模具專業(yè)英語Unit5課件

陳顯冰

DieDesignUnit5TheComputerin5.1IntroductionofCADThetermCADisalternatelyusedtomeancomputeraideddesignandcomputeraideddrafting.Actuallyitcanmeaneitheroneorbothoftheseconcepts,andthetooldesignerwillhaveoccasiontouseitinbothforms.術語CAD既指計算機輔助設計又可指計算機輔助繪圖。實際上這兩種含義的CAD術語，工程設計師都會用得到。CADcomputeraideddesignmeansusingthecomputerandperipheraldevicestosimplifyandenhancethedesignprocess.CADcomputeraideddraftingmeansusingthecomputerandperipheraldevicestoproducethedocumentationandgraphicsforthedesignprocess.Thisdocumentationusuallyincludessuchthingsaspreliminarydrawings,workingdrawings,partslists,anddesigncalculations.CAD計算機輔助設計意味著用計算機及其外圍設備簡化設計過程和提高設計工藝性，而CAD計算機輔助繪圖則指用計算機和外圍設備制作設計過程文件和圖樣。設計文件通常包括初步設計圖案、工作圖樣、零件列表和設計計算。

ACADsystem,whethertakentomeancomputeraideddesignsystemorcomputeraideddraftingsystem,consistsofthreebasiccomponents:hardware,software,andusers.ThehardwarecomponentsofatypicalCADsystemincludeaprocessor,asystemdisplay,akeyboard,adigitizer,andaplotter.ThesoftwarecomponentofaCADsystemconsistsoftheprogramswhichallowittoperformdesignanddraftingfunctions.Theuseristhetooldesignerwhousesthehardwareandsoftwaretosimplifyandenhancethedesignprocess.一個CAD系統(tǒng)無論是指計算機輔助設計系統(tǒng)還是計算機輔助繪圖系統(tǒng)都由三個基本部分組成：硬件,軟件,用戶。一臺典型的CAD系統(tǒng)硬件組成包括處理器、顯示器、鍵盤、數(shù)字化處理器和繪圖機；CAD軟件由能夠完成設計和繪圖功能的程序組成。用戶是工具設計師，他用硬件和軟件簡化設計過程，提高設計工藝。Thebroad-basedemergenceofCADonanindustry-widebasisdidnotbegintomaterializeuntilthe1980’s.However,CADasaconceptisnotnew.Althoughithaschangeddrasticallyovertheyears,CADhaditsbeginningalmostthirtyyearsagoduringthemiddle1950’s.Someofthefirstcomputersincludegraphicsdisplays.NowagraphicsdisplayisanintegralpartofeveryCADsystem.直至20世紀80年代，CAD在工業(yè)范圍內都沒有實質性的廣泛出現(xiàn)?，F(xiàn)在CAD這個概念已被我們所熟悉。盡管在過去幾十年中CAD有非常大的改變，但最早出現(xiàn)CAD是20世紀50年代中期。那時個別的第一代計算機才包含有圖像顯示器，而現(xiàn)在圖像顯示器是每一個CAD系統(tǒng)必須擁有的部分。

Graphicsdisplaysrepresentedthefirstrealsteptowardbringingtheworldsoftooldesignandthecomputertogether.Theplottersdepictedinfigure,representedthenextstep.Withtheadventofthedigitizingtabletintheearly1960’s,CADhardwareasweknowittodaybegantotakeshape.Thedevelopmentofcomputergraphicssoftwarefollowedsoonafterthesehardwaredevelopments.圖像顯示器代表了工具設計領域朝著與計算機結合走出的真實的第一步。繪圖機在圖形表達上實現(xiàn)了第二步。隨著20世紀60年代早期出現(xiàn)的數(shù)字化板，我們現(xiàn)在熟知的CAD硬件開始形成。緊接著計算機硬件的發(fā)展計算機圖形處理軟件也快速發(fā)展。EarlyCADsystemswerelarge,cumbersome,andexpensive.Soexpensive,infact,thatonlythelargestcompaniescouldaffordthem.Duringthelate1950’sandearly1960’s,CADwaslookedonasaninteresting,butimpracticalnoveltythathadonlylimitedpotentialintooldesignapplications.However,withtheintroductionofthesiliconchipduringthe1970’s,computersbegantotaketheirplaceintheworldoftooldesign.早期的CAD系統(tǒng)又大又笨，且價格昂貴。事實上由于如此昂貴。僅少數(shù)大公司能夠承受。在20世紀50年代末60年代初期，CAD看起來有趣、新穎，卻不切實際，在工具設計領域僅有有限的潛在應用可能性。然而隨著20世紀70年代硅片的引進，計算機開始在工具設計領域占據自己的位置。Integratedcircuitsonsiliconchipsallowedfullscalecomputerstobepackagedinsmallconsolesnolargerthantelevisionsets.Theses“mini-computers”hadallofthecharacteristicsoffullscalecomputers,buttheyweresmallerandconsiderablylessexpensive.Evensmallercomputerscalledmicrocomputersfollowedsoonafter.

