机械CAD/CAM技术.

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1 机械CAD/CAM技术

2 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

3 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。

4 1.1 CAD/CAM技术基本概念 CAD技术 几何 造型 工程 分析 仿真 模拟 图形 处理 CAD基本功能

5 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

6 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。

7 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

8 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

9 1.1.3 CAM技术 CAM含义： CAM-- Computer Aided Manufacturing

10 1.1.4 CAD/CAM集成技术 CAD/CAM集成技术：

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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。

16 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

17 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。

18 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。

19 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

20 1.3.2 CAD/CAM系统硬件 CAD/CAM系统硬件组成

21 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

22 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。

23 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。

24 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。

25 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。

26 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

27 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。

28 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。

29 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。

30 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

31 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。

32 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