先进制造技术概论cad

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1、第一章 CAD技术概论本章目的：了解CAD基本概念了解CAD发展历史和作用了解传统设计过程与CAD设计过程的特点了解CAD发展趋势1.1 传统的机械设计过程 1.2 机械CAD过程 1.3 CAD的基本概念 1.4 CAD技术的发展历程 1.5 CAD系统的功能与任务 1.6 CAD技术的应用 1.7 CAD技术的发展趋势第一章 概论1.1 传统的机械设计过程机械设计就是根据使用要求确定产品应该具 备的功能，构想出产品的工作原理、结构形状 、运动方式、力和能量的传递、以及所用材料 等事项，并转化为具体的描述，例如图纸和设 计文件等，以此作为制造的依据。 机械设计是产品从需求分析、设计、制造、

2、销售、使用和回收整个产品全生命周期中的一 个重要环节，对产品成本的影响占80。 1.1 传统的机械设计过程市场需求调查提出开发计划设计任务书功能分析寻求解决方案拟订总体布局机械运动 方案设计原理方案图主要尺寸 及参数设计总体结构设计装配图零部件 结构设计零件图技术文档产品规划阶段 (需求分析)方案设计阶段 （概念设计）技术设计阶段 （详细设计）调查研究、分析用户需求、收集资料， 在此基础上确定产品功能，提出需求报告构思方案，分析和论证，获得的原理性方案，确 定设计大的框架，主要设计参数分析计算与优化确定对象的细部结构，完成装配图和 零件图的绘制，编写技术文件传统设计工具：绘图板，计算器（尺）

3、产生设计蓝图1.1 传统的机械设计过程传统机械设计过程的特点：l每一环节靠手工完成； l设计方案靠经验，方案少，不优化； l不能进行复杂的力学分析，难以按动态的、精 确的的方法计算，容易出错； l大部分时间在零件图、装配图上，可重用性差 ； l设计周期长、效率低。1.1 传统的机械设计过程计算机辅助设计(CAD)的产生l详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计 l机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产、以 及销售使用后，会返回大量信息，需要对产品进行不断 修改 l机械设计是一个“设计评价再设计”的反复迭 代、不断优化的过程 l在人工设计情况下，存在许多的缺点，因此实现某种程 度的设

4、计自动化，缩短设计周期，降低设计成本，提高 设计质量，就成为机械设计发展的迫切要求，正是在这 样的背景下产生了计算机辅助设计(Computer Aided Design)1.1 传统的机械设计过程1.2 机械CAD工作过程辅助工具、组件应用数据库CAD设计工具各种CAx软件工具：CAD（2D、3D）CAE、CAPP、CAM等1.2 机械CAD工作过程CAD作业过程的特点l设计工具软件化（CAx） l强有力的计算、图形、数据处理能力 l设计、分析综合，性能选优 l提高了设计精度和可靠性 l信息共享、资源共享、设计过程共享 l设计效率高、周期短 1.3 CAD的基本概念20世纪60年代的观点 科学

5、计算和分析或计算机控制绘图机绘制出工程图 1967年，美国学者D.T.ROSS的定义 把设计者与计算机结合为一个问题求解组，使之较各自 单独工作时能更有效地达到设计问题的目标 1972年，国际信息处理联合会的定义 CAD是一种技术，其中人与机（计算机）结合为一个问 题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其 工作优于每一方，并为应用多学科的方法的综合 性协作提供了可能 1.3 CAD的基本概念CAD是用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进 行设计、修改、分析和优化的一种设计方法。 在CAD系统中人与计算机密切合作，在不同的方面人与 计算机充分发挥各自的特长，因此CAD系统是一个人机 结合的

6、系统。 CAD技术是一门多学科的综合性应用新技术，它涉及到 以下基础技术： 图形处理技术 工程分析技术 数据管理与数据交换技术 文档处理技术 软件设计技术 1.3 CAD的基本概念CAD含义的衍生：CAD技术不断发展，不同 领域对CAD技术的应用程度不同，对CAD技 术的含义的理解也略有差异。 Computer Aided Drafting(画图) Computer Aided Design(设计) Computer Aided Development(集成)狭义定义与广义定义CAD: Computer-Aided DesignCAM: Computer-Aided Manufacturing

7、CAPP: Computer-Aided Process PlanningCAD/CAM：设计制造一体化1.3 CAD的基本概念从产品的诞生过程理解CAD的概念1.3 CAD的基本概念从制造的概念理解CAD的概念1.3 CAD的基本概念1.4 CAD技术的发展历程提出：1959年美国麻省理工学院（MIT）召开的CAD规划会议。实施：1963年MIT小组在美国计算机联合会年 会上发表了CAD方面的五篇论文给工程技术界以很大的震动,也由此CAD技术得以出现,并进入了实施阶段。1.4 CAD技术的发展历程特点： 真空管计算机；机器语言；编制程序设计变压器、电动机、发电机等；美国、欧洲、日本；特点:晶

8、体管式计算机取代真空管式计算机 高级语言(FORTRAN,ALGOL,COBOL） 文件系统 (数据管理)（60年代初） 磁带、磁鼓、磁盘 （数据存储) CRT+光笔的图形显示系统 交互式图形生成技术 (人机交互，1953） I.E.Sutherland “人机图形通信系统” SKETCHPAD 发展很快，但规模大，价格昂贵 存储管式显示器。3、开发拓展阶段（20世纪70年代80年代）特点：计算机已进入大规模集成电路时代；数据处理技术已从文件系统发展到数据库系统，系统具有统一的数据结构和内部数据库；几何造型技术已经成熟；有较好的集成，实现了CAD/CAE/CAM的集成；出现特征建模及二、三维参