由于計算機所需的集成電路均制作在小小的硅片上，因此組裝起來的實際計算機與電視機一樣大。小型計算機具有全功能計算機的全部性能，但體積要小得多，且相當便宜，甚至被稱作小型機的微型計算機很快也將如此。The1970’ssawcontinuedadvancesinCADhardwareandsoftwaretechnology.Somuchsothatbythebeginningofthe1980’s,makingandmarketingCADsystemshadbecomeagrowthindustry.Also,CADhasbeentransformedfromitsstatusofimpracticalnoveltytoitsnewstatusasoneofthemostimportantinventionstodate.By1980,numerousCADsystemswereavailableranginginsizesfrommicrocomputersystemstolargeminicomputerandmainframesystems.20世紀70年代，CAD硬件和軟件技術繼續(xù)進步，更多進步則開始于80年代，CAD的生產和市場化使其成為發(fā)展飛快的行業(yè)，而且今天CAD已經從不切實際的新玩意轉變成為最重要發(fā)明中的新成員。到了80年代，眾多CAD系統(tǒng)可以應用于從微型計算機系統(tǒng)到小型計算機和主機系統(tǒng)。5.2CAD/CAMComputer-aideddesign/computer-aidedmanufacturing(CAD/CAM)referstotheintegrationofcomputersintothedesignandproductionprocesstoimproveproductivity.TheheartoftheCAD/CAMsystemisthedesignterminalandrelatedhardware,suchascomputer,printer,plotter,papertapepunch,atapereader,anddigitizer.Thedesignisconstantlymonitoredontheterminaluntilitiscompleted.Ahardcopycanbegeneratedifnecessary.Acomputertapeorothercontrolmediumcontainingthedesigndataguidescomputer-controlledmachinetoolsduringthemanufacturing,testing,andqualitycontrol.計算機輔助設計/計算機輔助制造（CAD/CAM）指的是計算機系統(tǒng)整體進入產品設計和制造過程，提高生產效率。CAD/CAM系統(tǒng)的核心是設計終端和與之相關的硬件，如計算機、打印機、繪圖機、紙帶穿孔機、紙帶閱讀器及讀數(shù)機等。設計過程課一直在終端監(jiān)控到，直至完成。如需要可以進行硬拷貝。在產品進行加工、實驗和質量控制時，計算機磁帶或其他含有設計數(shù)據的媒介物引導計算機控制加工機器。

ThesoftwareforCAD/CAMisacollectionofcomputerprogramsstoredinthesystemtomakethevarioushardwarecomponentsperformspecifictasks.ExamplesofsoftwareareprogramsdevelopedtogenerateaNCtoolpath,toassembleabillfmaterial,ortocreatenodsandelementsanafiniteelementmodel.Someofthesesoftwarepackagearereferredtoassoftwaremodulesandcanbeclassifiedintofourcategories:operatingsystems,general-purposeprograms,applicationprograms,anduserprograms.Althoughthereareotherkindsofsoftware,thesearesufficientforanexplanationofthecomplexitiesindevelopingaCAD/CAMsystem.

