第1章CADCAM概述4(重大-计算机辅助设计与制造)

1、机械 CAD/CAM主讲：任继文联寐方式：renjiwen126> com"机械CAD/CAM内容 第一* CAD/CAM概述G/) 笫二章CAD/CAM系妖姐成(J) 第三章CAD/CAM软件开发基础 第四章图形处理技术豕础(.) 笫五章建模技术(%/) 第六章计算机辅助工型分析(7) 第七章 计算机辅助工艺AM里议计(") 第八幸计算机辅助数控加工3税() 第九章计算机辅助质珏尿旋技术 第十章计算机辅助生产管理与运行控制 -一* CAD/CAM系统集成(J)& CADCAM涉及的相关技术- 数据结构- 数据库技术- 高级语言编程技术- 计算机图形学技术-

2、有限元分析技术- 优化设计技术- 数控技术&本课程特点-涉及学科面广-要求上机实践 学时少第一章CAD/CAM概述内容知识点学习要求?骗CA6CAM的概念CAD/CAM的拓本术语掌握3学时制造过程分析CAD2AM系统的作过程CADCAM系统的从水功能CAWCAM的发展概况CAD技术的发展了解1学时CAM技术的发展CAPP技术的发展CAD/CAM的集成技术CAD/CAM技术的应用CAD心AM技术的效益了解1学时CAD心AM技术的应用CAWCAM技术的新发展CIMS俺介了解1学时思考题&设计制造过程生产阶段工艺设it阶段产跖设计阶段性能溜丛分析 装配质口控制N C加工 加工仿真N

3、cti程工装设计 工序设计 工艺路线W划 E怀设计工程设计 洋捌设计 结构设计与分析 M念设计 任务遂时I»场籥求分析CAPPCAD/CAM图l.l CAD/CAM的基本鼠念$ CAD/CAM的基本术语计算机辅助设计(Computer Aided Design. CAD)指设计人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作. 如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等,并达到提高产品设计质量、 缩短产品开发周期、降低产品成本的目的计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning, CAPP)指工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息

4、和产品制造 工艺要求,交互地或自动地确定产品加工方法和方案,如加工方法选择、工 艺路线确定、工序设计等.计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)指生产人员借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的 各项活动,包括计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、 质量检测与分析等.现代制造的概念（大制造）*13««产品全生命周期传统手工设计方法的局限性 设计周期长、效率低 难于获得最优方案 设计质量差CAD/CAM的基本概念计算机的优势 > 数值计算方面>数据存储与管理方面>图样的绘制方面人的优势>

5、; 创造姓的思维活动狭义的CAD/CAM系统是以计算机硬件.软件为支抄环境，通过各功能 模块实现对产品的描述、计算、分析.优化.绘困.工艺规程设计.仿 真以及NC加工.而广义的CAD/CAM集成系统还应包括生产规划.管理,质量控制等 方面.在CAD/CAM中，人和计算机相结合，发挥自己的优势，有利于获得 最优设计结果，综短设计周期.CAD/CAM的光要性校计方面据统计，机械制造4#城的设计工作有56%属于适应柱设计，20%属于参数化设计. 只有24%属于创新设计.数据说明，工程技术人员的大部分时间和精力是消此在支 复姓工作或局部小修小改之中了，因此实现CAD是非米必要的.工艺方面编制工艺规程是

6、设计.制造过整中生产技术准备工作的立要环节.过去一直 是工艺人员手工完成，不仅效率低，而且依附于人的技能和经脸，律*获得最佳方 案.同时,与产品设计一样，也存在着繁琐而重复的需集型劳动束焯工艺人JL难 以从事创遗性开拓工作的问题.因此，迫切需妥CAPP技术.制造方面据统计，一个掌件在车冏的平均停般时间中，只有5%的时间是在机床上，而在 这个5%的时间中，又只有30%的时间用于切剂加工.由此可见,零件在机床上的切 削时间只占本件在车间停留时间的15%.要提高本件的加工效率,改客经济姓，就 要戒少零件在车间的沆通时间而在机床上装如.调段.测量、等待切削的时间.而 做到这一点必须娃合考虑生产的管理.

