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1、Image courtesy of National Optical Astronomy Observatory, operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, under cooperative agreement with the National Science Foundation.,机械CAD/CAM技术,E-mail: Tel: 15966961938,机械制造系 郑光明,2,课 程 导 引,课程性质： 机械CAD/CAM技术是工科机械制造类专业的主要专业课程，也是工科学生学习和掌握计算
2、机辅助设计与制造、计算机集成制造系统知识的主要课程。 课程目的、任务： 使学生掌握机械CAD/CAM的基本理论，掌握常用的机械CAD/CAM软件的使用方法。如何以计算机为辅助工具完成产品的设计、工艺规划及加工制造过程等工作。初步具有二次开发的能力，为从事CAD/CAM技术的研究和应用打下坚实的基础。,3,课 程 导 引,总的要求： 必须了解和掌握CAD/CAM技术有关的各种基础知识，学会CAD/CAM软件的基本操作。 前导课程： 计算机基础，机械制图，机械设计，机械制造基础，机械制造工艺学，数控机床，C语言程序设计，数据结构与数据库、计算机图形学等课程。 学习方法： 通过理论教学讲述课程的主要
3、知识点，要求学生掌握先进的CAD/CAM一体化技术。通过实验实训教学学会使用常用的CAD、CAPP软件，并能进行数控机床的加工操作。,4,计划： 总学时32：面授28学时，实验4学时。（4-12周） 成绩考核方式： 考试课，成绩以百分计：考勤及作业成绩30% ，实验成绩10%，考试成绩60%。,课 程 导 引,5,教材： 本课程选用教材为机械CAD/CAM技术蔡汉明等主编 机械工业出版社。 参考教材： 计算机辅助设计与制造 李佳 主编 天津大学出版社 计算机辅助设计技术基础 迟毅林 主编 重庆大学出版社 CAD/CAM技术概论 冯辛安 主编 机械工业出版社 现代CAD技术 童秉枢 主编 清华大
4、学出版社 CAD/CAM集成技术 刘文剑等 编著 哈尔滨工业大学出版社 机械CAD/CAM技术、应用和开发 王贤坤等 主编 机械工业出版社 CAD/CAM原理和应用蔡颖，薛庆，徐弘山编著，机械工业出版社,课 程 导 引,6,主要内容： 介绍机械CAD/CAM基本概念、基本原理， CAD/CAM系统的软硬件组成、功能和配置； 数据在计算机内的存储结构以及图形处理方法； 介绍几何建模和特征建模的基本原理； 介绍计算机辅助工程设计和辅助工艺分析、辅助工艺规划的相关知识； 对数控编程和仿真、计算机辅助制造、生产、管理和控制等相关内容作了简要介绍； 介绍当前几种先进的制造模式和先进的制造技术。,课 程
5、导 引,引言： 随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多样化与个性化，用户对各类产品的质量，产品的更新换代的速度，以及产品从设计、制造到投放到市场的周期都提出了越来越高的要求。为了适应这种变化，工厂的产品也向着多品种、中小批量方向发展。要适应这种瞬息万变的市场要求，则要求生产更具有柔性。计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)就是满足这种新的要求而产生的一种新的制造方法。,7,第一章 概述,8,第一节 CAD/CAM的基本概念,一产品的生产过程,如图为产品生产过程与CAD/CAM的应用过程,9,二CAD/CAM的基本概念,1CAD (Computer Ai
6、ded Design) 是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程； 广义的CAD包括设计和分析两个方面。 2CAM ( Computer Aided Manufacturing) 通过计算机与生产设备直接的或间接的联系，进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。主要包括使用计算机来完成数控编程、加工过程仿真、数控加工、质量检验、产品装配、调试这些工作。,10,3. CAPP（Computer Aided Process Planning） 借助计算机来完成毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务，称为CAPP。 4CAD/CAM集成技术 CAD产生的图纸直接被CAPP、CAM以及以后的
7、CIMS所利用，这就是CAD/CAM集成。 CAD/CAM系统的集成就是把CAD、CAM、CAE、CAPP、NCP（数控编程）以及PPC（生产计划与控制）等各种不同功能的软件有机的结合起来，用统一的执行机制来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，以保证系统内的信息畅通。,二CAD/CAM的基本概念,11,三CAD/CAM的组成,CAD/CAM 系统由硬件和软件两部分组成。,12,硬件组成主要是指计算机及各种配件设备，如各种档次的计算机、打印机、绘图机、数控机床等。 1）对硬件的主要要求是： 具备强大的人机交互功能 需要有相当大的外存储容量 良好的联网通信功能,1硬件组成,13,2）CAD/CA
8、M硬件的类型,根据系统总体配置、组织方式及所用计算机的不同，有不同的分类方法。 （1）按系统总体配置分类 主机系统 成套系统 超级微型工作站 个人计算机系统,1硬件组成,14,（2）按系统的组织方式分类 单机系统：由一台计算机加上输入和输出设备提供给单一用户使用的系统。 联机系统：由一组连接成网络的多台计算机组成，网络内的计算机可以各司其职。,1硬件组成,15,1）系统软件 主要负责管理硬件资源和各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性底层管理软件，即系统开发平台，系统软件主要包括三个部分：管理和操作程序、维护程序和用户服务程序。 CAD/CAM系统中比较流行的操作系统有：小型工作站上用