CAD/CAM軟件是一批儲存在系統(tǒng)中的計算機程序，他們控制系統(tǒng)的各種硬件完成特定任務。軟件的一些實例如創(chuàng)建NC機床路徑、調集材料單或有限元模型上創(chuàng)建結點和元素等工作的程序。一些軟件包被稱為軟件模型，可以分為四類：（1）操作系統(tǒng)，（2）通過程序，（3）應用程序，（4）用戶程序。盡管還有其他種類的軟件，但這四種分類足以解釋在開發(fā)CAD/CAM軟件系統(tǒng)中錯綜復雜的情況。

Operatingsystemsareprogramswrittenforaspecificcomputerorclassofcomputers.Forconvenientandefficientoperation,programsanddataareavailableinthesystem’smemory.Theoperatingsystemisespeciallyconcernedwiththeinput/output(I/O)deviceslikeFORTRANthatallowsthegenerationofgeometricentitiessuchasline,circles,andparabolasandacombinationofthesetomakedesigns.Thesedesignsmayrangefromprintedcircuitstodrilljigsandfixtures.操作系統(tǒng)是為特殊計算機或分級別計算機編寫的程序。為方便和有效地操作計算機，程序和數(shù)據存儲在計算機內存中。操作系統(tǒng)特別與輸入/輸出（I/O）設備有關，像FORTRAN這樣的高級語言編寫的繪圖程序可以創(chuàng)建像線條、圓和拋物線這樣的幾何實體，并把它們結合起來進行設計，這些設計范圍從印制線路到設計鉆模和夾具。ApplicationprogramsaredevelopedforaspecializedapplicationwasAutomaticallyProgrammedTools(APT)in1956.APTwasdevelopedtocasethejobofNCprogrammedTools(APT)in1956.APTwasdevelopedtoeasethejobofNCprogrammersindevelopinginputtoNCmachine

tools.Otherexamplesofapplicationprograms,relativetoCAD/CAM,areprogramsdevelopedspecificallyforthegenerationoffiniteelementmeshandflatpatterndevelopmentor“unbending”ofsheetmetalparts.Theseprogramsareusuallypurchasedwiththesystemorfromasoftwaresupplier.應用程序是專門目的或特殊用途而開發(fā)的。第一個專用語言是1956年的自動編程工具（AutomaticallyProgrammedTools,縮寫APT）。APT用于簡化開發(fā)輸入NC機床的NC程序。與CAD/CAM相關的應用程序的其他例子是為一些專門用途開發(fā)的程序，如創(chuàng)建有限元網絡和平面模型開發(fā)或“無撓曲”的金屬板零件。這些軟件通常與系統(tǒng)一起購買或由軟件供應商提供。UserprogramsinCAD/CAMarehighlyspecializedpackagesforcreatingspecificoutputs.Forexample,auserprogrammayautomaticallydesignagearaftertheuserinputscertainparameterslikethenumberofteeth,pitchdiameter,andsoon.Anotherprogrammaycalculateoptimumfeedsandspeeds,givencutterinformation,material,depthofcut,andsoon.

Theseprogramsareoftendevelopedbytheuserfromasoftwaremodulefurnishedbythesupplierofgeneral-purposesoftware.NotallCAD/CAMsoftwarepackageshavetheseuserprograms,eventhoughconsiderablesavingscanbeachievedwiththem.為了特殊的輸出要求，CAD/CAM中的用戶程序要求高度專業(yè)化的打包。例如，當用戶輸入如齒數(shù)、節(jié)圓直徑等參數(shù)后，用戶程序可以自動地設計齒輪。另一個程序可以根據給出的刀具參數(shù)、材料、背吃刀量等數(shù)據計算出最佳進給和切削速度。這類程序通常由用戶利用軟件供應商提供的軟件模型或利用通用軟件開發(fā)出來。不是所有的CAD/CAM軟件包都有這樣的用戶程序，盡管應用它們可以達到相當節(jié)省的目的。ComputerGraphicsThecomputergraphicssystemaccumulatesandstoresphysicallyrelateddataidentifyingthepreciselocation,dimensionsdescriptivetext,andotherpropertiesofeverydesignelement.Thedesign-relateddatahelptheuser-operatorperformcomplexengineeringanalysis,generatebillsof

materials,producereports,anddetectdesigninconsistenciesbeforethepartreachesmanufacturing.計算機繪圖。計算機繪圖系統(tǒng)積累并儲存了與精定位、尺寸描述文本和每一個設計元素的特征等相一致的有關實際數(shù)據。這些與設計有關的數(shù)據幫助用戶完成復雜的工程分析，建立材料清單，產生分析報告，在零件被送去加工前檢測出不合理的設計問題。Withcomputergraphicstwo-dimensionaldrawingscanbemadeintothree-dimensionalwireframesandsolidmodels.用計算機二維繪圖能夠建立三維線框模型和實體模型。WireFramesThesimplewireframeplotistheleastexpensiveformofgeometricallydisplayingamodel.Itisusefultoverifythebasicpropertiesofashapeandcontinuityofthemodel.However,whenacomplexmodelisdeveloped,wireframedisplaysbecomeinadequate.Solidmodelseliminatemostoftheproblemsofthewireframe.

