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1、计算机辅助设计 Computer Aided Design CAD 指工程技术人员以计算机为 工具完成产品设计 达到提高产品设计质量 缩短产品开发周期 降低产品成 本这一过程的各项工作 包括设计 工程分析 仿真 绘图 编撰技术文档 计算机辅助工艺过程设计 Computer Aided Process Planning CAPP 指工艺人 员借助计算机 根据产品设计结果和产品制造工艺要求 交互或自动地确定产 品加工方法和方案的设计 包括毛坯选择 加工方法选择 工序设计 工艺路 线制定 计算机辅助制造 Computer Aided Manufacturing CAM 计算机辅助制造有广义和狭义两种
2、定义 广义 CAM 指借助计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动 包括工艺过程设计 CAPP 工装设计 计算机辅助数控加工编程 生产作业计 划 制造过程控制 质量检测与分析 狭义 CAM 通常指 NC程序编制 包括刀具路径规划 刀位文件生成 刀具轨 迹仿真 后置处理及NC代码生成 CAD CAM集成 CAD CAM集成实质 在 CAD CAPP CAM各模块之间形成相互信息的自动传 递和转化 CAD CAM的基本功能 交互功能 图形显示功能 存储功能 输入输出功 能 CAD CAM的主要任务 几何建模描述基本几何实体 如大小 及实体间的关系 如几何信息 进行图形图像的技术处理 工
3、程绘图CAD系统的重要环节 产品最终结果的表达方式 优化设计 CAD CAM 系统应具有优化求解的功能 也就是在某些条件的限制下 使产品或工程设计中 的预定指标达到最优 计算分析对象包括几何特征 如体积 表面积 质量 重心位置 转动惯量 和物理特征 如应力 温度 位移 有限元分析CAD CAM 系统结构分析中的常用方法是有限元法 这是一种数值近似解方法 用来解决 结构形状比较复杂零件的静态 动态特性计算 强度 振动 热变形 磁场 温度场 强度 应力分布状 态等计算分析 计算机辅助工艺规程设计设计的目的是为了加工制造 而工艺设计是为产品的加工制造提供指导 性的文件 是CAD与 CAM 的中间环节
4、 数控编程分析零件图和制订出零件的数控加工方案后 采用专 门的数控加工语言 例如APT语言 提供数控机床各种运动和操作的全部信息 数控编程 分析零件图和制订出零件的数控加工方案后 采用专门的数控加工语言 例如APT语言 提供数控机床各种运动和操作的全部信息 动态仿真 计算机辅助测试技术计算机辅助测试技术结合计算机技术 测量技术 信号处理及现代控制理论 形成了一门新兴综合性学科 工程数据管理CAD CAM 系统数据量大 种类繁多 因此CAD CAM系统应提供有效的管理手段 支 持工程设计与制造全过程的信息传输与交换 随着并行作业方式的推广应用 还存在着几个设计者或工作 小组之间的信息交换问题 因
5、此CAD CAM 系统应具备良好的信息传输管理功能和信息交换功能 CAD CAM技术的应用 1 将设计人员从大量繁琐的重复劳动中解放出来 减少设计 计算 制图 制表所需的时间 缩短了设计 周期 提高了产品的质量 有利于发挥设计人员创造性 2 借助计算机辅助分析技术 可从多方案中进行分析 比较 选出最佳方案 实现设计方案的优化 3 有利于实现产品的标准化 通用化和系列化 4 促进先进生产设备的应用 在较大范围内适应加工对象的变化 提高生产过程自动化水平 有利于企 业提高应变能力和市场竞争力 5 CAD CAM 的一体化 可以实现信息集成 使产品的设计 制造过程形成一个有机的整体 在经济上 技 术