9、数化设计系统。 4、应用普及阶段（20世纪90年代以后）特点：广泛采用了特征造型和基于约束的参数化和变量化造型方法，并向集线框、表面、实体造型统一表示的非流形形体造型发展；由单机或局部分布式联网工作方式向基于网络的设计发展。 1.4 CAD技术的发展历程1952 MIT的第一台数控铣床 1955 APT语言 1958 镗铣加工中心 1962 第一台机器人、DNC直接数控 1967 柔性制造系统 1969 基于零件分类的AUTOPROS检索式CAPP 派生式CAPP 1977 创成式CAPP 1980S 基于专家系统的CAPP 1970S 提出集成的需求与概念 1980S 研究与发展 出现集成化

10、、商品化软件系统CAD技术的发展 2D绘图3D设计工程分析数字样机集成平台目前国际知名CAD软件公司CATIA（整体方案） UG（整体方案） Pro/E（整体方案） AutoCAD(二、三维设计)高档：CATIA、UG 中档：Pro/E 低档：Solidworks、Solidedges、Inventor 二维：AutoCADCAD在我国清华、华科大、浙大、北航等华中科技大学：天喻InteCAD、 InteSolid，KMCAD等 清华：TiOpenCAD，TiGEMS等北航海尔：CAXA，金银花等浙大大天：ZDDS新洲软件：Solid 2000技术、市场份额与国外差距很大1.5 CAD系统功能

11、与任务1.图形显示功能 2.输入输出功能 3.存储功能 4.交互功能基本功能：1.5 CAD系统功能与任务1.几何造型 2.计算分析 3.工程绘图 4.结构分析 5.优化设计主要任务：6.计算机辅助工艺设计 7.NC自动编程 8.模拟仿真 9.工程数据库管理CAD/CAM的基本功能1.5 CAD系统功能与任务1.6 CAD技术的应用1.缩短产品开发周期 2.提高产品设计质量 3.降低生产成本 4.提高管理水平优越性：1.6 CAD技术的应用l可重用性好，效率高（对拷贝进行简单修改） l信息、知识及资源共享（通过网络） l支持协同产品开发（通过网络），多学科专 家协作 l3D设计更直观，能直接进

12、行产品性能分析与优 化，有利提高产品质量 l提供复杂计算，计算精度高，减轻设计强度 l有利于产品全生命周期的信息集成特点：1.6 CAD技术的应用l过去生产一个大规模集成电路芯片，要花两年时间，用CAD只要两 周即可完成； l美国道格拉斯公司生产F15战斗机，用CAD技术试制第一架飞机便 解决了发动机气道和机舱密封等关键问题； l英国的三叉戟飞机比美国的波音747飞机早开工，却晚一年完成， 其原因就是美国的747采用了CAD技术； l美国GM公司汽车设计中应用CAD技术，使新型汽车的设计周期由5 年缩短为3年，新产品的可信度由20提高到60； l以前波音公司的飞机维修手册最在一起有3米多厚，而

13、现在一张光 盘上可储存l000多张图样信息。 CAD技术带来的经济效益明显 ,CAD技术的发展 与应用水平已成为衡量一个国家的科学技术现 代化和工业现代化的重要标志之一 1.7 CAD技术的发展趋势CAD/CAPP/CAM/CAE/PLM/ERP/MES/SCM集成PDM（Product Data Management，产品数据管理） PLM（product lifecycle management产品生命周期管理） ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划） SCM（Supply chain management，供应链管理） MES (Manufact

14、uring Execution System, 工厂制造执行系统) CRM(Customer Relationship Management，即客户关系管理)计算机集成制造系统CIMS (Computer Integrated Manufacturing System)集成化、智能化、网络化、标准化集成化1.7 CAD技术的发展趋势提高集成水平是CAD/CAM系统发展的一个重要方向,必须 在以下几方面提高水平：u从传统的实体造型到参数化特征造型的转变 u必须有自己统一的数据库及其管理系统 u解决好不同CAD系统间产品模型数据的转换问题 u集成系统内部应该包括种类更多、功能更为完善 的设计与制造

15、应用软件 u解决好网络通信问题，使不同节点及不同地区的 用户能够协同工作 CAXPLMPKM产品集成设计开发过程应用CAD/CAM系统进行产品开发的过程通过数据库集成CAD、CAM和CAE1.7 CAD技术的发展趋势网络化提供多学科领域开发团队的协同产品开发支持跨部门、跨行业、跨地域的企业协作提供数据共享、知识共享、资源共享2 发展方向BuxtehudeBuxtehudeLaupheimLaupheimHamburgHamburgBremenBremenNordheimNordheimVarelVarel MeaulteMeaulteSt. St. NazaireNazaire NantesN

16、antesBrougltonBrougltonFiltonFiltonToulouseToulouseGetateGetate IllescasIllescasPuerto RealPuerto RealStadeStadeHamburgHamburg德国德国法国法国英国英国西班牙西班牙空客A380在4国进行协同研制CADCAECAMCADCAECAM研制ERPSCMSCMERP数据/BOM表项目需求CPC平台机舱内装饰机舱内装饰前后机身前后机身驾驶舱和中段驾驶舱和中段机翼机翼发动机机架发动机机架垂直尾翼水平尾翼BuxtehudeBuxtehudeLaupheimLaupheimHamburgHamburgBremenBremenNordheimNordheimVarelVarelMeaulteMeaulte St. St. NazaireNazaire NantesNantesBrougltonBrougltonFiltonFiltonToulouseToulous