處理三維模型的能力，以便設(shè)計(jì)人員能直接觀察、構(gòu)思和檢驗(yàn)產(chǎn)品三維模型，完成機(jī)械部件的復(fù)雜空間布局。造型技術(shù)是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供各種基本數(shù)據(jù)和原始信息，是后續(xù)處理的基礎(chǔ)。 6計(jì)算分析功能 CAD/CAM系統(tǒng)要根據(jù)三維模型計(jì)算相應(yīng)物體的幾何特征(如體積、表面積、質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、回轉(zhuǎn)半徑等)和物理特征(如應(yīng)力、溫度、位移等)，在圖形處理中要進(jìn)行變換矩陣的運(yùn)算，以及幾何造型中體素之間的交、并、差

5、運(yùn)算，還要進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中工序尺寸和工藝參數(shù)的計(jì)算，結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)力、溫度、位移等物理量的計(jì)算等，為系統(tǒng)進(jìn)行工程分析和數(shù)值計(jì)算提供必要的基本參數(shù)。因此，要求CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)各類計(jì)算分析的算法正確、全面，而且數(shù)據(jù)計(jì)算量大，還要有較高的計(jì)算精度。 7工程繪圖功能 工程繪圖功能是CAD/CAM系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品最終結(jié)果的表達(dá)方式。CAD/CAM系統(tǒng)有處理二維圖形的能力，包括基本圖元的生成、標(biāo)注尺寸和圖形編輯(比例變換、平移、拷貝、刪除等)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程是一個(gè)反復(fù)修改的過程，產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)需要三維圖形，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要使用二維圖形，系統(tǒng)還應(yīng)具備二維圖形與三維圖形之間相互轉(zhuǎn)換的功能。 8結(jié)構(gòu)分析功

6、能 CAD/CAM系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元法，這是一種數(shù)值近似解方法，用來(lái)對(duì)產(chǎn)品三維模型，尤其是結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的零件進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性計(jì)算，以及進(jìn)行零件的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、熱變形、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)強(qiáng)度和應(yīng)力分布狀態(tài)等的計(jì)算分析。 9優(yōu)化設(shè)計(jì)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)功能 CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)化求解的功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化設(shè)計(jì)包括總體方案的優(yōu)化、零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和工藝參數(shù)的優(yōu)化等。 10NC自動(dòng)編程功能自動(dòng)編程功能 CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)人機(jī)交互獲得的零件的有關(guān)數(shù)據(jù)及技術(shù)參數(shù)，自動(dòng)編制出數(shù)控加工源程序，求解出刀位文件，并將刀位文件轉(zhuǎn)換成零件的數(shù)控加工

7、程序。 11動(dòng)態(tài)仿真功能動(dòng)態(tài)仿真功能 CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行加工軌跡仿真，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，運(yùn)動(dòng)軌跡干涉檢查，工件、機(jī)床、刀具、夾具的碰撞、干涉檢驗(yàn)等，以便預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，模擬產(chǎn)品的制造過程和可制造性，避免損壞，減少制造投資。 12工程數(shù)據(jù)管理與信息傳輸及共享功能 由于CAD/CAM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種類繁多，因此，CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)能具備良好的信息傳輸管理功能和信息交換功能，支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全過程的信息傳輸與交換，并可以在多個(gè)設(shè)計(jì)者或設(shè)計(jì)小組之間實(shí)現(xiàn)信息傳輸及共享。 CAD/CAM系統(tǒng)分類（三種分類方式）2、根據(jù)根據(jù)CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)使用的計(jì)算機(jī)硬件及其系統(tǒng)使用的計(jì)算機(jī)硬件

8、及其信息處理方式分類信息處理方式分類 主機(jī)系統(tǒng) 工程工作站系統(tǒng) 微機(jī)系統(tǒng)1 1、根據(jù)使用的支撐軟件規(guī)模大小分類、根據(jù)使用的支撐軟件規(guī)模大小分類 CAD系統(tǒng)：AUTOCAD, SOLIDEDGE CAM系統(tǒng)： MASTERCAM, SURFCAM CAD/CAM集成系統(tǒng)：I-DEAS, PRO/E, UG 以一個(gè)主機(jī)為中心可以支持多個(gè)終端運(yùn)行，共享一個(gè)CPUl主機(jī)系統(tǒng)l工作站系統(tǒng) 工作站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與微機(jī)系統(tǒng)非常相似。系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循這樣一種思想：一個(gè)工程師使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)；而且還能使用所有的計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)的另一特色是工作站本身具有強(qiáng)大的分布式計(jì)算功能，能夠支持復(fù)雜的CAD作業(yè)，能支持多任務(wù)進(jìn)程。 198