9、的VMS；超级小型机用UNIX和XENIX，微机上用的为MS-DOS、PC-DOS、OS/2、UNIX、WINDOWS和XENIX。,2软件组成,软件组成一般包括系统软件、支撑软件和应用软件。,16,2）支撑软件 绘图软件 例如 Auto CAD绘图软件 几何建模软件 例如 Pro-E UG 软件 有限元分析软件 例如 SAP软件 优化方法软件 例如 OPB软件 数据库系统软件 例如 ORACLE SQL Server 数据库系统软件、FOXBASE、FOXPRO等 系统运动学/动力学仿真软件 例如 ADAMS机械动力学自动分析软件 网络系统软件 NOVELL公司的NET WARE,2软件组成
10、,17,3）应用软件 应用软件是用户为了解决某个实际问题在支撑软件的基础上经过二次开发出来的软件。,2软件组成,18,随着软件及硬件的发展，特别是计算机网络技术的出现，CAD/CAM系统正在向集成化、智能化、标准化和网络化发展。 由于CAD/CAM系统投资相对较大，如何科学、合理的选择适合本企业的系统，应经过详细的考查与分析。一般要进行如下考虑：,3CAD/CAM系统的选型和配置,19,1）根据企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。 2）从整个产品设计、制造周期中各个阶段的工作要求出发，考核拟选用的系统各模块的功能，包括其开放性和集成性等特点。然后，根据性能价格比选
11、择合适的硬件与软件环境。 3）考虑如何有效使用管理系统，并使其发挥应有的作用，为企业创造良好的效益。,3CAD/CAM系统的选型和配置,20,1CAD/CAM系统的基本功能 图形显示功能 输入输出功能 存储功能 交互功能 (即人机接口),四CAD/CAM功能与任务,第一款鼠标,数字化仪,1) 扫描速度极快，数秒内可得到100 多万点，彩色标准型尤其适合扫活体 2) 一次得到一个面，测量点分布非常规则 3) 精度可达0.03mm 4) 单次测量范围大 5) 便携 6) 可对无法放到工作台上的较重、大型工件进行测量 7) 大型物体分块测量、自动拼合 8) 大景深，3DSS 的扫描深度可达30050
12、0mm 9) 可以得到逼真的彩色纹理,3DSS三维扫描系统,24,三 维 扫 描 实 例,滚筒式绘图仪,大型平板绘图仪,快速成形机是利用计算机辅助设计（CAD）、激光、CNC数控、新型材料等先进技术，无须任何刀具、夹具，在很短的时间内直接制造出三维复杂形状的产品实物样品。,28,2 CAD/CAM系统的主要任务 几何造型 计算分析 工程绘图 结构分析 优化设计 计算机辅助工艺规程设计 (CAPP) NC自动编程 模拟仿真 工程数据管理 特征造型,四CAD/CAM功能与任务,29,五、CAD/CAM的集成方法,CAD/CAM系统集成包括三个方面：硬件集成、信息集成、功能集成。 一般的CAD/CA
13、M系统集成是把CAD、CAE、CAPP、CAFD（计算机辅助夹具设计）、CAM等各种功能软件有机地结合在一起，用统一的执行程序来控制和组织各功能软件信息的提取、转换和共享，从而达到系统内信息的畅通和系统协调运行的目的。,30,根据信息交换方式和共享程度的不同，CAD/CAM 系统集成方案主要有以下几种：,1）通过专用数据接口实现集成,五、CAD/CAM的集成方法,31,为实现CAD、CAPP、CAM的集成，必须解决它们之间的数据的自动传递和转换。其基本工作步骤如下: 1、 CAD设计产品结构、绘制产品图样 2、经数据转换接口将产品数据转换为中性文件，如IGES、STEP等。,2）常用的CAD/
14、CAM的集成标准格式接口文件,五、CAD/CAM的集成方法,32,3、CAPP读入中性文件，将其转换为系统所需要的格式后生成零件工艺过程。 4、CAD、CAPP系统生成数控编程所需数据，按一定标准转换为相应的中性文件。 5、CAM系统读入中性文件，将其转换为本系统所需要的格式后生成数控程序。,五、CAD/CAM的集成方法,33,五、CAD/CAM的集成方法,34,3）基于统一产品模型和数据库的集成,基于统一产品模型和数据库集成框架图,五、CAD/CAM的集成方法,35,五、CAD/CAM的集成方法,36,4）基于产品数据管理（PDM）的系统集成,五、CAD/CAM的集成方法,37,第二节、CA
15、D/CAM技术发展历程,CAD/CAM技术随着计算机及其外围设备、图形输入输出设备、软件技术的发展而发展。 1、准备和诞生时期（20世纪5060年代） 电子管计算机 1950 MIT 能够显示简单图形的图形显示器 1958 Calcomp 滚筒式绘图机 20世纪50年代末 SAGE战术防空系统 1952年：第一台数控机床在麻省理工学院研制成功。,世界上第一台电子计算机ENIAC重达30吨，由18800个电子管组成,39,MIT 伺服机构实验室完成数控铣床研究,第二节、CAD/CAM技术发展历程,40,50年代中期最早使用光笔：奥地利人Gerber根据数控的原理研制出世界上由计算机控制的第一台平
16、板绘图机，开拓了计算机绘图的最初阶段。,第二节、CAD/CAM技术发展历程,41,1959，DAC-1（Design Automated by Computer ）, 第一个commercial CAD 系统，由IBM为General Motors开发,第二节、CAD/CAM技术发展历程,42,计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。 计算机图形学的发展，如Coons曲面 。 CAD：交互式二维绘图和三维线框模型 In 1960 McDonnell Douglas Automation Company (McAuto) 的CADD 是最早的 CAD程序。 1962年：美国学者Ivan sutherland研究出Sketchpad 交互式图形系统 。 1964年：美通用汽车公司宣布了他们的DAC-1。,2、 蓬勃发展和进入应用的时期（ 20世纪60年代）,第二节、CAD/CAM技术发展历程,43,1965年：洛克希德飞机公司推出CAD/CAM系统，贝尔电话公司宣布GRAPHIC-1。 In 19
