第2章CADCAM系统(新)

1、第二章第二章 CAD/CAM系统系统 2.1 CAD/CAM系统的组成与分类系统的组成与分类 一个CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及生产设备等硬件和控制这些硬件运行的系统、支撑、应用等软件组成的，如图所示。 CAD/CAM系统硬件软件系统软件支撑软件应用软件外围设备计算机生产设备CAD/CAM系统的组成 CAD/CAM系统的组成系统的组成CAD/CAM系统的功能系统的功能 1图形显示功能 CAD/CAM是一个人机交互的过程，从产品的造型、构思是一个人机交互的过程，从产品的造型、构思和方案的确定，结构分析到加工过程的仿真，系统随时保证用和方案的确定，结构分析到加工过程的仿真，系统随时保证用

2、户能够观察、修改中间结果，实时编辑处理。用户的每一次操户能够观察、修改中间结果，实时编辑处理。用户的每一次操作，都能从显示器上及时得到反馈，直到取得最佳的设计结果。作，都能从显示器上及时得到反馈，直到取得最佳的设计结果。图形显示功能不仅应能对二维图形进行显示控制，还应包含对图形显示功能不仅应能对二维图形进行显示控制，还应包含对三维图形的处理。三维图形的处理。 2输入输出功能 在CAD/CAM系统运行中，用户需不断地将有关设计的要求和各步骤的具体数据等输入计算机内，通过计算机的处理，能够输出系统处理的结果，且输入输出的信息既可以是数值的，也可以是非数值的(例如图形数据、文本、字符等)。 3存储功

3、能存储功能 由于CAD/CAM系统运行时数据量很大，有很多算法会生成大量的中间数据，尤其是对图形的操作、交互式的设计以及有限元结构分析中网格的划分等。因此，为了保证系统能够正常的运行，CAD/CAM系统必须配置容量较大的存储设备，支持数据在模块运行时的正确流通。另外，工程数据库系统的运行也必须有存储空间的保障。 4交互功能(即人机接口) 在CAD/CAM系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁。友好的用户界面是保证用户直接而有效地完成复杂设计任务的必要条件，除软件的界面外，还必须有交互设备实现人与计算机之间的不断通信。 5造型功能 CAD/CAM系统应能够进行实体造型(Solid Modelin

4、g)和曲面造型(Surface Modeling)。系统应具有定义和生成基本体素(如立方体、圆柱体、球体、锥体、环状体等)的能力，系统应可以动态显示三维模型，具有消隐、彩色浓淡处理三维模型的能力，以便设计人员能直接观察、构思和检验产品三维模型，完成机械部件的复杂空间布局。造型技术是CAD/CAM系统的核心，为产品的设计和制造提供各种基本数据和原始信息，是后续处理的基础。 6计算分析功能 CAD/CAM系统要根据三维模型计算相应物体的几何特征(如体积、表面积、质量、重心、转动惯量、回转半径等)和物理特征(如应力、温度、位移等)，在图形处理中要进行变换矩阵的运算，以及几何造型中体素之间的交、并、差

5、运算，还要进行工艺规程设计中工序尺寸和工艺参数的计算，结构分析中应力、温度、位移等物理量的计算等，为系统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。因此，要求CAD/CAM系统对各类计算分析的算法正确、全面，而且数据计算量大，还要有较高的计算精度。 7工程绘图功能 工程绘图功能是CAD/CAM系统的重要环节，是产品最终结果的表达方式。CAD/CAM系统有处理二维图形的能力，包括基本图元的生成、标注尺寸和图形编辑(比例变换、平移、拷贝、删除等)。产品设计过程是一个反复修改的过程，产品的总体设计需要三维图形，而结构设计主要使用二维图形，系统还应具备二维图形与三维图形之间相互转换的功能。 8结构分析功

6、能 CAD/CAM系统中结构分析常用的方法是有限元法，这是一种数值近似解方法，用来对产品三维模型，尤其是结构形状比较复杂的零件进行静态和动态特性计算，以及进行零件的强度、刚度、振动、热变形、磁场、温度场强度和应力分布状态等的计算分析。 9优化设计功能优化设计功能 CAD/CAM系统应具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品设计中的预定指标达到最优。优化设计包括总体方案的优化、零件结构的优化和工艺参数的优化等。 10NC自动编程功能自动编程功能 CAD/CAM系统应能根据人机交互获得的零件的有关数据及技术参数，自动编制出数控加工源程序，求解出刀位文件，并将刀位文件转换成零件的数控加工

7、程序。 11动态仿真功能动态仿真功能 CAD/CAM系统应能进行加工轨迹仿真，机构运动学仿真，运动轨迹干涉检查，工件、机床、刀具、夹具的碰撞、干涉检验等，以便预测产品的性能，模拟产品的制造过程和可制造性，避免损坏，减少制造投资。 12工程数据管理与信息传输及共享功能 由于CAD/CAM系统中数据量大、种类繁多，因此，CAD/CAM系统应能具备良好的信息传输管理功能和信息交换功能，支持产品设计与制造全过程的信息传输与交换，并可以在多个设计者或设计小组之间实现信息传输及共享。 CAD/CAM系统分类（三种分类方式）2、根据根据CAD/CAMCAD/CAM系统使用的计算机硬件及其系统使用的计算机硬件

8、及其信息处理方式分类信息处理方式分类 主机系统 工程工作站系统 微机系统1 1、根据使用的支撑软件规模大小分类、根据使用的支撑软件规模大小分类 CAD系统：AUTOCAD, SOLIDEDGE CAM系统： MASTERCAM, SURFCAM CAD/CAM集成系统：I-DEAS, PRO/E, UG 以一个主机为中心可以支持多个终端运行，共享一个CPUl主机系统l工作站系统 工作站系统的结构与微机系统非常相似。系统设计遵循这样一种思想：一个工程师使用一台计算机；而且还能使用所有的计算机。系统的另一特色是工作站本身具有强大的分布式计算功能，能够支持复杂的CAD作业，能支持多任务进程。 198

