第1章CADCAM技術(shù)概述

教材

王隆太主編，機(jī)械CAD/CAM技術(shù)（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社2010年

參考書籍

1、寧汝新、趙汝嘉主編，CAD/CAM技術(shù)（第二版），機(jī)械工業(yè)出版社2006年

2、蔡穎、薛慶、徐弘山主編，

CAD/CAM原理與應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社2005

CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM技術(shù)概述

計算機(jī)輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）技術(shù)是隨著計算機(jī)和數(shù)字化信息技術(shù)發(fā)展而形成的新技術(shù)，具有知識密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、航天、汽車、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領(lǐng)域，是數(shù)字化、信息化制造技術(shù)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用水平已成為衡量一個國家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用人才需求正不斷增加，學(xué)習(xí)和掌握CAD/CAM的原理、方法與技術(shù)，適應(yīng)形勢的發(fā)展和社會的需要是現(xiàn)代技術(shù)人員的基本要求。1.1CAD/CAM技術(shù)基本概念1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能和作業(yè)過程1.3CAD/CAM技術(shù)的硬件和軟件CAD/CAM技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容

1.1CAD/CAM技術(shù)基本概念

1.1.1CAD技術(shù)CAD含義：

CAD

—

ComputerAidedDesign

以計算機(jī)為工具，通過人機(jī)交互，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個產(chǎn)品設(shè)計過程的一門綜合技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)1.1CAD/CAM技術(shù)基本概念

1.1.1CAD技術(shù)CAD基本功能幾何造型工程分析仿真模擬圖形處理CAD/CAM技術(shù)1.1.1CAD技術(shù)CAD系統(tǒng)組成CAD系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序庫交互圖形庫硬件軟件CAD/CAM技術(shù)1.1.2CAPP技術(shù)CAPP含義：

CAPP

—ComputerAidedProcessPlanning

是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果,進(jìn)行產(chǎn)品的加工工藝過程的設(shè)計，是一項重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。CAD/CAM技術(shù)1.1.2CAPP技術(shù)CAPP功能毛坯設(shè)計工藝路線工序設(shè)計工時定額余量分配切削用量機(jī)床刀具選用工序圖繪制CAD/CAM技術(shù)工裝選用1.1.2CAPP技術(shù)CAPP組成

人機(jī)交互模塊零件信息描述獲取工藝工序決策工藝文件生成與管理零件對象零件信息庫數(shù)據(jù)庫知識庫工藝文件庫CAD/CAM技術(shù)1.1.3CAM技術(shù)CAM含義：

CAM--ComputerAidedManufacturing廣義CAM：利用計算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種生產(chǎn)活動，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、物流控制、質(zhì)量保證等。狹義CAM：數(shù)控加工程序編制。CAD/CAM技術(shù)1.1.4CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM集成技術(shù)：

利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換和接口技術(shù)，實現(xiàn)3C各模塊之間信息自動傳遞、轉(zhuǎn)換和共享的相關(guān)技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)1.1.4CAD/CAM集成技術(shù)CADCAPPCAM工程圖樣工藝文檔NC代碼非集成3C系統(tǒng)輸入輸出信息流CAD/CAM技術(shù)1.1.4CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念設(shè)計幾何造型工程分析圖形處理毛坯設(shè)計工藝準(zhǔn)備工序設(shè)計工時定額工藝準(zhǔn)備作業(yè)計劃物流控制質(zhì)量保證CAD/CAM技術(shù)1.1.4CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)用戶界面應(yīng)用系統(tǒng)CADCAPPCAM……數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換接口操作系統(tǒng)計算機(jī)硬件CAD/CAM技術(shù)1.1.4CAD/CAM集成技術(shù)CAD/CAM技術(shù)集成意義下的CAD/CAMCAD、CAPP、CAM有機(jī)結(jié)合CAD/CAM定單處理、原材料采購、CAD/CAM、銷售與售后、倉儲、財務(wù)、人事產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工、車間控制、質(zhì)量控制1.2CAD/CAM系統(tǒng)的功能和作業(yè)過程CADCAM工程繪圖工程分析幾何建模數(shù)據(jù)管理模擬仿真數(shù)控編程工藝規(guī)程CAD/CAM系統(tǒng)的功能CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM

系統(tǒng)的功能幾何建模用基本幾何實體及其相互關(guān)系構(gòu)造零件或產(chǎn)品三維幾何模型，這是后續(xù)工作的基礎(chǔ)；是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，為產(chǎn)品設(shè)計、制造提供基本數(shù)據(jù)和原始信息；工程分析進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、有限元分析，優(yōu)化設(shè)計等；工程繪圖