7、调度.本件的传送和装却方法等多方而因索. 这名要逋过计算机辅助人们作全面安排，控制加工上程.& CAD/CAM优势体现 有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来. 成少了设计计算.制图.制发所需的时间，缩短了设计周期. 由于采用了计算机辅助分析技术,可以从多方案中进行分析、比校.选出最 佳方案,有利于实现设计方案的优化. 有利于实现产品的标准化,通用化和系列化. 成少了零件在车间的流通时间和在机床上装卸.调拄.测量、等特切削的时 间，提高了加工效率. 先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大花圈内适应加 工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场戈

8、争力. CAD. CAM的一体化，使产品的设计、制造过程形成一个有机的繁体,通过佶 息的集成,在经济上.技术上给企业带来综合效益.CAD/CAM技术的效益项目增效缩短开发周期提高产品质量提高劳动生产率 增加工程能力 提高设备利用率 降低工程设计造价30%60%25倍40-70%335倍23倍 10%40%CAD/CAM系统的工作流程& CAD/CAM系统的基本功能图形处理产品建模有限元分析优化设计数控加工模拟仿真工程数据库产生（50年代）1946年世界上第一台电子计算机在美国出现。电子管计算机，机器语言编程，主要用于科学计算.在50年代，首次研制成功数控机床。通过不同的数控程序就可以实

9、现对不同零件的加工，产 生了 CAD的最初概念.&形成（60年代）麻省理工学院的研究生IE.Sutherland在他的论文人机对 话图形通信系统中首次提出了计算机图形学的概念，对CAD 技术的应用起到了重要的推动作用.当时的CAD技术还是以二维绘图和三维线框图形系统为主。&发展（70年代） 数据库管理系统等软件陆续开发 以小型和超级小型计算机为主机的CAD系统进 入市场并形成主流. CAD系统出现曲面造型技术&提高（80年代） 超大规模集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅 度下降，计算机外围设备（例如彩色高分辨率图形显 示隅、大型数字化仪、自动绘图机等品种齐全的输入 输

10、出装置）已成系列产品，为推进CAD技术向高水平 发展提供了必要的条件. 相应的软件技术如数据管理技术、有限元分析、优 化设计等技术也迅速提高，商品化软件的出现，促进 了CAD技术的推广和应用，使其从大中型企业向小企 业发展，从发达国家向发展中国家发展；从用于产品 设计发展到用于工程设计. 实体造型技术成为CAD技术主流并走向成熟4集成（90年代）特征建模成为CAD技术主流CAD/CAM朝着标准化、集成化、智能化、网络化方向发展.CIMS为研究热点.CIMSt Computer Integrated Manufacturing System计算机集成制造系统CAM技术的发展1967年1987年7

11、0年代CAPP技术的发展国外发展状况A60年代，派生式CAPP.如1969年，挪威AUT0PR0S系统为最早的CAPP.A70年代，80年代初期,创成式CAPP成为研究支点.*1977,美国普渡大学，APPAS系统1983,美国普渡大学和宾州大学，TIPPS系统1980,稔国阿亨大学，AUTAP系统A80年代中期,研究转向CAPP专家系统方面.国内研究状况1982,同济大学，TOJICAPP系统为国内第一个CAPP系统CAD/CAM集成技术信息集成-过程集成-企业集成70年代一标准化数据接口（DXF、IGES、STEP等）叵T理震叁一杯黑弊接H近恒）.也基于特征集成产品数据模型ft? 11 1

12、1 M r。【"i 的&&& &产品数据管理(PDM, Product Data Management)并行方式并彳亍工程(Concurrent Engineering)过程集成行方式器卡眼炉叶时产小厂平退亭.一 词 打工人川I-二人川I wio-! 一衅开发方法示.留相 关技术 DFX （面向某一城的设计）：如DFM、DFA等物征龙横加工仿真和快速感型制造生产方式的变迁家庭作坊手工加工单件dgt量生产L通用机床J刚性自动化流水线，一大而生产采用专用机床、自动机床、组合机床我行名小二.柔性生产线, 了包?皂采用数控机床、加工中心 创新产赢速生产一敏捷制