線框模型。簡單的線條結構曲線圖是最便宜的表現(xiàn)幾何模型的形式。線條圖能有效地表達平面圖形特征和保持模型連貫。然而，當開發(fā)復雜的產品模型時，線條圖就不能很好表達，而實體模型則可以解決線框模型中的大部分問題。SolidMethodThismethodissimilartotheB-Repbutenhancesthecreationoffiniteelementmodelduringgenerationofthedesign.Commercialpackagesdonotusestrictlyonemethodoranother.Asanexample,CSGpackagemayuseB-Reptechniquestogenerateinitialpatterns,whileB-ReporanalyticalpackagemayuseBooleanalgebratosubtractpatterns,suchascylindersorcones,fromadesigntocreateaholeinthedesign.分析方法。這種方法與B-Rep方法類似，但是它在設計圖形過程中增強了有限元模型的創(chuàng)造性。商業(yè)化的軟件包并不嚴格地用這種方法或另一種方法。例如，CSG軟件包可能用B-Rep技術創(chuàng)建最初的幾何模型，而B-Rep軟件包或分析軟件包可能用布爾代數(shù)去除某些幾何模型，如在設計的幾何體中用去除圓柱體或圓錐體而形成一個孔。Computer-aidedmanufacture(CAM)centersaroundfourmainareas:NC,processplanning,robotics,andfactorymanagement.計算機輔助制造（CAM）的核心圍繞著四個領域：數(shù)字控制、制定工藝過程、機器人和工廠管理。NumericalControlTheimportanceofNCintheCAMareaisthatthecomputercangenerateaNCprogramdirectlyfromageometricmodelorpart.Atpresent,automaticcapabilitiesaregenerallylimitedtohighlysymmetricgeometriesandotherspecializedparts.However,inthenearfuturesomecompanieswillnotusedrawingatall,butwillbepassingpartinformationdirectlyfromdesigntomanufacturingviaadatabase.Asthedrawingsdisappear,sowillmanyoftheproblems,sincecomputermodelsdevelopedfromacommonintegrateddatabasewillbeusedbybothdesignandmanufacturing.Thiscanbedoneeventhoughthedepartmentsmaybewidelyseparatedgeographically,becauseinessencetheywillbenofartherapartthantheterminalsontheirrespectivedesks.數(shù)字控制。在CAM領域中NC的重要性是計算機能夠直接從幾何模型或零件創(chuàng)建NC程序。目前這種自動創(chuàng)造能力還局限于高度對稱的幾何體和其他一些特殊零件。然而，在不遠的將來，一些公司將完全不用畫圖，而是通過數(shù)據庫直接將設計的零件信息輸送到制造場地。由于不再使用圖樣，從而因使用圖樣所帶來的許多問題也會隨之消失。這是因為此時設計和制造所使用的計算機模型都是由一個通用集成數(shù)據庫形成的。這樣做甚至不在乎設計部門和制造部門距離非常遙遠，因為在本質上再遠也遠不過放置各個終端機的寫字臺間的距離。ProcessPlanningProcessplanninginvolvesthedetailedplanningoftheproductionsequencefromstarttofinish.WhatisrelevanttoCAMisaprocessplanningsystemthatisabletoproduceprocessplansdirectlyfromthegeometricmodeldatabasewithalmostnohumanassistance.制造工藝過程。制造工藝過程包括從生產開始到完成各個生產程序的詳細描述。一個與CAM相適應的制定工藝過程系統(tǒng)能夠不用人輔助直接從幾何模型數(shù)據庫產生工藝過程文件。RobotsManyadvancesarebeingmadetointegraterobotsintothemanufacturingsystem,asinon-lineas