CAD系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品最終結(jié)果的表達(dá)方式；工藝編程自動決策生成產(chǎn)品加工所采用的加工方法、工藝路線、工藝參數(shù)和加工設(shè)備；數(shù)控編程選擇所需要刀具和工藝參數(shù)，確定走刀方式，生成刀具軌跡，后置處理，生成NC程序。模擬仿真預(yù)測產(chǎn)品工作性能，檢查NC代碼正確性，檢查制造過程幾何干涉和物理碰撞，分析產(chǎn)品可制造性；數(shù)據(jù)管理提供有效的工程數(shù)據(jù)管理手段，支持產(chǎn)品設(shè)計與制造全過程數(shù)據(jù)信息流動和處理。CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM

作業(yè)過程創(chuàng)意構(gòu)思計算機(jī)輔助設(shè)計快速原型制造計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃計算機(jī)輔助NC編程模擬制造實際制造設(shè)計文檔產(chǎn)品原型數(shù)控代碼工藝文檔產(chǎn)品CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM

作業(yè)過程創(chuàng)意與構(gòu)思即需求分析，并進(jìn)行功能設(shè)計，這一部分目前仍主要由人工完成，在條件具備時也可以采用人工智能和專家系統(tǒng)輔助完成。計算機(jī)輔助設(shè)計與分析人機(jī)交互完成產(chǎn)品造型、裝配設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計，進(jìn)行工程分析和優(yōu)化?？焖僭椭圃旄鶕?jù)產(chǎn)品模型，采用分層堆積原理、以非切削方法，快速廉價的生成與實際產(chǎn)品形狀、尺寸一致的產(chǎn)品模型，供分析和評價，進(jìn)行多方案的比較。計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃提取產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，分析幾何特征、工藝特征，對產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程，生產(chǎn)工藝文件。計算機(jī)輔助編程利用設(shè)計結(jié)果和相關(guān)工藝信息，自動生成NC控制代碼，提高數(shù)控編程效率和質(zhì)量。虛擬制造不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)現(xiàn)實世界的產(chǎn)品，借助三維可視的交互環(huán)境，對產(chǎn)品從設(shè)計、制造到裝配的全過程進(jìn)行全面仿真的技術(shù)，保證產(chǎn)品的設(shè)計和制造一次成功。CAD/CAM技術(shù)現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計與制造過程特征設(shè)計對象的數(shù)字化

設(shè)計的產(chǎn)品以數(shù)據(jù)形式保存，產(chǎn)品開發(fā)活動是對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、處理和轉(zhuǎn)換的過程。設(shè)計環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化

通過網(wǎng)絡(luò)將各設(shè)計人員、各設(shè)計部門、不同設(shè)計地點(diǎn)聯(lián)系起來，做到及時溝通和響應(yīng)，避免信息延誤和錯誤傳遞，避免扯皮和責(zé)任推諉現(xiàn)象。設(shè)計過程的并行化建立上下游產(chǎn)品開發(fā)活動的關(guān)聯(lián)和反饋，上游開發(fā)活動可對下游活動預(yù)先分析，確保整體性；在下游若發(fā)現(xiàn)上游缺陷，可及時修改，使產(chǎn)品設(shè)計不斷完善和優(yōu)化。新型開發(fā)工具和手段應(yīng)用如快速原型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、動靜態(tài)分析等多種技術(shù)，保證產(chǎn)品開發(fā)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品開發(fā)一次成功率。CAD/CAM技術(shù)1.3CAD/CAM系統(tǒng)硬件和軟件

1.3.1CAD/CAM系統(tǒng)組成軟件核心人關(guān)鍵硬件基礎(chǔ)CAD/CAM系統(tǒng)組成人：有著不可替代主導(dǎo)作用硬件：是基礎(chǔ)，包括主機(jī)、計算機(jī)外部設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等軟件：是核心，決定系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、應(yīng)用軟件等；CAD/CAM技術(shù)硬件提供CAD/CAM系統(tǒng)潛在的能力軟件是開發(fā)、利用其能力的鑰匙1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成CAD/CAM技術(shù)1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存貯器計算機(jī)主機(jī)輸入裝置生產(chǎn)裝備輸出裝置計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成CAD/CAM技術(shù)硬件包括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)，外圍設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備等組成1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件計算機(jī)主機(jī)：

大中型計算機(jī)：一個主機(jī)連接多個終端，支持多用戶工作，有較強(qiáng)的計算能力和運(yùn)算速度，可以從事復(fù)雜設(shè)計計算和分析，性價比不高；小型計算機(jī)：性價比優(yōu)于大中型機(jī)，基本上被工程工作站所代替；工程工作站：具有大的虛擬存儲空間、強(qiáng)大的圖形處理、高速計算和網(wǎng)絡(luò)通信能力；微型計算機(jī)：性能價格比高，軟件豐富，操作容易，是CAD/CAM主流機(jī)型。CAD/CAM技術(shù)1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸入裝置：鍵盤鼠標(biāo)：最典型常用的輸入裝置；數(shù)字化儀：通過電磁感應(yīng)原理進(jìn)行圖形坐標(biāo)點(diǎn)輸入；圖形掃描儀：能快速完成圖形信息的輸入，生成位圖信息，經(jīng)矢量化處理將位圖轉(zhuǎn)換為矢量化圖形；數(shù)碼相機(jī)：將光學(xué)真實圖象轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖象；其他輸入裝置：如觸摸屏、聲響交互輸入等。CAD/CAM技術(shù)1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件輸出裝置：

