机械CAD/CAM技术

第一章 CAD/CAM技术概述 1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.2 CAD/CAM系统的功能和作业过程

1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.1.1 CAD技术 CAD含义： 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。

1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.1.1 CAD技术 几何 造型 工程 分析 仿真 模拟 图形 处理 CAD基本功能

1.1.1 CAD技术 CAD系统 设计数据库 应用程序库 交互图形库 硬件 软件 CAD 系统组成

1.1.2 CAPP技术 CAPP含义： CAPP—Computer Aided Process Planning 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。

1.1.2 CAPP技术 CAPP功能 毛坯 设计 工艺 路线 工序 设计 工时 定额 机床刀 具选用 工装 设计 余量 分配 切削 用量 工序图 绘制 CAPP功能

1.1.2 CAPP技术 CAPP组成 人机交互模块 零件 对象 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 信息库 数据库 知识库 工艺 文件库 CAPP组成

1.1.3 CAM技术 CAM含义： CAM-- Computer Aided Manufacturing

1.1.4 CAD/CAM集成技术 CAD/CAM集成技术：

1.1.4 CAD/CAM集成技术 工程 图样 工艺 文档 CAD CAPP CAM NC代码 非集成3C系统输入输出信息流

1.1.4 CAD/CAM集成技术 CAD/CAPP/CAM集成信息流 CAD CAPP CAM 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 CAPP CAM CAD/CAPP/CAM集成信息流

1.1.4 CAD/CAM集成技术 用户界面 应用系统 CAD CAPP CAM …… 数据库、网络系统、数据交换接口 操作系统 计算机硬件

1.2 CAD/CAM系统的功能和作业过程 CAD/CAM系统的功能 几何建模 工程分析 数据管理 CAD CAM 工程绘图 工艺规程 模拟仿真 数控编程 工艺规程 CAD/CAM系统的功能

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； 工程分析 进行运动学、动力学、有限元分析，优化设计等； 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 作业过程 创意 构思 计算机 辅助 设计 快速 原型 制造 辅助工艺 规划 辅助NC 编程 模拟 实际 文档 产品 数控 代码 工艺

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。

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。

1.3 CAD/CAM系统硬件和软件 1.3.1 CAD/CAM系统组成 人 关键 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； 软件 核心 硬件 基础 CAD/CAM系统组成

1.3.2 CAD/CAM系统硬件 CAD/CAM系统硬件组成

1.3.2 CAD/CAM系统硬件 输入装置 计算机 主机 生产装备 存贮器 计算机网络 输出装置 CAD/CAM系统硬件组成

1.3.2 CAD/CAM系统硬件 计算机主机： 中小型计算机：由于大型复杂设计计算和分析； 工程工作站：具有强大的图形处理、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。

1.3.2 CAD/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。

1.3.2 CAD/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。

1.3.2 CAD/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。

1.3.3 CAD/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

1.3.3 CAD/CAM系统的软件 操作系统：计算机软件核心，有CPU管理、内存 系统软件： 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。

1.3.3 CAD/CAM系统的软件 交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制， 支撑软件： 如AutoCAD、PICAD 高华CAD 开目CAD等。 三维造型软件：如 MDT、Solidworks、Solidedge等。 数控编程软件：如 MasterCAM、SurfCAM等。 工程分析软件：如 SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。 综合集成支撑软件：如 I-DEAS、UGII、PRO/E、 CATIA等,具有CAD、CAE、CAM等综合功能。

1.3.3 CAD/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。

1.4 CAD/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技术的发展 单元技术的发展和应用阶段 60~70年代 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。 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目前研究热点 计算机辅助概念设计 需解决建模和推理两大技术难题。 计算机支持的协同设计 须解决： 计算机辅助概念设计 需解决建模和推理两大技术难题。 计算机支持的协同设计 须解决： ①群体成员间实时、可靠、廉价的信息交换； ②保证异地、异构环境下协同设计系统可靠运行； ③群体成员冲突协调解决机制。 海量信息的存储、管理和检索技术 智能CAD/CAM技术 CAD/CAM与虚拟现实技术的集成 计算机安全