搜索
ImagecourtesyofNationalOpticalAstronomyObservatory,operatedbytheAssociationofUniversitiesforResearchinAstronomy,undercooperativeagreementwiththeNationalScienceFoundation.机械CAD/CAM技术E-mail:zgm03010805@163.comTel:15966961938机械制造系郑光明2课程导引课程性质：《机械CAD/CAM技术》是工科机械制造类专业的主要专业课程，也是工科学生学习和掌握计算机辅助设计与制造、计算机集成制造系统知识的主要课程。课程目的、任务：使学生掌握机械CAD/CAM的基本理论，掌握常用的机械CAD/CAM软件的使用方法。如何以计算机为辅助工具完成产品的设计、工艺规划及加工制造过程等工作。初步具有二次开发的能力，为从事CAD/CAM技术的研究和应用打下坚实的基础。3课程导引总的要求：必须了解和掌握CAD/CAM技术有关的各种基础知识，学会CAD/CAM软件的基本操作。前导课程：计算机基础，机械制图，机械设计，机械制造基础，机械制造工艺学，数控机床，C语言程序设计，数据结构与数据库、计算机图形学等课程。学习方法：通过理论教学讲述课程的主要知识点，要求学生掌握先进的CAD/CAM一体化技术。通过实验实训教学学会使用常用的CAD、CAPP软件，并能进行数控机床的加工操作。4计划：总学时32：面授28学时，实验4学时。（4-12周）成绩考核方式：考试课，成绩以百分计：考勤及作业成绩30%，实验成绩10%，考试成绩60%。课程导引5教材：本课程选用教材为《机械CAD/CAM技术》蔡汉明等主编机械工业出版社。参考教材：《计算机辅助设计与制造》李佳主编天津大学出版社《计算机辅助设计技术基础》迟毅林主编重庆大学出版社《CAD/CAM技术概论》冯辛安主编机械工业出版社《现代CAD技术》童秉枢主编清华大学出版社《CAD/CAM集成技术》刘文剑等编著哈尔滨工业大学出版社《机械CAD/CAM技术、应用和开发》王贤坤等主编机械工业出版社《CAD/CAM原理和应用》蔡颖，薛庆，徐弘山编著，机械工业出版社课程导引6主要内容：介绍机械CAD/CAM基本概念、基本原理，CAD/CAM系统的软硬件组成、功能和配置；数据在计算机内的存储结构以及图形处理方法；介绍几何建模和特征建模的基本原理；介绍计算机辅助工程设计和辅助工艺分析、辅助工艺规划的相关知识；对数控编程和仿真、计算机辅助制造、生产、管理和控制等相关内容作了简要介绍；介绍当前几种先进的制造模式和先进的制造技术。课程导引引言：随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多样化与个性化，用户对各类产品的质量，产品的更新换代的速度，以及产品从设计、制造到投放到市场的周期都提出了越来越高的要求。为了适应这种变化，工厂的产品也向着多品种、中小批量方向发展。要适应这种瞬息万变的市场要求，则要求生产更具有柔性。计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)就是满足这种新的要求而产生的一种新的制造方法。7第一章概述8第一节CAD/CAM的基本概念一．产品的生产过程如图为产品生产过程与CAD/CAM的应用过程9二．CAD/CAM的基本概念1．CAD(ComputerAidedDesign)是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程；广义的CAD包括设计和分析两个方面。2．CAM(ComputerAidedManufacturing)通过计算机与生产设备直接的或间接的联系，进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。主要包括使用计算机来完成数控编程、加工过程仿真、数控加工、质量检验、产品装配、调试这些工作。