第1章CADCAM技术概述

教材王隆太主编，机械CAD/CAM技术（第3版），机械工业出版社2010年参考书籍1、宁汝新、赵汝嘉主编，CAD/CAM技术（第二版），机械工业出版社2006年2、颖薛庆、徐弘山主编，CAD/CAM原理与应用机械工业出版社2005CAD/CAM技术CAD/CAM技术概述计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术是随着计算机和数字化信息技术发展而形成的新技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强等特点。它被广泛应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、纺织、轻工及建筑等各个领域，是数字化、信息化制造技术的基础，其应用水平已成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化的重要标志。CAD/CAM技术的应用人才需求正不断增加，学习和掌握CAD/CAM的原理、方法与技术，适应形势的发展和社会的需要是现代技术人员的基本要求。1.1CAD/CAM技术基本概念1.2CAD/CAM系统的功能和作业过程1.3CAD/CAM技术的硬件和软件CAD/CAM技术学习内容1.1CAD/CAM技术基本概念1.1.1CAD技术CAD含义：CAD—ComputerAidedDesign以计算机为工具，通过人机交互，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成整个产品设计过程的一门综合技术。CAD/CAM技术1.1CAD/CAM技术基本概念1.1.1CAD技术CAD基本功能几何造型工程分析仿真模拟图形处理CAD/CAM技术1.1.1CAD技术CAD系统组成CAD系统设计数据库应用程序库交互图形库硬件软件CAD/CAM技术1.1.2CAPP技术CAPP含义：CAPP—ComputerAidedProcessPlanning是根据产品设计结果,进行产品的加工工艺过程的设计，是一项重要的生产准备工作。CAD/CAM技术1.1.2CAPP技术CAPP功能毛坯设计工艺路线工序设计工时定额余量分配切削用量机床刀具选用工序图绘制CAD/CAM技术工装选用1.1.2CAPP技术CAPP组成人机交互模块零件信息描述获取工艺工序决策工艺文件生成与管理零件对象零件信息库数据库知识库工艺文件库CAD/CAM技术1.1.3CAM技术CAM含义：CAM--ComputerAidedManufacturing广义CAM：利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量保证等。狭义CAM：数控加工程序编制。CAD/CAM技术1.1.4CAD/CAM集成技术CAD/CAM集成技术：利用数据库技术、网络技术、数据交换和接口技术，实现3C各模块之间信息自动传递、转换和共享的相关技术。CAD/CAM技术1.1.4CAD/CAM集成技术CADCAPPCAM工程图样工艺文档NC代码非集成3C系统输入输出信息流CAD/CAM技术1.1.4CAD/CAM集成技术CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念设计几何造型工程分析图形处理毛坯设计工艺准备工序设计工时定额工艺准备作业计划物流控制质量保证CAD/CAM技术1.1.4CAD/CAM集成技术CAD/CAM系统总体结构用户界面应用系统CADCAPPCAM……数据库、网络系统、数据交换接口操作系统计算机硬件CAD/CAM技术1.2CAD/CAM系统的功能和作业过程CADCAM工程绘图几何建模数控编程CAD/CAM系统的功能CAD/CAM技术CAD/CAM系统的功能•几何建模用基本几何实体及其相互关系构造零件或产品三维几何模型，这是后续工作的基础；是CAD/CAM系统的核心，为产品设计、制造提供基本数据和原始信息；•工程分析进行运动学、动力学、有限元分析，优化设计等；•工程绘图CAD系统的重要环节，产品最终结果的表达方式；•工艺编程自动决策生成产品加工所采用的加工方法、工艺路线、工艺参数和加工设备；•数控编程选择所需要刀具和工艺参数，确定走刀方式，生成刀具轨迹，后置处理，生成NC程序。•模拟仿真预测产品工作性能，检查NC代码正确性，检查制造过程几何干涉和物理碰撞，分析产品可制造性；•数据管理提供有效的工程数据管理手段，支持产品设计与制造全过程数据信息流动和处理。CAD/CAM技术CAD/CAM作业过程创意构思计算机辅助设计快速原型制造计算机辅助工艺规划计算机辅助NC编程模拟制造实际制造设计文档产品原型数控代码工艺文档产品CAD/CAM技术CAD/CAM作业过程•创意与构思即需求分析，并进行功能设计，这一部分目前仍主要由人工完成，在条件具备时也可以采用人工智能和专家系统辅助完成。•计算机辅助设计与分析人机交互完成产品造型、装配设计、详细设计，进行工程分析和优化。•快速原型制造根据产品模型，采用分层堆积原理、以非切削方法，快速廉价的生成与实际产品形状、尺寸一致的产品模型，供分析和评价，进行多方案的比较。•计算机辅助工艺规划提取产品数据模型，分析几何特征、工艺特征，对产品进行工艺规程，生产工艺文件。•计算机辅助编程利用设计结果和相关工艺信息，自动生成NC控制代码，提高数控编程效率和质量。•虚拟制造不消耗资源和能量，也不生产现实世界的产品，借助三维可视的交互环境，对产品从设计、制造到装配的全过程进行全面仿真的技术，保证产品的设计和制造一次成功。CAD/CAM技术现代产品设计与制造过程特征•设计对象的数字化设计的产品以数据形式保存，产品开发活动是对产品数据进行操作、处理和转换的过程。•设计环境的网络化通过网络将各设计人员、各设计部门、不同设计地点联系起来，做到及时沟通和响应，避免信息延误和错误传递，避免扯皮和责任推诿现象。•设计过程的并行化建立上下游产品开发活动的关联和反馈，上游开发活动可对下游活动预先分析，确保整体性；在下游若发现上游缺陷，可及时修改，使产品设计不断完善和优化。•新型开发工具和手段应用如快速原型技术、虚拟制造技术、动静态分析等多种技术，保证产品开发质量，缩短产品开发周期，提高产品开发一次成功率。