計算機輔助設(shè)計與制造

《先進制造技術(shù)》電子教案授課章節(jié)5.2計算機輔助設(shè)計與制造知識目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)情感目標(biāo)教學(xué)重點1、 了解CAD/CAM的概念和組成知識目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)能力目標(biāo)情感目標(biāo)教學(xué)重點1、 了解CAD/CAM的概念和組成2、 了解CAD/CAM系統(tǒng)的功能3、 了解CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢能夠?qū)Ξa(chǎn)品進行計算機輔助設(shè)計與制造1、 培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提升自學(xué)能力2、 引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的分析方法，養(yǎng)成解決生產(chǎn)實際問題的思維習(xí)慣3、 培養(yǎng)學(xué)生在分析、應(yīng)用過程中的條理性、協(xié)調(diào)性和嚴(yán)謹(jǐn)性CAD/CAM的概念和組成教學(xué)難點 CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢【第一環(huán)節(jié)】課程導(dǎo)入限時5分鐘1、組織教學(xué)考勤詢問，鼓士氣 i2、回顧5.1數(shù)控技術(shù)11）數(shù)控技術(shù)的概念、發(fā)展階段每個問題限時1分鐘，可提問4名學(xué)生，|12）先進的數(shù)控系統(tǒng)待其回答完成后糾正錯誤，并就回答情況!3）數(shù)控編程技術(shù)作簡要評價 114）高速數(shù)控機床3、導(dǎo)入5.2計算機輔助設(shè)計與制造限時2分鐘 |實施【第二環(huán)節(jié)】授課過程 限時80分鐘教學(xué)1、CAD/CAM概述及組成限時20分鐘。 j目標(biāo)2、CAD/CAM系統(tǒng)的功能限時20分鐘。 i過程3、CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢限時40分鐘。為重點內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積11設(shè)計 極思考、理解、記憶?！镜谌h(huán)節(jié)】歸納總結(jié)限時5分鐘1、課后小結(jié)1）CAD/CAM概述及組成限時4分鐘。串講本次授課重點難點內(nèi)容;2）CAD/CAM系統(tǒng)的功能簡要評價本次授課學(xué)生的表現(xiàn) i■3）CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢12、作業(yè)布直1）預(yù)習(xí)5.3工業(yè)機器人限時1分鐘2）CAD/CAM系統(tǒng)的功能【第一環(huán)節(jié)】課程導(dǎo)入1.數(shù)控技術(shù)的概念、發(fā)展階段1.數(shù)控技術(shù)的概念、發(fā)展階段數(shù)控技術(shù)是微電子技術(shù)與傳統(tǒng)機械技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它可以根據(jù)機械加工的工藝要求，使用計算機技術(shù)對整個加工過程進行信息處理與控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。數(shù)字控制（NumericalControl，NC）是用數(shù)字化信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種技術(shù)方法，簡稱數(shù)控。數(shù)控機床（NCMachine）是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能進行邏輯和數(shù)學(xué)運算，能處理具有特定代碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序。通俗講就是采用了數(shù)控技術(shù)或者是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。數(shù)控系統(tǒng)（NCSystem）能自動閱讀輸入介質(zhì)上記載的程序，并將其譯碼，控制機床運動，實現(xiàn)零件加工過程的程序控制系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷，見下表。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷發(fā)展階段發(fā)展特征年代一NC階段1電子管19462晶體管19523中小規(guī)模集成電路1962二CNC階段4小型計算機19705微處理器1974三ONC階段6PC機平臺開放式1990先進的數(shù)控系統(tǒng)1） 開放式數(shù)控系統(tǒng)2） 智能數(shù)控系統(tǒng)3） 特種加工數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控編程技術(shù)一般來說，數(shù)控編程的過程主要包括：零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值處理、程序編制、控制介質(zhì)制作和程序校核試切等過程。數(shù)控編程首先需要考慮的問題是滿足零件加工的要求，能加工出合格零件，然后考慮優(yōu)化生產(chǎn)效率和制造成本，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。數(shù)控編程的方法有四種。1） 手工編程2） 自動編程3） 面向車間的編程（WOP）4） CAD/CAM集成系統(tǒng)數(shù)控編程高速數(shù)控機床一般認(rèn)為，凡是切削速度、進給速度高于常規(guī)值5?10倍以上的數(shù)控機床即為高速數(shù)控機床。目前，高速數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速一般在10000r/min以上，甚至可以高達60000?100000r/min，主電動機功率為15?80kW。