9、1年國(guó)外曾經(jīng)對(duì)什么是工程工作站規(guī)定了一些標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)認(rèn)為他們必須是32位機(jī)，具有UNIX操作系統(tǒng)，并采用以太網(wǎng)。 從整體上看，工作站系統(tǒng)的性能還是優(yōu)于微機(jī)系統(tǒng)，它為各種功能強(qiáng)大的CAD/CAM軟件及復(fù)雜應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)，但這種系統(tǒng)需要的軟硬件投資比較大。l微機(jī)系統(tǒng)3 3、根據(jù)、根據(jù)CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)是否使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類系統(tǒng)是否使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類 單機(jī)系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)：采用的網(wǎng)絡(luò)形式有總線網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán) 形網(wǎng)CAD/CAM系統(tǒng)的配置系統(tǒng)的配置 1配置原則 (1) 系統(tǒng)功能： (2) 硬件系統(tǒng)要有良好的開放性且符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)： (3) 經(jīng)濟(jì)性能。 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件配置要考慮

10、以下幾方面：(1) 采用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，一般選用網(wǎng)絡(luò)版；(2) 支撐軟件根據(jù)需要配置成低端、中端或高端系統(tǒng)；(3) 用戶多；(4) 運(yùn)行可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比高；(5) 廠商信譽(yù)及售后服務(wù)好。 2基本配置形式 大型機(jī)系統(tǒng)采用高性能的大型通用計(jì)算機(jī)為主機(jī)，用分時(shí)方式連接幾十臺(tái)圖形終端和字符終端。 小型機(jī)系統(tǒng)配有專用的軟件和硬件，并獨(dú)立承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)，其優(yōu)點(diǎn)是軟件不需要變更即可在其系列產(chǎn)品上使用，但小型機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展能力差，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分散，因此現(xiàn)在應(yīng)用很少。 工作站系統(tǒng)采用高性能的圖形工作站，操作系統(tǒng)采用UNIX，其特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、圖形顯示速度高、具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，但工作站價(jià)格相對(duì)昂貴

11、。 微機(jī)系統(tǒng)采用微型計(jì)算機(jī)為主機(jī)，操作系統(tǒng)為流行的Windows系統(tǒng)或Windows NT系統(tǒng)，其操作非常簡(jiǎn)單，適用于廣大中小用戶的使用。CAD/CAM系統(tǒng)的工作方式系統(tǒng)的工作方式 各種CAD/CAM系統(tǒng)基本采用人機(jī)交互的工作方式(也稱人機(jī)對(duì)話方式)。 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)的硬件CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)硬件的主要要求： A. 性能要求較高的圖形輸入、輸出設(shè)備B. 較高的運(yùn)行速度CAD軟件中大量的復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算C. 足夠的外部存儲(chǔ)空間-計(jì)算過程中大量的圖形、圖像、技術(shù)文件、優(yōu)化分析結(jié)果、圖形庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和配套的應(yīng)用軟件D. 較好的網(wǎng)絡(luò)性能設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性、安全性等在選擇在選擇CAD/C

12、AMCAD/CAM系統(tǒng)硬件時(shí)，首先要考慮能滿足當(dāng)前所需要系統(tǒng)硬件時(shí)，首先要考慮能滿足當(dāng)前所需要的系統(tǒng)功能，其次還要考慮系統(tǒng)今后發(fā)展的可擴(kuò)充性，一的系統(tǒng)功能，其次還要考慮系統(tǒng)今后發(fā)展的可擴(kuò)充性，一般應(yīng)選擇符合公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)。般應(yīng)選擇符合公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)。搬運(yùn)機(jī)械NC機(jī)床機(jī)器人自動(dòng)測(cè)試裝置TCP/IP網(wǎng)絡(luò)主機(jī)掃描儀數(shù)字相機(jī)操作桿光筆鼠標(biāo)鍵盤繪圖儀打印機(jī)磁盤機(jī).CAD/CAM硬件系統(tǒng)的組成顯示器 1主機(jī) CAD/CAM系統(tǒng)中的主機(jī)包括大型機(jī)、小型機(jī)、圖形工作站和微型計(jì)算機(jī)。目前，微型計(jì)算機(jī)在CAD/CAM系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。 主機(jī)由中央處理器(Central Processing Uni

