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CAD/CAM技术基础本课程重点介绍CAD/CAE/CAM技术中的基本知识、基本理论和基本方法，培养分析和解决计算机辅助设计与制造问题的综合能力。主要内容包括：CAD/CAM概述、CAD/CAM系统与数据结构、CAD/CAM图形处理技术基础、建模技术、计算机辅助工程分析、计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助数控加工编程与仿真、计算机辅助生产管理与运行控制等。学习内容：掌握常用软件Pro/ENGINEERWildfire在CAD/CAE/CAM中的应用。主要内容有：Pro/ENGINEERWILDFIRE参数化草图绘制；基础特征建模；放置特征建模及特征操作基本方法；基准特征、高级实体建模、模型修改、外观与显示；零件装配；工程图；范例设计；直齿渐开线圆柱齿轮参数化设计；结构分析；机械仿真分析；Pro/NC加工模块学习内容：成绩评定：平时+上机考试第1章CAD/CAE/CAM技术概述1.1CAD/CAE/CAM的基本概念1.2CAD/CAE/CAM的发展历史1.3CAD/CAE/CAM发展趋势1.4我国CAD/CAE/CAM的发展状况参考文献：姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造.北京：高等教育出版社，2002蔡汉明，陈清奎.机械CAD/CAM技术.北京：机械工业出版社，2003练章华.现代CAE技术与应用教程.北京：石油工业出版社，2004设计、制造过程概括图示现代制造的概念质量控制产品生产生产准备产品设计产品概念设计市场需求分析售后服务销售传统的制造概念1.1CAD/CAE/CAM的基本概念计算机技术机械制造技术CAD/CAE/CAM技术以人为主体，借助计算机硬件、软件工具，辅助完成产品设计与制造。产品设计生产过程与CAD/CAM市场需求分析产品一、基本概念CAD:ComputerAidedDesignCAPP:ComputerAidedProcessPlanningCAE:ComputerAidedEngineeringCAM:ComputerAidedManufacturingPDM:ProductDataManagementPLM:ProductLifecycleManagement制造业信息化C4P：CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM/PLM设计与制造过程：产品信息的产生、处理、交换和管理的过程二、CAD/CAE/CAM的组成CAD/CAE/CAM系统硬件系统软件系统计算机外围设备系统软件支撑软件应用软件硬件系统：1、按系统总体配置分类：A、主机系统；B、成套系统；C、超级微型工作站；D、个人计算机系统。2、按系统的组织方式分类：A、总线型拓扑；B、星型拓扑；C、环型拓扑；D、网状拓扑；E、混合型拓扑。系统软件：Unix；WinNT；Linux支撑软件：绘图：AutoCAD；CAXA；开目CAD；几何建模：Pro/E；UG；Catia；Solidwork有限元、优化：Ansys；Nastran；Adina运动学、动力学仿真：ADAMS；数据库系统：Oracle；SQLServer；三、CAD/CAE/CAM功能与任务基本功能：图形显示功能—WYSIWYG(WhatYouSeeIsWhatYouGet)输入输出功能存储功能交互功能（人机接口）几何建模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与信息传输与交换主要任务：提高企业的竞争力，体现在：TQCSEKTimetomarketHighQualityLowCostGoodServiceEnvironmentKnowledgeAccumulationandCreation应用CAD/CAE/CAM技术的优越性：波音777飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机航空航天、造船、机床制造都是国内外应用CAD/CAM技术较早的工业部门。电子工业应用CAD/CAM技术进行印刷电路板生产以及不采用CAD/CAM根本无法实现的集成电路生产。在土木建筑领域，引入CAD技术，可节约方案设计时间约90%，投标时间30%，重复绘制作业费90%。除此之外，CAD技术还可用于轻纺服装行业的花纹图案与色彩设计、款式设计、排料放样及衣料裁剪；人文地质领域的地理图、地形图、矿藏勘探图、气象图、人口分布密度图以及有关的等值线图、等位面图的绘制；电影电视中动画片及特技镜头的制作等许多方面。CAD/CAE/CAM技术的应用CAE技术的应用结构设计优化设计运动仿真四、CAD/CAE/CAM系统集成集成系统应具备的三个基本特征：数据共享：系统各部分的输入可一次性完成，每一部分不必重新初始化，各子系统产生的输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人工干预。系统集成化：系统中功能不同的软件系统，按不同的用途有机的结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行。开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准。在系统内部各个组成部分之间易于数据交换、易于扩充；在系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统中作为其组成部分，或者通过外部接口，有效地连接、实现数据交换。1.基本概念2.CAD/CAM的集成方式系统的集成，即CAD/CAMIntegration集成的系统，即IntegratedCAD/CAM3.CAD/CAM集成的作用有利于系统各应用模块之间的资源共享，提高了系统运行效率，降低系统成本；避免了应用系统之间信息传递误差，特别是人为的传递误差，从而提高了产品的质量；有利于实现并行作业，缩短产品上市周期、提高产品质量和企业的市场竞争力；有利于实现面向制造的设计（DFM）和面向装配的设计（DFA），降低成本，提高产品竞争力；有益于敏捷制造等先进制造模式的实施，扩大企业的市场机遇。