13、造、快速原型制造、高端制造精良生产(Lean Production)50年代由日本丰田汽车公司提出，其特点:A强调以人为本丰田生产才式认为生产活动的桢心是人，而不是机方.要想完善生产过程，必须调动 所有员工（转用是生产一段人员）的积极性和创造性.采用终身聘用和工龄工责制度，使 及员的利益与公司的利益紧密玷合起来，使及J5甘心情愿为公司拼命工作.以简化为手段要求生产成上没有一个多余的人,没有一样多余的物品,没有一点多余的时间，岗位 设里必须是增值的，不增值岗位一律撤除，工人要求是多面手,可以互相顶停.相良生 产将生产过程中一切不增值的东西（A.物、时间.空间,活动等）均视为“垃圾”，认 为只有清

14、除垃圾，才能实现完美生产.1T指准时制生产（JIT）,实现本串存.»不断改进，以“尽善尽美”为最终目标.宁肯停止生产，也不放过任何一个问题. 一旦出现问题，就要追受到底，直至解 决问题为止.每解决一个问题，就是一次改进.禊局客为上*,贯彻,需求驱动.原则，按顾客需求生产透铺对路的产品. 2Y HR堡产与大生户的比收IItMli大立0 篁产iG«D««««.身层L «««完。鱼产.消除««*1件方式也分工，（1化他口解细A. «.用我 的1伟小雄，%./冷宝式.织矶帕改大收丁蚊

15、、平五姐炽第色尸* ”就内用户的参忤化广*0计方大鼻用武瞽次曾昌依宝产tttft.基气化2户IZWWli飘黄方式inst限军原存*大愎，产人员通.义象与»“爆移渔中必关系咚瞥晅.XHBA用户犬房a户1r,n/'M.看事问 I&ME含MX，.物所为杀91合作枝科美事技艺生产：灵活多更，适应性强；但产品价格高.周期长，生产率低下.大量生产：高效率、低成本.高质量；但存在设备多、人员多.库存多. 占用资金多.柔性要等异笫.精良生产：集合了技艺生产高柔性和大量生产高效率的优点，井同时过免 了两者的弱点.克服了单件生产成本高、大量生产缺乏柔性的弱点.敏捷制造（Agile Man

16、ufacturing）企业集成1991年美国为了恢复其在制造业的领导地位提出的生产方法，其 采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成A础结构，以分布 式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境；以无争合作为原则，在虚拟 制造环境内动态选择成员，姐成面向任务的虚拟公司进行快速生产，系 统运行目标是最大限度满足用户需求.敏捷制造的主要朴征：需求响应的快捷性主要指快速响应市场需求的能力.这就要求制造企业 具有高度的制造柔性，具有针对市场需求迅速转产和快速实现多品种小批量生 产的能力.制造资源的集成性.不仅指企业内部的资源共享与信息集成.还指友好企 业之间的资源共享与信息集成.蛆织影式的动态性.为实现某一个

17、市场机会，将拥有实现该机会所需资源 的若干企业组成一个动态组织,它随任务的产生而产生,并随任务的结束而结 束.敏捷制造要求CAD/CAM系统具有良好的开放性和柔性.I 计算机集成制造系统（CIMS）市-值7ft*工程设计日晓 化分承传X A码白吐化A_«* « 硬 分 «1»后S务值且0摩分系统计停机网络分系统CIMS关键在于集成，包括三个层次：信息集成（统一的产品数据模型）过程集成（并行工程）企业集成（敏捷制造）CIMS的组成目标：T-tic （时冏）Q-Qmli【y （质量）C-Cost （成本）S-Service （H务）|快速化柔性化集成化:统一