13、t，簡(jiǎn)稱CPU)和存儲(chǔ)器兩部分組成，用于指揮、控制整個(gè)系統(tǒng)完成運(yùn)算和分析工作。 計(jì)算機(jī)主機(jī):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的核心 控制器 中央處理器（CPU） 運(yùn)算器 寄存器 讀寫存儲(chǔ)器（RAM） 內(nèi)存儲(chǔ)器 只讀存儲(chǔ)器 (ROM) 高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache) MIPS：每秒鐘執(zhí)行一百萬(wàn)條整數(shù)運(yùn)算指令 速度 MFLOPS：每秒鐘執(zhí)行一百萬(wàn)條浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算指令評(píng)價(jià)主機(jī)處理能力的指標(biāo) 字長(zhǎng) 存儲(chǔ)器可分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩類。一般常見的CAD/CAM系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)有較大的內(nèi)存容量，目前應(yīng)達(dá)到？ MB以上。 外存儲(chǔ)器是補(bǔ)充內(nèi)存、減輕主機(jī)負(fù)荷的一種輔助存儲(chǔ)設(shè)備，用來(lái)存放大量暫時(shí)不用正等待調(diào)用的程序和數(shù)據(jù)，它通過內(nèi)存參與計(jì)

14、算機(jī)的工作，容量比內(nèi)存大，速度慢。常見的外存儲(chǔ)器有硬盤、光盤、U盤和移動(dòng)硬盤等。 2輸入設(shè)備 (1) 鼠標(biāo)。 (2) 光筆。 (3) 數(shù)字化儀。 (4) 掃描儀。 (5) 觸摸屏。 (6) 語(yǔ)音輸入設(shè)備。 3輸出設(shè)備輸出設(shè)備 (1) 顯示器。 (2) 打印機(jī)。 (3) 繪圖儀。 4網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 (1) 服務(wù)器。 (2) 電纜。 (3) 網(wǎng)卡。 (4) 集線器。 5生產(chǎn)設(shè)備 包括加工設(shè)備(如NC機(jī)床、加工中心等) 物流搬運(yùn)設(shè)備(如有軌小車、無(wú)軌小車、機(jī)器人等) 倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備(如立體倉(cāng)庫(kù)、刀庫(kù)等) 輔助設(shè)備(如對(duì)刀儀等)。2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件軟件著重研究如何有效地管理和使用硬件，如何實(shí)現(xiàn)人

15、軟件著重研究如何有效地管理和使用硬件，如何實(shí)現(xiàn)人們所希望的各種功能要求，因此，軟件水平的高低直接們所希望的各種功能要求，因此，軟件水平的高低直接影響到影響到CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)的功能、工作效率及使用的方便程系統(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(jì)算機(jī)的全部技術(shù)。度，軟件包含了管理和應(yīng)用計(jì)算機(jī)的全部技術(shù)。 根據(jù)在根據(jù)在CAD/CAMCAD/CAM系統(tǒng)系統(tǒng)中執(zhí)行的任務(wù)和服務(wù)的對(duì)象中執(zhí)行的任務(wù)和服務(wù)的對(duì)象的不同，可將軟件系統(tǒng)分為的不同，可將軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次；即三個(gè)層次；即系統(tǒng)軟件、支系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件撐軟件和應(yīng)用軟件1系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、圖形接口及接口標(biāo)準(zhǔn)。其中，操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心。目前在機(jī)械CAD/CAM系統(tǒng)中廣泛采用的操作系統(tǒng)有UNIX和Widnows兩種。 系統(tǒng)軟件：具有通用性和基礎(chǔ)性 2支撐軟件支撐軟件 目前市場(chǎng)上出售的CAD/CAM軟件基本屬于支撐軟件。 功能集成型支撐軟件提供了設(shè)計(jì)、分析、造型、數(shù)控編程及加工控制等多種模塊。 功能單一型支撐軟件只用于實(shí)現(xiàn)某些典型功能。 如造型軟件(包括二維、三維繪圖軟件包)、有限元分析軟件、動(dòng)態(tài)仿真軟件、數(shù)