st第6章-CADCAM集成技術(shù)

第六章CAD/CAM集成技術(shù)1.概述2.CAD/CAM單元技術(shù)3.特征技術(shù)及CAD/CAPP/CAM集成4.產(chǎn)品數(shù)據(jù)標準與數(shù)據(jù)管理16.1概述CAD/CAM〔計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造〕指從設(shè)計到制造的整個過程應(yīng)用計算機進行信息處理的技術(shù)作用:利用計算機軟硬件及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計過程的自動化。CAD/CAPP/CAMCAPP是CAD與CAM集成的橋梁性環(huán)節(jié)2CAD/CAM系統(tǒng)開展第一代：以圖型血的開展為根底而建立的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)，主要解決二維繪圖和簡單的數(shù)控加工，沒有CAE〔計算機輔助工程分析〕功能。第二代：具有二、三維繪圖和數(shù)據(jù)加工、線框、曲面建模、有限元分析，并使用多個數(shù)據(jù)庫和分步數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第三代：單一數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)集成并支持并行工程，提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，獲取信息完整。智能、專家系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、并行工程高度集成3CAD/CAM系統(tǒng)組成-系統(tǒng)硬件CPU主存儲器:快速的大容量主存輔助存儲器：永久的存儲程序和設(shè)計制造程序圖形終端及輸入設(shè)備：圖形處理器、高分辨率和輸入設(shè)備輸出設(shè)備：繪圖儀4CAD/CAM系統(tǒng)組成-系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件：用于實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的管理、控制、調(diào)度、監(jiān)視和效勞等功能，如操作系統(tǒng)、程序設(shè)計語言處理系統(tǒng)、效勞性程序管理軟件：負責(zé)CAD/CAM系統(tǒng)中生成各類數(shù)據(jù)的組織和管理，統(tǒng)稱采用數(shù)據(jù)庫進行管理。支撐軟件：是CAD/CAM的根底軟件，以系統(tǒng)軟件為根底，用于開發(fā)CAD/CAM應(yīng)用軟件所必需的通用軟件應(yīng)用軟件：為用戶解決某種應(yīng)用問題而編制的一些程序5CAD/CAM系統(tǒng)組成6CAD/CAM系統(tǒng)在CIMS中的地位實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成是實現(xiàn)cims的根底與核心76.2CAD/CAM單元技術(shù)CAD系統(tǒng)介紹CAD計算機輔助設(shè)計〔ComputerAidedDesign)主要是利用計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。主要功能包括：數(shù)字建模、工程計算、自動繪圖、動態(tài)模擬。一個完整的CAD系統(tǒng)包括：人機交互接口、科學(xué)計算、圖形系統(tǒng)、工程數(shù)據(jù)庫。主要過程是：有設(shè)計者向系統(tǒng)輸入根據(jù)設(shè)計要求建立起來的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計參數(shù)，然后由計算機去檢索有關(guān)資料，并根據(jù)相應(yīng)的公式和標準標準進行計算、優(yōu)化并顯示出設(shè)計結(jié)果，在此過程中可以在屏幕上對設(shè)計結(jié)果進行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移等變換，還可對設(shè)計圖形做出修改、裁剪、拼接等處理，直到獲得滿意的結(jié)果，最后由繪圖機輸出圖樣86.2CAD/CAM單元技術(shù)主要技術(shù)：1、計算機圖形處理技術(shù)生成圖樣的兩種方法：交互式圖形處理方法；參數(shù)化法常見的CAD系統(tǒng)：Autocad、開目CAD、金銀化CAD這些系統(tǒng)大局部是2維。2、三維立體造型技術(shù)3維CAD:Proe、solidework、ideas、UG等第一次CAD技術(shù)革命——曲面造型系統(tǒng)第二次CAD技術(shù)革命——實體造型技術(shù)第三次CAD技術(shù)革命——參數(shù)化技術(shù)CAD系統(tǒng)都已實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計。9CAD建模技術(shù)線框幾何模型