18、的产品数据模型：CE, DFA, DFM, RPM：企业动态联盟（AM ）1络制造（NM,Networked Manufacturing)CI MS, Computer Integrated Manufacturing System计算机集成制造系统所谓网络制造，企业利用计算机网络，面对市场机遇，针对某一市场需要,灵活而快速地蛆筑社会制造资源（人力.设备，技术等），按资源优势互朴的原 划，迅速地组成一种冷地域的.*电子网络我系的.统一指挥的运营实体一 网络我发企业，以便快速推出高质量.低成本的新产品.其实质是通过计算机 网络进行生产经管业务活动各个标节的合作，以实现企业间的责源共享、优化 蛆合

19、和异地制造.其核7是通过Interns网络,使企业直接面向客户.由客户通过互取用自 主选择和定制产品，井参与产品的设计开发，的商稽龙破计方案，从而实现产 品的协同制造,直至产品的网上销售.采购和配送及网上支付，最终满足用户 的个性化需求.用户在整个产品的设计伊迨活动中处于决算者和过程参与者的 地位.效字化.柔性化.敏捷化为基本构征.网络制迨技术集中地体现了协网商务的概念，可以分为三种类型：协同设 计，的同创造及协同伴售.虚拟制造（VM, Virtual Manufacturing）虚拟制迨是一个在计算机网络及虔拟现实环战中完成的，利用制造系统 各层次及不同例面的数学模型，对包括设计.制造.管理

20、和保总等各个环节 的产品全生命周期的冬科技米方重机技术算略进行评估和优化的嫁合过程. 其目的是在产品设计阶段或产品制造之前，就能实时和并行地模拟出产品的 未来制造全过程及其对产品设计的影响,强测产品的性能.成本和可附造姓， 从而有助于更有效,更经济和更灵活地组机生产.使工厂加车间的资源得到 合理配豆，使生产布局更合理、更有收,以达到产品的开发周期和成本的最 优化，生产效率的最高化.虚拟制迨具有集成性，反复性、并行性和人机交互姓等将点.虚拟制造系统的功能主要包括在拟设计.虚拟制造.虚拟装配,虚拟生 产和虚拟企业等功能.目前，虚拟制造技术主要应用在外型设计与布局设计.机械运动与动力 学仿真.虚拟加

21、工系统.虚拟装配等几个方面.I数字制造（DM, Digital Manufacturing ） 就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过型中的所有信息.效拉机冰.数挂三比标涮量机与工业机K人一起步成次要的数字化加工.测量和操作装备，成为数字制造的M之一.数字制造研究领域：1 .数字产品设计与开发（产品数字化）集成CAD/CAM系统.例如】波音公司无图纸生产.基于反求工程的数字产品产品建提数字化阶段.根据现有的模型或参考零件,用测量设备获取其会面各点的空间坐标值模空重构阶段.由获得的测量数据构造出产品的CAD模型.2 .数字制造装各（装备数字化） 机器人与数控机床 数字化涎量设备研究缝势是将激光

22、扫描仪.视觉系统、三坐标测量机设各及相关的应用软 件有机结合，构电一个快速测量走横环境. 快速成形设备3 .制造过程的建模和仿真（过程数字化）珑模与传真的典型应用之一是加工制造过程仿具，早期主要用于几何或运动检龄,*NC代Jfi检龄.刀具运动干涉绿色制造(GM, Green Manufacturing )绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的时提下，综合 考虑环境影响和资涛效率的现代制造模式.它使产品从设计、制造.使 用到报废整个产品生命周期中节约资源和能源，不产生环境污染或使环 境污染最小化.传统的竞争要素是TQCS,现在则变为TQCSE.L f ««»

23、*!*»*戏话化餐迄父科L种”球技水M色！爱一E ；1I- .&丛1V-L便升械兵网*4-67 0色网液的内容智能化智能制造则主要研究不确定性和不完全信息下的设计制造问题求解.-智能设计(智能CAD)智能制造(IM, Intelligent Manufacturing )附录CIMS缩写词语（1） CIMSComputer(Contemporary)Integrated ManufacturingSystem计算机(现代)集成制造系统 TIS Technical Information System 技术信息系统 MIS Management Information Syst