6、上给企业带来综合效益 CAD CAM系统的组成 CAD CAM 系统运行环境构成 硬件 软件 和人 硬件提供 CAD CAM 系统潜在的能力 软件是开发 利用其能力的钥匙 CAD CAM系统的硬件 硬件包括一切可以触摸到的物理设备 硬件系统是实现系统各项功能的物 质基础 它由计算机 存储设备 显示设备 人机交互设备和输出设备等组成 CAD CAM软件 CAD CAM系统的软件系统软件与计算机硬件直接关联 起着扩充计算机的功能和合理调度与运用 计算机的作用 特点 基础性 各种支撑软件及应用软件都需要在系统软件支撑下运行 通用性 不同领域的用户都可以和需要使用 应用软件要借助于系统软件编制与实现
7、支撑软件支撑软件指直接支持用户进行CAD CAM 工作的通用性功能软件 不同的支持软件依赖一 定的操作系统 是各类应用软件的基础 支持软件可从软件市场上购买 用户也可自行开发 功能独立型 支撑软件 分类 交互绘图软件 几何建模软件 优化方法软件 有限元分析软件 数控编程软件 数据库系统软件模拟仿真软件 应用软件应用软件是在系统软件和支撑软件基础上 针对用户具体要求而开发的程序 在具体的 CAD CAM 应用中 必须进行二次开发 根据用户要求开发用户化的应用程序如 塑料模具设计软件 冷 冲模具设计软件 组合机床设计软件 机床夹具设计软件 分类 交互型 自动型 检索型 智能 型 CAD CAM系统
8、选择的原则 实用化原则 CAD CAM系统是一项实用性 针对性很强的技术 具有高投入 高产出 高风险的特征 设计系统时必须明确应用领域和对象 要达到的目标及需要的关键技术 适度先进性原则CAD CAM 技术是一项处于不断发展和完善中的技术 设计系统时 要有发展的眼光 对 CAD CAM技术的未来有一定的预测 选用实用性强 技术先进且成熟的设备与软件 降低投资风险 系统性原则系统性原则有两方面含义 一是指在系统设计时要充分考虑功能 软硬件配置上的完整性 二是指充分考虑各硬件设备和软件在功能 性能方面的匹配 由此确定系统集成水平 提出对系统硬件 软件 数据库 网络 接口的具体要求 整体设计与分步实
9、施原则设计时既考虑实用性和企业承受能力 又要考虑先进性和系统性 将近期目标 与长远目标相结合设计时充分考虑系统性 完整性和先进性 实施时充分考虑实用性和承受能力 分步实 施 逐步建设 硬件选用原则 系统功能 CPU的能力 内 外存容量 输入 输出性能 图形显示和处理能力 多种外部设备的接口 联网能力系统的升级扩展能力 由于硬件的发展更新很快 为保护用户的投资不受或少受损失 应注意 欲购产品的内在结构 是否具有随着应用规模的扩大而升级扩展的能力 能否向下兼容 在扩展系统中继 续使用 系统的开放性和可移植性 开放性 独立于制造商 遵循国际标准的应用环境 为各种应用软件提供数据 信息 提供交互操作移
10、植 界面 新安装的系统能与原安装的计算机环境进行交互操作 可移植性 应用程序从一个平台移植到另一个平台的方便程度 系统的可靠性 可维护性与服务质量 软件选用原则 软件性价比选用软件要进行系统调研与比较 选择满足要求 运行稳定可靠 容错性好 人机界面友 好 具有良好性能价格比的产品 开放性选用的软件应与系统中的设备 其他软件和通用数据库具有良好的接口 数据格式转换和集成 能力 具备驱动绘图机等设备的接口 具备升级能力 便于系统的应用和扩展 二次开发能力与环境为高质 高效地充分发挥软件的作用 通常都需进行二次开发 要了解所选软件 是否具备二次开发可能性 开放性程度 所提供的二次开发工具 二次开发所
11、需环境和编程语言 与硬件匹配性不同的软件往往要求不同的硬件环境支持 如软 硬件都需配置应先选软件 它决定着 系统功能 软件商的综合能力信誉 经济能力 培训支持 一 某企业产品设计部门有12 位技术人员 均从事产品的设计 分析和基础绘图工作 请尝试为该企业 进行 CAD CAM 软硬件系统的配置 答 硬件配置 1 为每位技术人员配置一台微机型CAD工作站 以便各自独立工作 2 配置一台具有一定存储容量和安全性能的服务器 用于存储设计资料和共享软件 3 一部共享的图形输出设备和打印设备 图形输出设备规格视所绘图纸最大图幅而定 4 在该设计部门构造一个局域网 并与外部internet intrane
