《2011年机械CADCAMCAPP》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011年机械CADCAMCAPP（338页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计计算机辅辅助设计设计 与制造 Computer Aided Design and Manufacturing南昌大学 刘建胜本课程学习方法建议n由于CAD/CAM是一门新兴技术，其发展较快 ，因此在教学的内容上将在教材基础上对一些 知识点进行扩展。 n基本概念是学习的重点。本课程教学的目的是 为今后的学习和工作建立基础，因此基本概念 的掌握最重要。 n上机练习有助于理解教学内容。更重要的是 CAD/CAM技术本身就是一门可以直接在生产 实际中产生效益的新兴技术。第一讲讲 CAD/CAM技术术基础础 主讲讲：刘建胜1. CAD/CAM技术基础 本章内容：主要介绍绍CAD/CAM 的基本概念，
2、CAD/CAM技术术的状况及其技术术的发发展 CAD CAPP CAM1.1 CADCAM的基本概念nCAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术， 是20世纪制造领域最杰出的技术之一。 nCAD/CAM是计算机辅助设计和计算机辅助制 造的縮写。 70年代初期产生的术语，其中斜 杠表示设计和制造的自动化以及信息的集成化 。 也有将CAD、CAM、CAE（分析）、CAQ等 统一写成CAX。nCAD/CAM技术在近半个世纪的应用实践 中，它的重大贡献已被国际科技界和工 业界所公认。 美国工程科学院评为 自 1964年以来当代最杰出贡献的十项工程 技术成就之一。CAD(Computer Aided
3、Design):是指工程技术人 员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项 任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工 装设计、工程分析等计算速度高、可编程因而可修改、存储量大、记忆能力 强、重复工作不会“疲劳”，但无创造能力。 有知识、思想、经验、创造性，但记忆能力有限、存储 有限，易疲劳、易失误、计算速度慢计算机：工程技术人员 ：计计算机辅辅助设计设计 Computer Aided Designn将人与计算机结合，取各自所长。在交 互方式下组成一个高效的工作组（设计 工作组 design team）。人CAD计计算机主观能动力 应用交互 支持环境 对对CAD的误误解n自动设计 ，从而完全替代人
4、的作用。辩析：目前一些系统将人的经验知识嵌入软件，使得计 算机有一定的“智能”，但只有有限的能力。nCAD只是将原先的图纸搬到计算机上进 行设计。辩析：忽略了计算机在计算速度、修改、存储方面的优 势。从CAD的定义引深两个含义：n在CAD中，人与计算机的角色是互相不 可取代的； CAD的工作组中，应尽可能 发挥 人和计算机各自的特长。 CAM定义 nComputer Aided Manufacturing n广义CAM n狭义CAM n广义CAM包含了整个生产自动化过程、计算 机辅助设计制造编程、物料处理与控制、作 业计划和生产监控等。 n而狭义CAM仅指应用CAM技术进行数控程序 的生成、数
5、控代码经通讯接口传输到数控机 床，进行数控加工。nCAM(Computer Aided Manufacturing):制造人 员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出 来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程 、制造过程控制、质量检测等。nCAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根 据产品制造工艺要求，交互或自动地确 定产品加工方法和方案，如加工方法的 选择、工艺路线和工序的设计等。从产品制造的过程理解CAD/CAM 产品设计阶段工艺设计阶段产品生产阶段任务规程 概念设计 结构设计与分析 详细设计 工程设计毛坯设计 工艺路线设计 工序
6、设计 工装设计NC编程 加工仿真 NC加工 质量控制 装配 性能测试市 场 需 求产 品CADCAPPCAM将三者集成CAD/CAM传统制造概念与过程 从产品制造的过程理解CAD/CAM 现代制造概念与过程 市场需求分析产品概念设计产品设计生产准备生产制造质量控制销售服务管理与协调利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM从产品制造的过程理解CAD/CAM 几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息 的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人 的工作，特别是创造性的工作。 2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只 涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制 与质量控制等
7、内容。 3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息 流。 4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。CAD/CAM的基本功能在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信 息管理等工作。因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能： 1、产品与过程的建模如何用计算机能够识别的数据（信息）来表达描述产品。如产品形状结构的描述、产品加工特性的 描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件 描述出来等等。CAD/CAM的基本功能2、图形与图像处理在CAD/CAM系统中，图形图像仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达 图形、对图形进