24、em 管理信息系统 QIS Quality Information System 质量保证系统 MAS Manufacturing Automatic System 制造自动化系统 NET Netware网络系统 DBS Data Base System 数据库系统附录CIMS缩写词语（2） CAD Computer Aided Design(DLafling)计算机辅助设计(绘图: CAPP Computer Aided Process Planning 计算机辅助匚之规划 CAE Computer Aided Engineering 计算机辅助匚程分析 CAM Computer Aided

25、 Manufacturing 计真机辅助制造 CAQ Compuler Aided Quality 计算机辅助质豉 CAO Computer Aided Office 计算机辅助办公 PDM Product Data Management 产品数据管理 EDM Engineering Data Management 1：程数据管理附录CIMS缩写词语（3） LM Labour Management 劳动人事管理 PMProduct Management 生产针理 FMFinaccal Managemen1财务管理 MMMaterial Management材料管理 BMBusiness Man

26、agemenr供销管理 MRP Material Requirement Planning 材料需求计划 MRP- II Manufacturing Resources Planning 制造资源 iI 划 ERP Enterprise Resource Planning 企业资源it划 BOM Bill of Malerial 材料清单附录CIMS缩写词语（4） NC Numerical Control 数控 DNC Direct/Distributed Nunerical Control 直接/ 分布式数控 CNC Computer Numerial Control 计算机数控 MC Ma

27、nufacturing Center 加工中心 FMC Flexible Manufacturing Center 柔性加工中心 FMS Flexible Manufacturing System 柔性生产系统 FML Flexible Manufacturing Line 柔性生产线 FA Factory Automation 自动化工厂附录CIMS缩写词语（5）IEJILPAMCAXDFDFADFVRVMCEIndustry Engineering 工业工程Just in Time及时生产Lean Product精良生产Agile Manufacturing 敏捷制造Computer Ai

28、ded X计算机辅助XDesign For X面向X的设计Design for Assembly面向装配的设计Design for Manufacturing 面向制造的设计Virtual Reality 虚拟现实Virtual Manufacturing 虚拟制造Concurrent Engineering 并行工程*思考题1 .简述CAD/CAM的基本概念.2 .简述CAD/CA咪晨经历的阶段.3 .简述CAD/CAM系统的基本功能.4 .简述CAD/CAM系统的工作过程.5 .与传统设计制造方法相比，说明CAD/CAM 的工作特点.6 .试分析采用CAD/CAM技术的优越性.7 .简述C

29、AD/CAM技术的新发展.作业在产品制造领域，选一个你认为目前热门的或未来有潜力的相 关技术、产品作为话题，写一篇综述性的科技论文.文章结构如下： 1、题目、姓名学号 2、中文摘要 3、引宫n的意义） 4、简介（结构原理） 5、研究进展（国内外研究状况） 6、存在问题（难点、关犍） 7、前景岩势 8、结束语 9、参考文献注:格式，字体、描版参考科技期刊论文9最好做 个PPT作业选题参考- 日前国家大力扶持的行业。如匕大战略性新型产业： 节能环保、新代信息技术、生物、高端装备制造、 新能源、新材料、新能源汽车。其中高端装备制造包 括：航空、航天、高铁、海洋工程、智能制造。- 具有发展潜力的技术：

30、三网融合（通信网、计竦机网 络、有线电视网）、物联网、智能电网、光伏发电、 MEMSo- 具有较大市场或发展潜力的产品：触摸屏、光机电产 品、LED、RFID等。- 制造业的发展方向（八化）公第二章CAD/CAM系统组成内容知识点学习要求建议自学学时杀缓的如龙。分突俵统4A州成了*1学时累缓的分类系统的尚络站内CAOCAM条统的典中除件主M了解1学时储没犒的入设犍出设缶网络设务CAD.CAM系统的软fl保统乂本加成了解2学时祭烧煞件支推软件皮用软fl,鼠号的d系统基本组成"计算机厂硬件 Y 外围设备I廿设备CAD/CAM J系及系统软件 软件 工 支撑软件应用软件CAD/CAM系统的