以線段、圓、弧、和一些簡單曲線為描述對象。

圖元：描述線段、圓、弧、文字和一些曲線等圖形元素和屬性元素組成的一個整體當前兩維CAD軟件的成熟與線框結(jié)構(gòu)的幾何模型的成熟密切相關(guān)。10曲面幾何模型結(jié)構(gòu)是在曲線的根底上建立的，如BezierCurves，Burbs，CubicSplines，B-SplineCurver等主要應(yīng)用在航空、船舶、和汽車制造業(yè)等領(lǐng)域，以及對模型的外形要求比較高級的軟件中曲面幾何模型在三維消隱、著色等技術(shù)中比線框模型處理的方便在有限元分析、物理特性計算等方面很難應(yīng)用11曲面幾何模型結(jié)構(gòu)邊界表示法12實體幾何模型結(jié)構(gòu)利用CSG將最根本的實體進行布爾運算，需要事先按一定的的順序建立好大小、位置適合的根本實體，并且不能改變由于不能保證設(shè)計結(jié)果不被修改，所以CSG方法難以被設(shè)計人員接受13實體幾何模型結(jié)構(gòu)實體表示法14CAD如何選擇CAD系統(tǒng)現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了一體化，根本包括了CAD/CAM/PDM/CAE的內(nèi)容，全套系統(tǒng)價格非常高昂，企業(yè)需要根據(jù)自己的實際需要選擇適宜的軟件。如：PROE的參數(shù)化設(shè)計功能和模具設(shè)計能力較強，CAM后置處理相應(yīng)弱一點。UG由于派生與航空企業(yè)，所以其曲面造型和CAM后置處理能力較強。I-DEAS具有很強的工程分析和測試能力。CATIA的曲面能力和加工編程能力較強。15計算機輔助工藝設(shè)計〔ComputerAidedProcessPlanning)傳統(tǒng)工藝設(shè)計的特點：1、經(jīng)驗性強：工藝設(shè)計是隨產(chǎn)品的技術(shù)要求、生產(chǎn)環(huán)境、資源條件、工人的技術(shù)水平變化的。同一零件在不同的企業(yè)其工藝就不一樣，在同一企業(yè)不同的工藝設(shè)計人員也導(dǎo)致產(chǎn)品的加工工藝不同。2、標準化程度低3、設(shè)計周期長利用計算機有利于提高工藝設(shè)計的效率，更重要的是有利于企業(yè)工藝加工過程的標準化。CAPP16CAPP系統(tǒng)的功能：1、產(chǎn)品設(shè)計信息輸入工藝設(shè)計所需要的原始信息是產(chǎn)品設(shè)計信息〔產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求〕，必須將這些有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所能讀懂的信息。一個獨立的CAPP系統(tǒng)需要人機交互輸入系統(tǒng)所需的產(chǎn)品設(shè)計信息。CAPP可直接從CAD系統(tǒng)讀取所需的產(chǎn)品設(shè)計信息2、工藝決策根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計信息，利用工藝經(jīng)驗和具體的生產(chǎn)環(huán)境條件，確定產(chǎn)品的工藝過程CAPP17〔1〕、修訂式方法又稱派生式方法，根本思路是將相似零件歸并成零件族，設(shè)計時檢索出相應(yīng)零件族的標準工藝規(guī)程，并根據(jù)設(shè)計對象的具體特征加以修訂?！?〕、生成式方法又稱創(chuàng)成式方法，根本思路是將人們設(shè)計工藝過程時的推理和決策方法轉(zhuǎn)換成計算機可以處理的決策邏輯、算法，在使用時由計算機程序根據(jù)內(nèi)部的決策邏輯、算法以及生產(chǎn)環(huán)境信息，自動生成零件的工藝規(guī)程3、產(chǎn)品工藝信息輸出CAPP需要提供的CAM數(shù)控編程所需要的工藝參數(shù)文件；在CIM環(huán)境下，CAPP需要通過數(shù)據(jù)庫存儲產(chǎn)品工藝過程信息，以實現(xiàn)信息共享CAPP18CAM計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing)主要是將CAD系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)果直接生成數(shù)控加工代碼。并能對加工過程進行仿真模擬。CAM系統(tǒng)現(xiàn)在都依附于CAD系統(tǒng)。如：CAMAX系統(tǒng)被ideas兼并。按定義CAM的用途可分為以下兩大類：1、計算機監(jiān)視和控制將計算機與生產(chǎn)設(shè)備直接連接，對加工過程進行監(jiān)視和控制。計算機過程監(jiān)視用來觀察加工過程及其關(guān)聯(lián)設(shè)備和收集加工過程中的數(shù)據(jù)。計算機不是直接用于控制作業(yè)，加工過程仍然由操作人員按計算機處理的信息進行控制計算機過程控制比過程監(jiān)視更進一步，不僅能觀察加工過程，而且能在觀察的根底上進行控制。計算機控制計算機監(jiān)視19CAM2、數(shù)控加工程序編制數(shù)控加工程序編制可分為：手工編程和自動編程自動編程方法：數(shù)控語言編程和圖形交互數(shù)控編程〔1〕數(shù)控語言編程