8、行各种变换、编辑、消隐、光照等 处理是CAD/CAM的基本功能。CAD/CAM的基本功能3、信息存储与管理设计与制造过程会产生大量、种类繁多的数据，如 设计分析数据、工艺数据、制造数据、管理数据等 。数据类型有图形图像、文字数字、声音、视频等 ；有结构化和非结构化的数据；有动态和静态数据 等。怎样将CAD/CAM系统产生这些大量的电子信息 存储与管理好，是CAD/CAM的必备功能。采用工程数据库。 CAD/CAM的基本功能4、工程计算分析与优化工程分析和几何计算：计算体积、重心、转动惯量等几何特性和物理特性；结构分析：应力、温度、位移计算；图形处理中的矩阵计算；工艺规程设计中的工艺参数计算；
9、5、工程信息传输与交换 信息交换有CAD/CAM系统与其他系统的信息交换和 同一CAD/CAM系统中不同功能模块的信息交换。CAD/CAM的基本功能6、模拟与仿真为了检查产品的性能，往往需要对产品进行各种试 验与测试，需要专门的设备与生产出样品，并具有 破坏性，时间长，成本大。通过建立产品或系统的 数字化模式，采用计算机模拟技术可以解决这一问 题。如加工轨迹仿真，机构运动仿真，工件、刀具 和机床碰撞与干涉检验等。CAD/CAM的基本功能7、人机交互 数据输入、路线与方案的选择等，都需要人与计算机进行对话。人机对话交互的方式有软件界 面与设备（键盘、鼠标等） 8、信息的输入与输出 信息的输入与输
10、出有人机交互式输入输出与 自动输入输出。 CAD/CAM的基本功能CAD 几何造型 工程绘图 工程分析和优化 模拟与仿真CAPP 工艺知识检索 工艺路线生成 工艺设计CAM 数控加工编程 加工仿真 车间管理 计划调度 质量控制工程数据库 EDBMS从CAD/CAM系统工作过程看CAD/CAM的基本功能nCAD/CAM技术的发展回顾 CAD技术的发展 ： 1形成期 1950 MIT CRT(阴极射线管) 计算机能够处理图形 计算机图形学。 2. 发展期 50年代 光笔交互式会图 60年代 屏幕菜单点击、 功能 键盘、光笔定位、图形动态修改。1962 美国 Ivan Sutherland 第一个
11、交互式图形系统（SketchPad） 2D系统 3、成熟期 1973 实体造型技术 实体造型软件 3D系统4.集成期 信息分散、不能共享，不能发挥合力效益，开发专用接口，成 本大，自动化程度不高 等等 集成CAD/CAM.nCAD/CAM技术的发展回顾 CAM技术的发展 1952年数控机床1955自动编程工具（APT） 1958自动换 刀系统加工中心（MC） 1962工业机器人物料搬运自动 化，利用一台计算机控制多台数控设备(直接数控系统 )DNC FMS. 70年代，交互式图形编程系统，CAM成熟 智能化，集成化，自动化。 nCAD/CAM技术的发展回顾 CAPP技术的发展 1969年，挪威
12、，成组技术，零件分类归族，典型样 件与典型工艺 AutoPros 1980年，英国AutoCAP. 派生式CAPP系统。简单， 实用，成本低，周期短；但与企业的特性相关度高，一般 不适合于其他企业。 采用规则，推理，根据工艺的特性，自动生成工艺路线， 成为创成式CAPP，自动化程度高，适合于多种企业。但由 于工艺过程涉及的因素多，开发周期及成本高，目前仍然 在研究阶段。 80年代中期，CAPP专家系统。 CAD/CAM的集成技术 ：CAD、CAPP、CAM技术长时间独立发展，使数据结构、 软件结构、平台等方面有很大差异。系统之间不能进行自 动的数据交换，需要大量的人工参与以完成数据传输工作 ，
13、严重阻碍CAD、CAPP、CAM技术的效益与发展。80年代 ，人们致力于CAD、CAPP、CAM技术集成研究。相继推出 了CADAM、CATIA、UG、Pro/E等。 nCAD/CAM技术的发展回顾 CAD/CAM的应用现状 机械是主要应用领域 2D应用最广 我国在2D CAD系统和CAPP系统中自主产品，市场占有率较 高。3D刚起步。 CAD/CAM的应用效益生产精度与产品质量提高 产品开发周期缩短 GM 汽车 5年3年 新产品可靠性提高 20%60% 生产成本下降 波音777未生产样机 详细效益请见P11nCAD/CAM技术的应用 制造企业面临的市场形式 产品形式多样化、个性化，生产方式由
14、大批量、少品种 少批量、多品种； 市场响应速度快。大吃小快吃慢 产品的范畴：产品产品P+质量Q+时间T+服务S (T,Q,C,S) 竞争范围：区域全球 核心竞争力创新技术与人才各种新技术的出现与应用，特别是计算机与信息技术， Internet 上述原因，企业未来呈现的特点：nCAD/CAM技术的新发展 上述原因，企业未来呈现的特点： 产品开发生产周期短，上市快； 制造柔性化； 整个产品生命周期内的质量保证 企业组织形式，出现虚拟企业与企业联盟 生产过程更为精良 人才素质高 智能化与自动化程度高 绿色制造 分布、并行、集成并存nCAD/CAM技术的新发展 企业未来力呈现的特点对CAD/CAM系统
15、的要求 1、 集成化，2、智能化，3、网络化，4、分布并 行处理，5、综合技术的产品开发，6、虚拟现实 技术，7、人机工程。CAD/CAM新方向 支持TOP-Down，2、支持DFx，3、智能 CAD/CAM，4、CE、5、虚拟制造，6、集成制造 ，7、异地设计制造。nCAD/CAM技术的新发展 系统组成与分类 组成：CAD/CAM系统由硬件和软件系统组成。硬件系统是指可触摸到的物理设备，如主机设备、终端 设备、网络及通信设备、输入输出设备，数控加工及控制 设备等。软件系统通常是指程序及其相关文档的总和，软件系统 一般分为系统软件、支撑软件和应用软件。n第二章 CAD/CAM系统 图2.1 C
16、AD/CAM组成 n第二章 CAD/CAM系统 CAD/CAM系统硬件系统软件系统计算机存储设备生产设备输入输出系统软件支撑软件应用软件分类 从不同的角度，CAD/CAM系统可分为不同的类型。 从硬件角度，分为两大类。 1、以大型机或小型计算机为主机的、多用户分时系统。 主机系统的特点： 1) 外围设备和用户工作站与主机相连，用户工作站中至少 有一台图型工作站和一套图形处理设备（如图形终端，图 形输入输出设备等），图形工作站基本结构如2.2b图，P22.n第二章 CAD/CAM系统 n第二章 CAD/CAM系统 2)优点：主机功能强，可处理大量信息，如分析计 算，模拟。使用性能取决于软件水平。3）缺点：系统专用性强，比较封闭，终端过多，系 统速度变慢，价格较高。另外，系统的可靠性取决 于主机（主机发生故障，整个系统都将瘫痪）。n第二章 CAD/CAM系统 2、工程工