103.CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）借助计算机来完成毛坯设计，工艺规程设计，工装设计等任务，称为CAPP。4．CAD/CAM集成技术CAD产生的图纸直接被CAPP、CAM以及以后的CIMS所利用，这就是CAD/CAM集成。CAD/CAM系统的集成就是把CAD、CAM、CAE、CAPP、NCP（数控编程）以及PPC（生产计划与控制）等各种不同功能的软件有机的结合起来，用统一的执行机制来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，以保证系统内的信息畅通。二．CAD/CAM的基本概念11三．CAD/CAM的组成CAD/CAM系统由硬件和软件两部分组成。12硬件组成主要是指计算机及各种配件设备，如各种档次的计算机、打印机、绘图机、数控机床等。1）对硬件的主要要求是：具备强大的人机交互功能需要有相当大的外存储容量良好的联网通信功能1．硬件组成132）CAD/CAM硬件的类型根据系统总体配置、组织方式及所用计算机的不同，有不同的分类方法。（1）按系统总体配置分类主机系统成套系统超级微型工作站个人计算机系统1．硬件组成14（2）按系统的组织方式分类单机系统：由一台计算机加上输入和输出设备提供给单一用户使用的系统。联机系统：由一组连接成网络的多台计算机组成，网络内的计算机可以各司其职。1．硬件组成151）系统软件主要负责管理硬件资源和各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共性底层管理软件，即系统开发平台，系统软件主要包括三个部分：管理和操作程序、维护程序和用户服务程序。CAD/CAM系统中比较流行的操作系统有：小型工作站上用的VMS；超级小型机用UNIX和XENIX，微机上用的为MS-DOS、PC-DOS、OS/2、UNIX、WINDOWS和XENIX。2．软件组成软件组成一般包括系统软件、支撑软件和应用软件。162）支撑软件绘图软件例如AutoCAD绘图软件几何建模软件例如Pro-EUG软件有限元分析软件例如SAP软件优化方法软件例如OPB软件数据库系统软件例如ORACLESQLServer数据库系统软件、FOXBASE、FOXPRO等系统运动学/动力学仿真软件例如ADAMS机械动力学自动分析软件网络系统软件NOVELL公司的NETWARE2．软件组成173）应用软件应用软件是用户为了解决某个实际问题在支撑软件的基础上经过二次开发出来的软件。2．软件组成18随着软件及硬件的发展，特别是计算机网络技术的出现，CAD/CAM系统正在向集成化、智能化、标准化和网络化发展。由于CAD/CAM系统投资相对较大，如何科学、合理的选择适合本企业的系统，应经过详细的考查与分析。一般要进行如下考虑：3．CAD/CAM系统的选型和配置191）根据企业的特点、规模、追求目标及发展趋势等因素，确定应具有的系统功能。2）从整个产品设计、制造周期中各个阶段的工作要求出发，考核拟选用的系统各模块的功能，包括其开放性和集成性等特点。然后，根据性能价格比选择合适的硬件与软件环境。3）考虑如何有效使用管理系统，并使其发挥应有的作用，为企业创造良好的效益。3．CAD/CAM系统的选型和配置201．CAD/CAM系统的基本功能图形显示功能输入输出功能存储功能交互功能(即人机接口)四．CAD/CAM功能与任务第一款鼠标•数字化仪1)扫描速度极快，数秒内可得到100多万点，彩色标准型尤其适合扫活体2)一次得到一个面，测量点分布非常规则3)精度可达0.03mm4)单次测量范围大5)便携6)可对无法放到工作台上的较重、大型工件进行测量7)大型物体分块测量、自动拼合8)大景深，3DSS的扫描深度可达300~500mm9)可以得到逼真的彩色纹理•3DSS三维扫描系统24三维扫描实例•滚筒式绘图仪•大型平板绘图仪快速成形机是利用计算机辅助设计（CAD）、激光、CNC数控、新型材料等先进技术，无须任何刀具、夹具，在很短的时间内直接制造出三维复杂形状的产品实物样品。282．