數(shù)控語言系統(tǒng)處理源程序20CAM(2)圖形交互數(shù)控編程

主要過程：從CAD數(shù)據(jù)庫中取出被加工零件的圖形，顯示在圖形終端上利用交互設(shè)備對零件圖形進行一些必要的編輯對零件圖的幾何元素進行數(shù)控定義確定零件加工的順序和刀具走刀路線，選擇和輸入工藝參數(shù)按照走刀路線，進行刀位坐標計算以及其它相關(guān)計算，生成刀具運動軌跡在圖形終端上動態(tài)顯示刀具運動軌跡，檢查加工軌跡的正確性生成刀位文件調(diào)用后置處理程序，生成適合于所用數(shù)控機床控制系統(tǒng)的數(shù)控加工程序?qū)?shù)控加工程序及有關(guān)的圖形存入制造數(shù)據(jù)庫中，以備使用

21特征定義和分類零件上具有特定意義的區(qū)域零件上具有特定形狀及功能性質(zhì)的幾何外形域構(gòu)成零件各局部要素的功能實體與制造過程相關(guān)的一組面域集合零件上可以作為數(shù)據(jù)根底的局部一組參數(shù)所定義的幾何外形機械零件上的一組幾何元素有一定拓撲關(guān)系的集合，這個幾何構(gòu)成了一個具有特定功能、特定工藝屬性和特定形狀的外表6.3特征技術(shù)及CAD/CAPP/CAM集成特征技術(shù)起源于CAD，CAPP，CAM等各種應(yīng)用對產(chǎn)品信息的需求，是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的核心。也是為解決產(chǎn)品信息共享問題開展起來的。22特征技術(shù)零件特征形狀特征：任何一個零件都可看作是由假設(shè)干具有一定工程意義的結(jié)構(gòu)形狀構(gòu)成?？煞譃樵O(shè)計特征和制造特征。設(shè)計特征：從設(shè)計觀點看，某一結(jié)構(gòu)形狀對應(yīng)于特定的功能。制造特征：從制造觀點看，某一結(jié)構(gòu)形狀對應(yīng)于特定的制造過程幾何——平面A

正圓柱B負圓柱C設(shè)計——配合面A

輪轂B定位孔C制造——加工區(qū)域A

孤島B通孔C23特征技術(shù)零件特征材料特征：零件所用的材料牌號和規(guī)格、毛坯狀態(tài)、熱處理和外表處理等精度特征：指零件的尺寸公差、形位公差、外表粗糙等24特征信息模型零件層：反映零件總體信息，包括零件圖號，零件名稱，產(chǎn)品型號，生產(chǎn)批量等管理信息和一些總體技術(shù)要求。特征層：反映零件的特征信息，包括對構(gòu)成零件的每個特征及其相互關(guān)系〔位置關(guān)系，尺寸關(guān)系等〕、工藝屬性進行描述的信息，它是零件信息模型的核心。幾何層：反映零件的點、線、面等幾何/拓撲信息，它可利用現(xiàn)有CAD幾何模型作為根底。CAD/CAPP/CAM的集成信息需求25特征模型的建立特征模型的建立方法自動特征識別