31、典型硬件- 主机：CPU、内存、主板- 存储设备：磁盘、磁带、光盘- 输入设备， 第阶段：控制开关.穿孔纸等等 第二阶段：键席 第三阶段：二:维定位设备,如双标.光笔,图形输入板、触摸屏等等.语音 第四阶段:三维输入设备（如空间球数据手奘、数据衣）.用户的手势. 农情等等 第五阶段：用户的思维 输出设符：显示器、打印机、绘图机、头盔、眼镜 网络班备：服务器、工作站、电缆、网卡、集线器HUB.路由器、网桥、 网关 牛产殳备：数控机床、加工中心MC、搬运机械、机器人等图形显示设备的发展单显CRT显示券球面显象管f平面直角显示器-纯平显示器 彩显J液晶显示器(LCD, Liquid Crystal

32、Display)J等离子显示器(PDP, Plasma Display Panel )其它平面显示器v场致显示器(FED,Reid Emission Display)发光聚合体显示器(LERIight emitting polyma)三维显示器头盔式显示器HMD (Head-Mounted Display)两个液晶(LCD)或(CRT)显示器&立体眼镜原理：显示器能显示左眼和右眼两种 不同的图像.但在显示器显示左 眼图像时，系统控制立体眼镜. 把左眼的液晶快门打开，让用户 的左眼看到左眼的图像。同理， 右眼也一样，这样,当切换频率 达到50Hz时.我们便能看到连续 的图像，从而也就产生

33、墙式显示屏 自 动声象虚拟环境CAVE, Cave-like Automatic Virtual Environment)参数： 3-6而均由大屏幕投影机投上的立体图像° 180°的宽视野，1280X1024分辨率 外形尺寸为10X10X9英尺4 360度柱形环幕虚拟现实系统4 360度琮幕影院世界最大球幕影院亮相中国科技馆新馆3D全息投影技术我们经常可以在科幻电影中见到一种三 谯的全息通讯技术.可以把远处的人或物以 三倦的形式投影在空气之中，就像电影星 球大娘中的场面：1 .在美国麻省位叫Chad Dyne的29岁理工 研究生发明了一种空气投影和交互技术. 这是显示技术上

34、的一个里程碑,它可以在 气流形成的墙上投影出具有交互功能的图 像.此技术来源海市图楼的原理，将图像 投射在水蒸气上，由于分子震动不均衡， 可以形成层次和立体感很强的图像.' CAD/CAM系统的软件系统系统软件.支撑软件.应用软件&系统软件籍仟11 8tM“环乐女一件*内 停it事绩就许U M1格统依“打收成勺，岸如穿孔纸带.第二个阶段：低级语言。如汇编语言 第三个阶段:结构化高级语右，Jill CLASCAL,FORTANT第四个阶段:面向对象的高级语言.如C+JAVA网络协议 7应用层 6次示层 5会话层 4传输层 3网络层 2数据链路层 1物理层支撑软件绘图软件：具有基本

35、图形元素（点、线、图）绘制等，图形变换（缩放、平移、旋转 等），编辑（增、删.改等），存贮,显示控制以及人机交互，输入/输出等功能.如:AUTOCAD软件.几何建模软件：提供一个完整，准确地描述和显示三维几何造型的方法和工具.具有消 除、着色,浓淡处理.实体参数计算、质量特性计算等功能如:IDEAS, Pro匕UG等.程计算与分析软件：功能包括基本物理机械量的计算，基本力学参数计算，有限元分 析，产品装配.公差分析，机构运动学,动力学分析，优化设计等.其中有限元分析是 核心工具,它可以进行睁态、动态、热特性分析,通常包括前置处理、计算分析及后置 处理三部分.如:SAP,NASTRAN,ANSYS,ABAQUS等有限元分析软件.模拟仿真软件：在产品设计时,实时、并行地模拟产品生产或各部分进行的全过程.以 预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性.包括动力学模拟和运动学模拟， 如：ADAMS机械系统动力学自动分析软件.数据库系统软件：能惟支持各子系统中的数据传递与共享，其中工程数据库是CAD/CAM 系统的重要组成部分如ORACLE, SYBASE, FOXPRO等关系型数据库管理系统.&应用软件是用户解决实际问