圖形顯示器：最基本的輸出裝置，由圖形卡支持；

打印機(jī)：有針式、噴墨、激光打印機(jī)之分；

自動繪圖儀：有筆式繪圖儀、噴墨繪圖儀，有滾筒繪圖儀、平板繪圖儀之分。CAD/CAM技術(shù)1.3.2CAD/CAM系統(tǒng)硬件存儲器：

內(nèi)存儲器：存儲當(dāng)前所需的數(shù)據(jù)和程序，半導(dǎo)體材料，訪問速度快，成本高，存儲量有限，存儲信息掉電丟失；

外存儲器：存儲CPU暫時不用的數(shù)據(jù)和程序，存儲量大，能長期保存。有軟盤、硬盤、光盤、USB之分。CAD/CAM技術(shù)1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

應(yīng)件用軟支件撐軟系統(tǒng)軟件CAD/CAM系統(tǒng)的軟件組成CAD/CAM技術(shù)1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件：

操作系統(tǒng)：計算機(jī)軟件核心，有CPU管理、內(nèi)存管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操作系統(tǒng)有DOS、Windows、Unix、OS/2等。

語言編譯系統(tǒng)：如Basic、C/C++、LISP等編譯系統(tǒng)，是將高級語言轉(zhuǎn)換為計算機(jī)機(jī)器語言。

圖形接口標(biāo)準(zhǔn)：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于硬件設(shè)備和各種不同的計算機(jī)語言。CAD/CAM技術(shù)1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件組成：CAD/CAM技術(shù)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)編程語言系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊與管理源程序編輯語法檢查代碼編譯程序連接與執(zhí)行庫函數(shù)及管理硬件驅(qū)動程序基本數(shù)學(xué)計算定時分時系統(tǒng)任務(wù)隊列管理硬件資源管理錯誤診斷與糾正糾正日常事務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)任務(wù)管理網(wǎng)絡(luò)資源管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全管理通訊瀏覽工具CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件可概略地分為：1.單一功能型；單一功能型支撐軟件只提供CAD/CAM系統(tǒng)中某些典型的功能，如二維繪圖、三維造型設(shè)計、工程分析計算、運(yùn)動仿真、數(shù)控加工等。2.綜合集成型。綜合集成型CAD/CAM支撐軟件提供了設(shè)計、分析、造型、數(shù)控編程及加工控制等多種模塊，功能比較完備。1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件CAD/CAM技術(shù)支撐軟件是CAD/CAM軟件系統(tǒng)的重要組成部分，它不針對具體的應(yīng)用對象，而是為某一應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供工具或開發(fā)環(huán)境．不同的支撐軟件依賴一定的操作系統(tǒng)，又是各類應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。通常，支撐軟件是由專門的軟件公司開發(fā)，可以從軟件市場上購買，用戶也可以自行開發(fā)。1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件支撐軟件：

交互繪圖軟件：主要完成二維工程圖樣的繪制，如AutoCAD、CAXA、高華CAD、開目CAD等。

三維造型軟件：如Solidworks、Solidedge

、CAXA實體設(shè)計等。

數(shù)控編程軟件：如MasterCAM、SurfCAM、CAXA制造工程師等。

工程分析軟件：如ADINA、NASTRAN、ANSYS等。

綜合集成支撐軟件：如UG、CATIA、PRO/E等,具有CAD、CAE、CAM等綜合功能。CAD/CAM技術(shù)1.3.3CAD/CAM系統(tǒng)的軟件應(yīng)用軟件：在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎(chǔ)上，針對某一具體應(yīng)用開發(fā)的軟件，如機(jī)床設(shè)計、夾具設(shè)計、汽車車身設(shè)計等CAD或CAE軟件系統(tǒng)。CAD/CAM技術(shù)1.4CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展1946年美MIT研制成功第一臺電子計算機(jī)特點(diǎn):高運(yùn)算能力,大容量信息存儲能力應(yīng)用:在計算機(jī)上完成數(shù)值分析計算。1952年美MIT研制成功第一臺數(shù)控銑床特點(diǎn):通過改變數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)不同零件加工隨后,美MIT研制開發(fā)APT自動編程語言特點(diǎn):通過描述走刀軌跡,實現(xiàn)計算機(jī)輔助數(shù)控編程。聯(lián)想???:可否不描述走刀軌跡,通過直接描述零件本身實現(xiàn)數(shù)控編程。

CAD最初概念(孕育階段)背景:電子管計算機(jī),機(jī)器語言編程,圖形設(shè)備僅有輸出功能。CAD/CAM技術(shù)1.4CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展1963年美MIT學(xué)者I.E.Suth