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2019年10月9日1第1章概述1.1CAD/CAM的基本概念1.2CAD/CAM技术的应用和发展历程1.3CAD/CAM技术的学习方法2019年10月9日2CAD/CAM的基本概念人工设计方式不可避免地存在着以下的不足之处：(1)难以实现优化设计。(2)设计周期长。(3)材料消耗大。2019年10月9日3机械产品的CAD系统应能完成以下工作：零件的几何建模设计、部件的装配设计、零件图及部件装配图设计、零件的有限元分析、各台微机之间的零部件数据(包括图形)交换等。具体说，其主要功能如下：2019年10月9日4(1)造型功能；(2)二维图形与三维图形的相互转换功能；(3)参数化设计功能；(4)图形处理功能；(5)三维运动机构的分析和仿真功能；(6)物体质量特征计算功能；(7)有限元分析功能；(8)数据处理与数据交换功能。2019年10月9日5机械产品的CAM系统应能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。具体地说，应具备以下几方面功能：2019年10月9日6(1)系统应可以建立二维和三维刀具路径；(2)系统应能实现多种加工方法；(3)系统应能实现刀具路径的编辑和修改；(4)系统应具备刀具数据库和材料数据库，系统应能自动生成进给速度和主轴转速；(5)系统有内置的防碰撞和防过切功能；(6)系统应能人工调整任何机加工缺省值(如进给速度、主轴转速等)；(7)系统应能对加工过程进行模拟，并可以估算加工时间。2019年10月9日7CAD/CAM技术原理广义的CAD/CAM技术：是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程及与之直接或间接相关的活动。狭义的CAD/CAM技术：指利用CAD/CAM系统进行产品的造型、计算分析和数控程序的编程。CAD/CAM与制造模式传统的设计与制造方式：以技术人员为中心先进制造技术：以CAD/CAM技术为核心以计算机为中心2019年10月9日8CAD/CAM集成的概念CAD/CAM集成的作用：(1)有利于系统各子系统之间的资源共享，提高了系统运行效率，降低了系统成本；(2)避免了CAD系统与CAM系统之间的信息传递误差，特别是人为的传递误差，从而提高了产品的质量；(3)有利于各子系统实现并行作业，缩短产品上市周期，提高产品质量和企业的市场竞争力；(4)有利于实现面向制造的设计(DesignforManufacturing，简称DFM)和面向装配的设计(DesignforAssembly，简称DFA)，降低成本，提高产品竞争力；(5)有利于敏捷制造等先进制造模式的实施，扩大企业的市场机遇。2019年10月9日9对于CAD/CAM集成系统来说，应具备以下三个基本特征：(1)数据共享：(2)系统集成化：(3)开放性：2019年10月9日10CAD／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)等各种功能不同的软件有机地结合起来．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的畅通。也就是说：它是将产品设计、生产管理、质量控制等有机地集成在一起。2019年10月9日11CAD/CAM的生存环境操作系统、计算机网络、数据管理平台（PDM）、集成制造环境（CIMS）CAD/CAM系统的工作过程2019年10月9日122019年10月9日13CAD/CAM的发展历程•1952-1955：MIT伺服机构实验室完成数控铣床研究–D.T.Ross,计算机辅助制造开端2019年10月9日14美国麻省理工学院的D．T．Ross研制了在通用计算机上运行的自动编程工具APT(AutomaticallyProgrammedTools)NC语言系统，应用这种语言通过对刀具轨迹的描述，就可以自动实现计算机辅助编制NC加工程序。1958年，人们成功研制了自动换刀镗铣加工中心(MachiningCenter，简称MC)，使得在一次装夹中能完成多工序的集中加工，提高了NC机床的加工效率和加工质量。2019年10月9日15•50年代中期：USAirForce‘sSAGE（地面防空系统）@MITLincolnLaboratory–最早使用光笔2019年10月9日161962年，S.A.Coons发表：AnoutlineoftherequirementsforthecomputerAidedDesign《计算机辅助设计需求纲要》－设计者使用CRT显示器与光笔操作－从概念设计、生产设计以及制造均采用计算机辅助－仅仅是设想了计算机辅助设计的形式2019年10月9日1760年代初期，IvanSutherland，SKETCHPAD（画板）－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2019年10月9日181962年，第一台工业机器人诞生，实现了物流搬运柔性自动化；第一台通用计算机集中控制多台数控机床的实现，降低了数控装置的制造成本，提高了工作可靠性。2019年10月9日191967年，英国莫林公司建造了第一条计算机集中控制的自动化制造系统，包括6台加工中心和一条自动运输线，用计算机编制程序、作业计划和报表。美国辛辛那提公司研制出了类似系统，于20世纪70年代初期定名为柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，简称FMS)。2019年10月9日2020世纪70年代中期，由于微处理机(大规模集成电路)的出现，计算机的性能成倍提高，体积及成本大大下降，从而促进了柔性制造技术迅猛发展，各种微机数控(ComputerizedNumericalControl，简称CNC)技术获得了广泛的应用。