CAD/CAM技术1.3CAD/CAM系统硬件和软件1.3.1CAD/CAM系统组成软件核心人关键硬件基础CAD/CAM系统组成人：有着不可替代主导作用硬件：是基础，包括主机、计算机外部设备以及网络通讯设备等软件：是核心，决定系统性能的优劣，包括操作系统、支撑软件、应用软件等；CAD/CAM技术硬件提供CAD/CAM系统潜在的能力软件是开发、利用其能力的钥匙1.3.2CAD/CAM系统硬件CAD/CAM系统硬件组成CAD/CAM技术1.3.2CAD/CAM系统硬件存贮器计算机主机输入装置生产装备输出装置计算机网络CAD/CAM系统硬件组成CAD/CAM技术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1.3.2CAD/CAM系统硬件计算机主机：大中型计算机：一个主机连接多个终端，支持多用户工作，有较强的计算能力和运算速度，可以从事复杂设计计算和分析，性价比不高；小型计算机：性价比优于大中型机，基本上被工程工作站所代替；工程工作站：具有大的虚拟存储空间、强大的图形处理、高速计算和网络通信能力；微型计算机：性能价格比高，软件丰富，操作容易，是CAD/CAM主流机型。CAD/CAM技术1.3.2CAD/CAM系统硬件输入装置：键盘鼠标：最典型常用的输入装置；数字化仪：通过电磁感应原理进行图形坐标点输入；图形扫描仪：能快速完成图形信息的输入，生成位图信息，经矢量化处理将位图转换为矢量化图形；数码相机：将光学真实图象转换为数字图象；其他输入装置：如触摸屏、声响交互输入等。CAD/CAM技术1.3.2CAD/CAM系统硬件输出装置：图形显示器：最基本的输出装置，由图形卡支持；打印机：有针式、喷墨、激光打印机之分；自动绘图仪：有笔式绘图仪、喷墨绘图仪，有滚筒绘图仪、平板绘图仪之分。CAD/CAM技术1.3.2CAD/CAM系统硬件存储器：内存储器：存储当前所需的数据和程序，半导体材料，访问速度快，成本高，存储量有限，存储信息掉电丢失；外存储器：存储CPU暂时不用的数据和程序，存储量大，能长期保存。有软盘、硬盘、光盘、USB之分。CAD/CAM技术1.3.3CAD/CAM系统的软件应件用软支件撑软系统软件CAD/CAM系统的软件组成CAD/CAM技术1.3.3CAD/CAM系统的软件系统软件：操作系统：计算机软件核心，有CPU管理、内存管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操作系统有DOS、Windows、Unix、OS/2等。语言编译系统：如Basic、C/C++、LISP等编译系统，是将高级语言转换为计算机机器语言。图形接口标准：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。CAD/CAM技术CAD/CAM系统的支撑软件可概略地分为：1.单一功能型；单一功能型支撑软件只提供CAD/CAM系统中某些典型的功能，如二维绘图、三维造型设计、工程分析计算、运动仿真、数控加工等。2.综合集成型。综合集成型CAD/CAM支撑软件提供了设计、分析、造型、数控编程及加工控制等多种模块，功能比较完备。1.3.3CAD/CAM系统的软件CAD/CAM技术支撑软件是CAD/CAM软件系统的重要组成部分，它不针对具体的应用对象，而是为某一应用领域的用户提供工具或开发环境．不同的支撑软件依赖一定的操作系统，又是各类应用软件的基础。通常，支撑软件是由专门的软件公司开发，可以从软件市场上购买，用户也可以自行开发。1.3.3CAD/CAM系统的软件支撑软件：交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制，如AutoCAD、CAXA、高华CAD、开目CAD等。三维造型软件：如Solidworks、Solidedge、CAXA实体设计等。数控编程软件：如MasterCAM、SurfCAM、CAXA制造工程师等。工程分析软件：如ADINA、NASTRAN、ANSYS等。综合集成支撑软件：如UG、CATIA、PRO/E等,具有CAD、CAE、CAM等综合功能。CAD/CAM技术1.3.3CAD/CAM系统的软件应用软件：在系统软件和支撑软件基础上，针对某一具体应用开发的软件，如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等CAD或CAE软件系统。CAD/CAM技术1.4CAD/CAM技术的发展和应用CAD/CAM技术的发展•50年代－萌芽期：图形显示器(50),NC机床(52),绘图仪(58)•60年代－成长期:CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型CAD/CAM系统问世•70年代－发展期：CAD/CAM软硬件系统商品化•80年代－普及期：PC微机和工作站系统广泛使用，从大型企业向中小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩展•90年代－集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成CAD/CAM技术CAD/CAM技术的发展•单元技术的发展和应用阶段60~70年代如图形软件、数控编程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等CAD/CAM系统；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系统。阶段特征：各功能模块基本形成，数据结构尚不统一，不具备集成性。•CAD/CAM的集成阶段20世纪80年代实体造型成熟，特征建模、工程数据库发展；超级微机、工作站占领市场。阶段特征:CAD/CAE/CAM集成性好，应用向三维、集成化发展。•面向并行设计制造环境的CAD/CAM阶段自20世纪90年代由面向零件集成向面向产品并行设计发展，要求产品设计一次成功。阶段特征：面向产品全生命周期建模、企业PDM、计算机网络、协同工作模式。CAD/CAM技术CAD/CAM技术发展趋势•集成化•智能化•网络化•虚拟化CAD/CAM技术