進給量和快速行程速度約在30?100m/min的范圍內(nèi)變化。高速數(shù)控機床的高速特性還表現(xiàn)在主軸和工作臺具有極大的加速度性能，主軸從起動到最高轉(zhuǎn)速只用1?2s的時間，工作臺的加（減）速度可達到（1?10）g，g=9.81m/s2?！镜诙h(huán)節(jié)】授課內(nèi)容CAD/CAM概述及組成計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具，通過計算機和CAD軟件對設(shè)計產(chǎn)品進行分析、計算、仿真、優(yōu)化與繪圖。CAD包括建立幾何模型、工程分析、產(chǎn)品分析(包括方案設(shè)計、總體設(shè)計、零部件設(shè)計)、動態(tài)模擬和自動繪圖等。計算機輔助工藝規(guī)劃(ComputerAidedProcessPlanningCAPP)借助計算機對制造加工工藝過程進行設(shè)計或規(guī)劃，以期對工藝過程實現(xiàn)自動控制。計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是指應(yīng)用計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。CAM包括數(shù)字化控制、工藝過程設(shè)計、機器人、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和工廠管理等。CAD/CAM集成技術(shù)(簡稱CAD/CAM)把計算機輔助制造和計算機輔助設(shè)計集成在一起的系統(tǒng)。CAD/CAM是隨著計算機技術(shù)、制造工程技術(shù)的發(fā)展和需求，從早期的CAD、CAPP、CAM和計算機輔助工程(CAE)技術(shù)發(fā)展演變而來的。傳統(tǒng)的設(shè)計與制造彼此相對分離，WCAD/CAM是將設(shè)計與制造集成，作為一個整體任務(wù)來規(guī)劃和開發(fā)，實現(xiàn)了信息處理的高度一體化。CAD/CAM系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)的硬件通常是指構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備實體，是一切可以觸摸到的物理設(shè)備的總稱。硬件系統(tǒng)由計算機及其外圍設(shè)備和生產(chǎn)加工設(shè)備兩部分組成。軟件系統(tǒng)CAD/CAM軟件系統(tǒng)可分為三個層次，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。其中，支撐軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，它不針對具體的設(shè)計對象，而是為用戶提供工具或開發(fā)環(huán)境。CAD/CAM系統(tǒng)的功能以制造業(yè)為例，一個完整的制造企業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具備的功能模塊如下：CNC系統(tǒng)及各種自動化加工設(shè)備，包括數(shù)控加工中心等各種數(shù)控機床、三坐標(biāo)數(shù)控測量機、PLC、檢測設(shè)備等。物料存儲及運送系統(tǒng)，包括自動化倉庫。分布式直接數(shù)控及設(shè)備控制系統(tǒng)，包括直接數(shù)控(DNC)系統(tǒng)及其與自動倉庫的互聯(lián)系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)等。物流控制與管理系統(tǒng)，其功能是對物料存儲及運送系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制，以服務(wù)于車間生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)。工藝規(guī)程設(shè)計與管理系統(tǒng)，其功能包括計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、工藝數(shù)據(jù)庫管理、工藝規(guī)程管理等。數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)，如用于復(fù)雜曲面模具加工自動編程系統(tǒng)，用于數(shù)控線切割、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等加工的自動編程系統(tǒng)。全面質(zhì)量保證系統(tǒng)(TotalQualityInsuranceSystem，TQIS)。車間生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)(Shoop-FloorControlSystem，SFCS)。計算機輔助工程制圖系統(tǒng)，其功能包括輔助制圖、圖樣掃描及光柵矢量混合編輯、圖樣管理等。計算機輔助設(shè)計和計算機輔助工程(CAD/CAE)系統(tǒng)，其功能包括產(chǎn)品的二維設(shè)計或三維設(shè)計、裝配設(shè)計、工程分析及優(yōu)化、工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品信息管理等。產(chǎn)品綜合信息管理系統(tǒng)(PIIMS),其功能是基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和框架，對產(chǎn)品的設(shè)計文檔、設(shè)計輔助數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型(二維或三維)、版本信息、工程圖紙、工藝規(guī)程、工藝數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)加工程序等各項信息實行統(tǒng)一管理。CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢集成化把產(chǎn)品從原材料到產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造全過程納入到CAD/CAM系統(tǒng)中去，這樣才能實現(xiàn)設(shè)計制造過程的自動化和最優(yōu)化。