從CAD系統(tǒng)的零件幾何模型中抽取零件特征信息。

缺點：無法從幾何模型中獲取不存在的信息可能造成錯誤解釋，并且識別算法相當復(fù)雜、通用性差特征設(shè)計

基于特征的零件設(shè)計，零件設(shè)計過程中采用的基元是特征，不是簡單的幾何信息。數(shù)據(jù)庫中包含完整的特征信息模型，既有低層幾何信息，又有高層的特征信息交互式特征定義

首先利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)生成零件的幾何模型，然后通過交互式特征定義系統(tǒng)，由用戶定義特征，最后將完整的零件信息模型存儲在設(shè)計數(shù)據(jù)庫中。

是CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)中常用的方法26產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換專用特征交換法

數(shù)據(jù)通過兩個系統(tǒng)間由約定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成的文件傳送，發(fā)送一方先按約定的格式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成專用文件，接受一方收到文件后也進行解釋和轉(zhuǎn)換優(yōu)點：針對性強，數(shù)據(jù)文件簡練，運行效率高

缺點:轉(zhuǎn)換接口程序依賴相關(guān)系統(tǒng)，不利于修改系統(tǒng)增多，所需轉(zhuǎn)換的接口隨之增多27產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準格式交換法

依據(jù)數(shù)據(jù)交換標準，分別開發(fā)各用子系統(tǒng)與標準數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)交換接口

優(yōu)點：當子系統(tǒng)數(shù)目較多時，能大大減少轉(zhuǎn)換接口程序的數(shù)目，接口程序終于數(shù)據(jù)交換標準和其自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)。

前提：有數(shù)據(jù)交換標準的支持28產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)共享

通過工程數(shù)據(jù)庫，各子系統(tǒng)借助統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理軟件直接進行所需交換數(shù)據(jù)的存取和共享，從而實現(xiàn)系統(tǒng)間的信息集成缺點:數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜296.4產(chǎn)品數(shù)據(jù)標準與數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)特點

B

B

C開

發(fā)設(shè)

計計

算仿

真工藝過程規(guī)劃NC編程用戶X用戶Y用戶ZCADFEMCAP

B工程圖

A

B模型

A

B有限元網(wǎng)絡(luò)

A計算結(jié)果A工藝過程規(guī)劃ANC程序A30產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準——IGES1.〕IGES描述IGES用單元和單元屬性描述產(chǎn)品幾何模型。單元是根本的信息單位，分為幾何、尺寸標注、結(jié)構(gòu)、屬性等四種單。IGES的每一單元由兩局部組成，第一局部稱為入口目錄，具有固定的長度；第二部是參數(shù)局部，是自由格式，其長度可變。幾何單元包括點、線、圓、二次曲線、參數(shù)樣條以及直紋面和旋轉(zhuǎn)面等。標注尺寸單元有：字符、箭頭線段和邊界線，能標注角度、直徑、半徑、直線等尺寸。結(jié)構(gòu)單元用來定義各單元之間的關(guān)系和意義。屬性單元是描述產(chǎn)品定義的屬性。

31產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準——IGES2〕IGES文件格式IGES的文件格式分為ASCII格式與二進格式。ASCII格式便于閱讀，二進制格式適于傳送大容量文件。ASII格式已分為定長和壓縮兩種形式。固定行長格式中。每行80個字符，由假設(shè)干行組成一個文件。文件分成開始段、全局參數(shù)段、條目目錄段、參數(shù)數(shù)據(jù)段、結(jié)束段、標志段、第1行的第73列如是B，那么是二進制文件，如果是C，那么是壓縮二進制文件。