CAD/CAM系统的主要任务几何造型计算分析工程绘图结构分析优化设计计算机辅助工艺规程设计(CAPP)NC自动编程模拟仿真工程数据管理特征造型四．CAD/CAM功能与任务29五、CAD/CAM的集成方法CAD/CAM系统集成包括三个方面：硬件集成、信息集成、功能集成。一般的CAD/CAM系统集成是把CAD、CAE、CAPP、CAFD（计算机辅助夹具设计）、CAM等各种功能软件有机地结合在一起，用统一的执行程序来控制和组织各功能软件信息的提取、转换和共享，从而达到系统内信息的畅通和系统协调运行的目的。30根据信息交换方式和共享程度的不同，CAD/CAM系统集成方案主要有以下几种：1）通过专用数据接口实现集成系统A模型A系统B模型B专用接口程序专用数据接口五、CAD/CAM的集成方法31为实现CAD、CAPP、CAM的集成，必须解决它们之间的数据的自动传递和转换。其基本工作步骤如下:1、CAD设计产品结构、绘制产品图样2、经数据转换接口将产品数据转换为中性文件，如IGES、STEP等。2）常用的CAD/CAM的集成—标准格式接口文件五、CAD/CAM的集成方法系统A系统B前置处理器后置处理器标准数据交换格式文件标准格式数据接口323、CAPP读入中性文件，将其转换为系统所需要的格式后生成零件工艺过程。4、CAD、CAPP系统生成数控编程所需数据，按一定标准转换为相应的中性文件。5、CAM系统读入中性文件，将其转换为本系统所需要的格式后生成数控程序。五、CAD/CAM的集成方法系统A系统B前置处理器后置处理器标准数据交换格式文件标准格式数据接口33五、CAD/CAM的集成方法343）基于统一产品模型和数据库的集成基于统一产品模型和数据库集成框架图五、CAD/CAM的集成方法35五、CAD/CAM的集成方法364）基于产品数据管理（PDM）的系统集成五、CAD/CAM的集成方法37第二节、CAD/CAM技术发展历程CAD/CAM技术随着计算机及其外围设备、图形输入输出设备、软件技术的发展而发展。1、准备和诞生时期（20世纪50~60年代）电子管计算机1950MIT能够显示简单图形的图形显示器1958Calcomp滚筒式绘图机20世纪50年代末SAGE战术防空系统1952年：第一台数控机床在麻省理工学院研制成功。世界上第一台电子计算机ENIAC重达30吨，由18800个电子管组成39MIT伺服机构实验室完成数控铣床研究第二节、CAD/CAM技术发展历程4050年代中期最早使用光笔：奥地利人Gerber根据数控的原理研制出世界上由计算机控制的第一台平板绘图机，开拓了计算机绘图的最初阶段。第二节、CAD/CAM技术发展历程411959，DAC-1（DesignAutomatedbyComputer）,第一个commercialCAD系统，由IBM为GeneralMotors开发第二节、CAD/CAM技术发展历程42计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂。计算机图形学的发展，如Coons曲面。CAD：交互式二维绘图和三维线框模型In1960McDonnellDouglasAutomationCompany(McAuto)的CADD是最早的CAD程序。1962年：美国学者Ivansutherland研究出Sketchpad交互式图形系统。1964年：美通用汽车公司宣布了他们的DAC-1。2、蓬勃发展和进入应用的时期（20世纪60年代）第二节、CAD/CAM技术发展历程431965年：洛克希德飞机公司推出CAD/CAM系统，贝尔电话公司宣布GRAPHIC-1。In1969Computervision成立，第一个商用CADsystem卖给了Xerox公司（施乐）。CAM:1962年:在机床数控技术的基础上研制成功第一台工业机器人。1966年:出现大型通用计算机直接控制多台数控机床的DNC系统。第二节、CAD/CAM技术发展历程4460年代初期，IvanSutherland，SKETCHPAD－光笔实现人机交互，定位图形元素－工程图轮廓、尺寸等的分层表示－交互式图形学与计算机辅助设计的基础第