2019年10月9日21Sutherland在1968左右发明了HMD，HeadMountedDisplay，即头盔显示器－VR应用2019年10月9日221959，DAC-1（DesignAutomatedbyComputer）,第一个commercial（商业）CAD系统，由IBM为GeneralMotors开发Dr.PatrickJ.Hanratty于1957开发了第一个commercialnumerical-controlprogrammingsystem被称为：“theFatherofCAD/CAM”2019年10月9日231963年，StanfordResearchInstitute的DougEnglebart发明鼠标2019年10月9日25Windows1995AppleMacintosh1984XeroxStar,1981GUI发展的几个主要产品2019年10月9日26•1969年，BellLabs建立第一个帧缓存framebuffer(3bits)•1969年，SIGGRAPH（美国计算机绘图专业组）成立(beganasspecialinterestcommitteein1967bySamMatsaandAndyvanDam)•1969年，ARPANET（美国国防部网络）诞生•1970年，法国Renault（雷诺）公司的PierreBezier提出一种全新的数学方法，用于构造汽车自由曲面。由他领导研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系统，从1972年起应用于汽车外形打样和模具加工，为计算机辅助几何设计CAGD研究方向奠定了基础和发展方向。2019年10月9日27•美国的洛克希德公司从1974年起向市场推出了CADAM系统，成为70年代中至80年代末国际上最流行的第一代IBM主机版交互绘图系统•麦道公司从1976年起开发Unigraphics系统，简称UG，目前属于EDS公司（1975年建立）•法国Dassault公司1975年花一百万美元买下了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍，同时又发展Bezier曲面造型方法，自主开发了CATIA飞机外形设计和数控加工系统。2019年10月9日2860年代中期到70年代中期，是CAD/CAM技术趋于成熟的阶段•此时的CAD技术价格极其昂贵，曾几何时，在国内租用一套CATIA的年租金即需15～20万美元2019年10月9日29•基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件──I-DEAS。–由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。2019年10月9日30•通用实体造型平台–Parasolid与Acis•均出自剑桥大学IanBraid于1973年的博士论文•他和导师CharlesLang，以及同窗AlanGrayer都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一幢小住宅楼，创办了ShapeData公司，并于1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。•1981年美国E&S公司买下ShapeData，着手开发第二代产品Parasolid,1988年并入UG2019年10月9日31•1986年美国SpatialTechnology公司再次找到IanBraid等合作，开发了ACIS–ACI是AlanGrayer，CharlesLang和IanBraid的名字字首，S是Solid（实体）的字首•ACIS于1989年上市•由于它的技术性能好，很多CAD厂商都用它替换了自己产品中的原有模块,包括Autodesk公司的MDT等2019年10月9日32•进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种参数化实体造型方法–主要具有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改–ParametricTechnologyCorp.–最早推出T-FLEX–1989年，PRO/Engineer的第一个版本–80年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，大大推动了中小企业对CAD技术的应用2019年10月9日33•SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术──变量化技术，作为今后的开发方向。•经三年时间，投资一亿多美元，将软件全部重新改写，于1993年推出全新体系结构的I-DEASMasterSeries软件–在早期出现的大型CAD软件中，这是唯一一家在90年代将软件彻底重写的厂家。2019年10月9日34•组件式开发的典型例子：SolidWorks–利用PARASOLID作为实体几何建模器–D-Cubed公司的DCM作为尺寸约束管理器–LightworkDesign公司的Lightworks作为带真实感的浓淡处理器–Microsoft的FoundationClass作为其基于Windows应用的接口开发工具–其他如有限元分析模块2019年10月9日35•微机平台CAD系统：Autodesk公司–16个人于1982年合办–JohnWalker：PC运行的$1000以内的CAD软件–第一版的AutoCAD基于1981年由MikeRiddle写的名为MicroCAD的软件（Interact）–AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群–MDT、Inventor三维设计2019年10月9日36•其它微机平台CAD系统–Bentley：Microstation–Solidworks－Dassault–Solidedge－EDS–Cimatron：以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统–IronCAD－创新式协同设计韩道暘先生2019年10月9日37CAD/CAE/CAM的发展历程开发大型CAD/CAE/CAM系统的瓶颈：1、开发费用；2、政府支持；3、军方支持；4、技术力量。2019年10月9日38几家大型的CAD/CAM公司及其支持厂商：软件名称背后财团国籍CADAM洛克希德(Lochheed)公司USACALMA通用电气(GE)公司USACV波音(Boeing)公司US