32產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準——STEPSTEP標準是一個關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的計算機可理解的表示和交換國際標準，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制。能夠描述產(chǎn)品整個生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。產(chǎn)品生命周期包括產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用、維護、報廢等整個周期。這種描述不僅適合于中性文件轉(zhuǎn)換，而且是實現(xiàn)和共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫以及存檔的根底，產(chǎn)品在生命周期的各個過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)既多又復(fù)雜，而且分散在不同部門和地方。這就要求產(chǎn)品信息應(yīng)以計算機能理解的形式表示。而且在不同的計算機系統(tǒng)之間進行交換，構(gòu)成了STEP標準。STEP標準包括以下五個方面的內(nèi)容：1〕標準的描述方法；2〕集成資源；3〕應(yīng)用協(xié)議；4〕實現(xiàn)形式；5〕一致性測試和抽象測試。33STEP體系結(jié)構(gòu)最上層是應(yīng)用層，包括應(yīng)用協(xié)議及對應(yīng)的抽象測試集，這是面向具體應(yīng)用的一個層次。第二層是邏輯層，包括集成通用資源及集成應(yīng)用資源，以及由這些資源建造的一個完整產(chǎn)品模型。它從實際宜用中抽象出來，并于具體實現(xiàn)無關(guān)。最底層是物理層，包括實現(xiàn)方法，給出具體在計算機上的實現(xiàn)形式。34STEP標準——EXPRESS1〕標準的描述方法—EXPRESSEXPRESS語言根底是模式(Sehema)，每種模型由假設(shè)干模式組成，其重點是定義實體，包括實體屬性和這些屬性上的約束條件，而屬性可以是簡單數(shù)據(jù)類型，或者是另一實體類型。EXPRESS不僅用來描述集成資源和應(yīng)用協(xié)議，而且也用來描述中性文件實現(xiàn)方式的數(shù)據(jù)模型和標準訪問接口SDAI實現(xiàn)方式中的所有數(shù)據(jù)類型。用這種形式語言描述標準，為標準在計算機上實現(xiàn)提供了良好的根底。35STEP標準——EXPRESS1〕標準的描述方法—EXPRESSEXPRESS-G是EXPRESS語言的圖形化描述。它用以描述文本形式〔即EXPRESS表達形式〕的子集，是STEP標準的組成局部〔見ISO10303-11附錄D〕。它采用了符號或不同形狀的標志圖形符〔icon〕以表示模型中的主要條目〔item〕對象。EXPRESS-G的圖形符主要有三種：定義圖形符：用來表示簡單數(shù)據(jù)類型，命名數(shù)據(jù)類型，構(gòu)造數(shù)據(jù)類型和模式聲明。關(guān)系圖形符：用來描述定義之間的關(guān)系。構(gòu)成圖形符：使一個圖可以用多于一頁表達。

36STEP標準——EXPRESS1〕標準的描述方法—EXPRESS例子：Entityunitvector;a,b,c: Real;Where a**2+b**2+c**2=1.0;Endentity;其中，a，b,c為屬性，即說明單位向量的分量。Where后面是局部規(guī)那么，即三分量平方之和必須等于1.0。EntityProductId: Identifier;Name: string;Description:text;Frame:producttypesTypeProducttypes=ENUMERATIONOF(electrical,Mechanical,construction)

37STEP標準——EXPRESS轉(zhuǎn)換成C++類定義如下：ClassProduct{int:id;char:name[20];char:description[50];char:frame[30];}對唯一性規(guī)那么規(guī)定的屬性，其實例只能是唯一的。例如姓名的實例可以重復(fù)〔同名同姓〕但身份證的編碼與姓名的屬性組合那么應(yīng)該用Unique聲明。38數(shù)據(jù)管理PDM系統(tǒng)介紹PDM定義：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理〔ProductDataManagement)CIMDATA咨詢公司對PDM的定義是：PDM是管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程的技術(shù)；所謂的與產(chǎn)品相關(guān)的所有信息，即描述產(chǎn)品的各種信息，包括零部件信息、結(jié)構(gòu)配置、文件、CAD檔案、審批信息等；所謂的與產(chǎn)品相關(guān)過程即對這些過程的定義和管理，包括信息的審批和發(fā)放。GARTNERGROUP公司的定義是：“PDM是為企業(yè)