4.CAD/CAM集成系统的基本组成传统意义的CAD/CAM集成系统组成产品设计模块工程分析模块工艺过程设计模块数控加工编程模块分布式数据库系统接口广泛意义的CAD/CAM集成系统组成5.CAD/CAM集成方法基于专用接口的CAD/CAM集成基于标准接口的CAD/CAM集成基于标准数据格式的CAD/CAM集成用标准数据格式作为系统集成的接口，应用最多的还是美国国家标准局（NBS）主持开发的数据交换规范IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）STEP（StandardfortheExchangeofProductdata）标准该标准提供一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全部生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述。因而STEP是基于集成的产品信息模型。基于统一产品模型和工程数据库的CAD/CAM集成用户接口基于产品数据管理的CAD/CAM系统集成PDM系统的体系结构基于PDM的系统集成基于特征方法的系统集成面向并行工程的系统集成1.2CAD/CAE/CAM的发展历史CAD/CAM技术从产生到现在，经历了形成、发展、提高和集成等阶段。CAD的发展CAD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。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战术防空系统蓬勃发展和进入应用的时期（20世纪60年代）1962，IvanSutherland研究出了Sketchpad交互式图形系统。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。广泛应用时期（20世纪70年代）集成电路用于计算机，使计算机平台的性能大为提高。出现了以小型计算机为平台的CAD系统。图形设备相继推出并完善。图形软件和CAD应用支撑软件不断得到充实与提高。飞速发展时期（20世纪80年代）出现了大规模与超大规模集成电路，使微机进入市场。推出了以UNIX系统支撑的SUN工作站。图形软件更加成熟。日趋成熟的时期（20世纪90年代）出现基于PC平台的价廉物美的CAD系统。CAD系统的标准化：CGI、GKS、GKS-3D、PHIGS、OpenGL、IGES、STEP。智能化CAD系统。集成化。科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造。CAD软件技术的发展以机械行业为例，说明CAD软件技术的发展历程。20世纪60年代，CAD的主要技术特点是交互式二维绘图和三维线框模型。20世纪70年代，CAD的主要技术特征是自由曲线曲面生成算法和表面造型理论，代表软件CATIA。20世纪80年代，CAD的主要技术特征是实体造型理论和几何建模方法，代表软件I-DEAS。20世纪90年代，CAD技术基础理论主要是以PTC的Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS为代表的变量化造型理论，形成了基于特征的实体建模技术。CAM技术的发展1952年，数控（Numericalcontrol，NC）机床首次研究成功，通过改变数控程序即可完成不同零件的加工，奠定了CAM的硬件基础。1955年，研制成功在通用计算机上运行的自动编程工具（APT）语言，实现了NC编程自动化。1958年，研制成功自动换刀镗铣加工中心（MachiningCenter，MC），在一次装夹中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。1962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。1967年，英国莫林公司建造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类似系统，于70年代初定名为柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）。20世纪70年代后期，几何造型技术、图形显示技术和数控编程后置处理技术的发展和应用，出现了交互式图形编程系统，为CAD/CAM集成奠定了基础。CAE技术的发展计算机辅助工程计算起源于20世纪50年代中期。实用的CAE软件诞生于20世纪70年代初期。从70年到85年的十五年，是CAE软件的功能和算法的扩充和完善期，到80年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。到80年代后期国际上知名的CAE软件有NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN－3D,MARC,ASKA,DYNA,MODULEF、FASTRAN等。CAPP技术的发展1969年，挪威工业公司开发AUTOPROS系统，是最早的CAPP系统。该系统以成组技术为基础把零件分类归并成族，制定出各零件族相应的典型工艺过程，根据每个零件的具体信息生成工艺规程，称为派生式CAPP。这类系统开发周期短、费用低、易于取得实效，适用于中小企业。20世纪70年代后期，创成式CAPP成为研究重点。采用一定的逻辑算法，对输入的几何要素等信息进行处理，并确定加工要素，自动生成工艺规程。20世纪80年代中期，创成式CAPP系统的研究转向具有人工智能的专家系统方面，这是CAPP未来的发展趋势。系统可以模仿工艺专家的逻辑思维方式，利用专家的知识对非确定性的工艺过程设计进行逻辑决策。目前，各国学者正致力于专家系统的实用化和工具化。目前，CAPP系统主要应用于零件的机械加工方面，但已逐渐向其它工艺领域扩展，如热处理、锻造、冲压和装配等，应用前景是广阔的。CAD/CAM的发展过程1.3CAD/CAE/CAM发展趋势一、向CAD/CAM系统的集成化方向发展CIMS:ComputerIntegratedManufacturingSystems主要包括：人员集成信息集成功能集成技术集成中国CIMS应用示范工程二、向CAD/CAM智能化方向发展CIMS在沈阳鼓风机厂的应用制造技术的发展阶段智能CAD智能CAD把工程数据库及其管理系统、知