12、t网连接 软件配置 1 系统软件 windows xp 2000 2 配置一套网络型具有综合功能的CAD CAM 系统如 PROE 作为产品造型 图形绘制 数控编程的支 撑软件工具 3 一套网络型如ANSYS有限元分析软件 用于产品结构计算与分析 4 12 套二维绘图软件如AUTOCAD2008 用于工程图样的绘制 5 一套大于 12 节点的产品数据管理软件系统如PDM 用于设计资料的管理 产品配置管理以及产品设 计流程的管理 该软件系统特别注意设计资料的安全性和权限的管理 二 某单位从事机械产品设计及新产品开发工作 试为其设计一套适用于中 小型产品开发的CAD CAM 系统 要求如下 1 绘
13、出系统网络图 2 简述各部分在系统中的主要作用 3 为该系统配置系统软件和支撑软件 1 根据要求 可采用局域网络结构 由一服务器通过集线器连接若干PC工作站 如下图所示 2 各组成部分的主要作用 1 服务器 安装CAD CAM 软件系统 2 集线器 连接服务器 PC工作站和互连网 3 打印机 文档输出 4 绘图机 图纸输出 3 系统主要软件 1 操作系统 Windows XP 2 支撑软件 AUTOCAD 2008 用于二维绘图 Pro E wildfire4 0 用于三维建模和数控编程 三 某工程师从事机械产品及新产品开发工作 试为其设计一PC机 CAD CAM 系统 并能进行二次开发 1
14、绘出系统的基本结构图 2 为该系统配置硬件 并说明主要的硬件参数 3 为该系统配置软件 并说明应具备的功能模块 答 1 2 硬件 CPU PIV 2 0G 内存 1GB 外存 160G 显存 256M 显示器 17 寸液晶显示器 3 软件 操作者输入系统计算机系统 打印机 绘图机 外存设备 显示终端 1 系统 WINDOWS2000 XP 2 支撑 PROE WILDFIRE4 0 中文版 功能模块 二维绘图 三维建模 数控编程 机构运动分析 有限元分析 开发工具包 3 数据库 ORACLE 4 编程工具VC 6 0 数表的计算机处理技术 设计数据或资料的计算机常用处理方法 数表的数组化 将数
15、表 含线图离散化而成数表 中的数据编入程序 存入一维 二维或多维数组 再 根据已知条件自动检索和调用所需数据 数表的文件化数据量很大 用数组不便于处理 可将数表中 含线图离散化而成数表 的数据 存入数据文件或数据库中 数据独立于应用程序 使用时通过检索程序查询和调用所需数据 数表的公式化将数表或线图转化为公式编入程序 再根据已知数据计算出所需数据 线图的计算机处理技术设计资料中 常用部分由直线 折线或各种曲线构成线图直观地表示出参数间的函 数关系 线图不能直接存储 需进行计算机化处理 一般做法 若能查到线图原有的公式 将公式编写到程序中 将线图离散为数表 然后将数表进行程序化处理 用曲线插值或
16、拟合的方法求出线图的近似公式 再将公式编写到程序中 线图的离散化处理为了将曲线图变换成数表 可将曲线进行分割离散 用这些分割离 散点的坐标值列成一张数表 分割离散的原则 各分割点间的函数值相差不大 分割点的选取随曲线的形状而异 陡峭部分分割密集一些 平坦部分分割稀疏一些 线图的公式化处理 由于数据的离散性和离散数量的有限性 相邻两数值点之间的函数值只能选取相近的数据 会给计算带来 误差 数表的存储和使用 会占用较多的计算机资源和存储空间 增加计算机检索时间 函数插值 方法线性插值 抛物线插值和拉格朗日插值 曲线拟合用插值法对列表函数进行公式化处理是一种比较简便的方法 但存在两方面不足 插值函数严格通过列表函数中的每个节点 而这些节点数据往往由试验所得 不可避免的带有试 验误差 这样得到的插值公式复映了原有的节点误差 仍需将各节点数据存储在计算机内 占用存 储空间 函数拟合有多种方法 最常用的为最小二乘法 数据库的基本原理 数据库技术是在人工管理 文件管理技术上发展起来的数据管理技术 数据库以文件方式存储数据 是数据的一种高级组织形式 在应用程序和数据库之间 由数据库管理软件 DBMS