智能化以往CAD系統(tǒng)比較重視軟件數(shù)值計算和幾何建模功能的開發(fā)，而忽視了非數(shù)據(jù)非算法的信息處理功能的開發(fā)，如方案的設(shè)計、選擇、優(yōu)化和決策等都需要通過思考、推理、判斷來解決，影響了CAD系統(tǒng)的實際應(yīng)用效果。因此，現(xiàn)在大型CAD/CAM系統(tǒng)都很注重軟件智能化的開發(fā)，隨著技術(shù)的日趨成熟，人們將人工智能技術(shù)、知識工程和專家系統(tǒng)等技術(shù)引入到CAD/CAM領(lǐng)域中，形成智能的CAD/CAM系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)化隨著CAD/CAM技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題愈顯重要，由于CAD/CAM標(biāo)準(zhǔn)體系既是開發(fā)應(yīng)用CAD/CAM軟件的基礎(chǔ)，又是促進CAD/CAM技術(shù)普及應(yīng)用的約束手段，因此，各國都在積極研究制訂CAD/CAM標(biāo)準(zhǔn)體系。網(wǎng)絡(luò)化通過計算機網(wǎng)絡(luò)，分散在不同地點的設(shè)計人員，可以實現(xiàn)異地信息共享，一個項目可以由多家企業(yè)、多個人在不同地點共同完成，也可以將分散在不同地區(qū)的人力資源和設(shè)備資源迅速加以組合，建立動態(tài)聯(lián)盟的制造體系。最優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和工藝過程的最優(yōu)化始終是人們追求的目標(biāo)。先進制造技術(shù)帶動了先進設(shè)計技術(shù)的同步發(fā)展，使得傳統(tǒng)CAD技術(shù)有了很大的擴展，人們將這些擴展的CAD技術(shù)總稱為“現(xiàn)代CAD技術(shù)”?？傊?，現(xiàn)代CAD技術(shù)是在復(fù)雜的大系統(tǒng)環(huán)境下，支持產(chǎn)品自動化設(shè)計的理論和方法、設(shè)計環(huán)境、設(shè)計工具各相關(guān)技術(shù)的總稱。能使設(shè)計工作實現(xiàn)集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短設(shè)計周期?！镜谌h(huán)節(jié)】歸納總結(jié)1.CAD/CAM概述及組成計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,CAD)是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具，通過計算機和CAD軟件對設(shè)計產(chǎn)品進行分析、計算、仿真、優(yōu)化與繪圖°CAD包括建立幾何模型、工程分析、產(chǎn)品分析(包括方案設(shè)計、總體設(shè)計、零部件設(shè)計)、動態(tài)模擬和自動繪圖等。計算機輔助工藝規(guī)劃(ComputerAidedProcessPlanningCAPP)借助計算機對制造加工工藝過程進行設(shè)計或規(guī)劃，以期對工藝過程實現(xiàn)自動控制。計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)是指應(yīng)用計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。CAM包括數(shù)字化控制、工藝過程設(shè)計、機器人、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和工廠管理等。CAD/CAM集成技術(shù)(簡稱CAD/CAM)把計算機輔助制造和計算機輔助設(shè)計集成在一起的系統(tǒng)。CAD/CAM是隨著計算機技術(shù)、制造工程技術(shù)的發(fā)展和需求，從早期的CAD、CAPP、CAM和計算機輔助工程(CAE)技術(shù)發(fā)展演變而來的。傳統(tǒng)的設(shè)計與制造彼此相對分離，WCAD/CAM是將設(shè)計與制造集成，作為一個整體任務(wù)來規(guī)劃和開發(fā)，實現(xiàn)了信息處理的高度一體化。CAD/CAM系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。CAD/CAM系統(tǒng)的功能1） CNC系統(tǒng)及各種自動化加工設(shè)備，包括數(shù)控加工中心等各種數(shù)控機床、三坐標(biāo)數(shù)控測量機、PLC、檢測設(shè)備等。2） 物料存儲及運送系統(tǒng)，包括自動化倉庫。3） 分布式直接數(shù)控及設(shè)備控制系統(tǒng)，包括直接數(shù)控（DNC）系統(tǒng)及其與自動倉庫的互聯(lián)系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)等。4） 物流控制與管理系統(tǒng)，其功能是對物料存儲及運送系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制，以服務(wù)于車間生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)。5） 工藝規(guī)程設(shè)計與管理系統(tǒng)，其功能包括計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、工藝數(shù)據(jù)庫管理、工藝規(guī)程管理等。6） 數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)，如用于復(fù)雜曲面模具加工自動編程系統(tǒng)，用于數(shù)控線切割、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、加工中心等加工的自動編程系統(tǒng)。7） 全面質(zhì)量保證系統(tǒng)（TotalQualityInsuranceSystem，TQIS）。8） 車間生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)（Shoop-FloorControlSystem，SFCS）。9） 計算機輔助工程制圖系統(tǒng)，其功能包括輔助制圖、圖樣掃描