9、1年国外曾经对什么是工程工作站规定了一些标准，当时认为他们必须是32位机，具有UNIX操作系统，并采用以太网。 从整体上看，工作站系统的性能还是优于微机系统，它为各种功能强大的CAD/CAM软件及复杂应用提供了坚实的平台，但这种系统需要的软硬件投资比较大。l微机系统3 3、根据、根据CAD/CAMCAD/CAM系统是否使用计算机网络分类系统是否使用计算机网络分类 单机系统 网络化系统：采用的网络形式有总线网、星形网、环 形网CAD/CAM系统的配置系统的配置 1配置原则 (1) 系统功能： (2) 硬件系统要有良好的开放性且符合工业标准： (3) 经济性能。 CAD/CAM系统的软件配置要考虑

10、以下几方面：(1) 采用标准操作系统，一般选用网络版；(2) 支撑软件根据需要配置成低端、中端或高端系统；(3) 用户多；(4) 运行可靠，维护简单，性能价格比高；(5) 厂商信誉及售后服务好。 2基本配置形式 大型机系统采用高性能的大型通用计算机为主机，用分时方式连接几十台图形终端和字符终端。 小型机系统配有专用的软件和硬件，并独立承担设计任务，其优点是软件不需要变更即可在其系列产品上使用，但小型机系统扩展能力差，数据存储分散，因此现在应用很少。 工作站系统采用高性能的图形工作站，操作系统采用UNIX，其特点是运算速度快、数据存储量大、图形显示速度高、具有强大的网络功能，但工作站价格相对昂贵

11、。 微机系统采用微型计算机为主机，操作系统为流行的Windows系统或Windows NT系统，其操作非常简单，适用于广大中小用户的使用。CAD/CAM系统的工作方式系统的工作方式 各种CAD/CAM系统基本采用人机交互的工作方式(也称人机对话方式)。 2.2 CAD/CAM系统的硬件CAD/CAM系统对硬件的主要要求： 性能要求较高的图形输入、输出设备较高的运行速度CAD软件中大量的复杂的数值计算足够的外部存储空间-计算过程中大量的图形、图像、技术文件、优化分析结果、图形库、数据库和配套的应用软件较好的网络性能设计网络系统的速度、稳定性、安全性等在选择在选择CAD/CAMCAD/CAM系统硬

12、件时，首先要考虑能满足当前所需要系统硬件时，首先要考虑能满足当前所需要的系统功能，其次还要考虑系统今后发展的可扩充性，一的系统功能，其次还要考虑系统今后发展的可扩充性，一般应选择符合公认标准的开放式系统。般应选择符合公认标准的开放式系统。搬运机械NC机床机器人自动测试装置TCP/IP网络主机扫描仪数字相机操作杆光笔鼠标键盘绘图仪打印机磁盘机.CAD/CAM硬件系统的组成显示器 1主机 CAD/CAM系统中的主机包括大型机、小型机、图形工作站和微型计算机。目前，微型计算机在CAD/CAM系统中得到了广泛应用。 主机由中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)和存储器

13、两部分组成，用于指挥、控制整个系统完成运算和分析工作。 计算机主机:计算机系统硬件的核心 控制器 中央处理器（CPU） 运算器 寄存器 读写存储器（RAM） 内存储器 只读存储器 (ROM) 高速缓冲存储器(Cache) MIPS：每秒钟执行一百万条整数运算指令 速度 MFLOPS：每秒钟执行一百万条浮点数运算指令评价主机处理能力的指标 字长 存储器可分为内存储器和外存储器两类。一般常见的CAD/CAM系统要求计算机有较大的内存容量，目前应达到？ MB以上。 外存储器是补充内存、减轻主机负荷的一种辅助存储设备，用来存放大量暂时不用正等待调用的程序和数据，它通过内存参与计算机的工作，容量比内存大

14、，速度慢。常见的外存储器有硬盘、光盘、U盘和移动硬盘等。 2输入设备 (1) 鼠标。 (2) 光笔。 (3) 数字化仪。 (4) 扫描仪。 (5) 触摸屏。 (6) 语音输入设备。 3输出设备输出设备 (1) 显示器。 (2) 打印机。 (3) 绘图仪。 4网络互连设备 (1) 服务器。 (2) 电缆。 (3) 网卡。 (4) 集线器。 5生产设备 包括加工设备(如NC机床、加工中心等) 物流搬运设备(如有轨小车、无轨小车、机器人等) 仓储设备(如立体仓库、刀库等) 辅助设备(如对刀仪等)。2.3 CAD/CAM系统的软件软件着重研究如何有效地管理和使用硬件，如何实现人软件着重研究如何有效地管

15、理和使用硬件，如何实现人们所希望的各种功能要求，因此，软件水平的高低直接们所希望的各种功能要求，因此，软件水平的高低直接影响到影响到CAD/CAMCAD/CAM系统的功能、工作效率及使用的方便程系统的功能、工作效率及使用的方便程度，软件包含了管理和应用计算机的全部技术。度，软件包含了管理和应用计算机的全部技术。 根据在根据在CAD/CAMCAD/CAM系统系统中执行的任务和服务的对象中执行的任务和服务的对象的不同，可将软件系统分为的不同，可将软件系统分为三个层次；即三个层次；即系统软件、支系统软件、支撑软件和应用软件撑软件和应用软件1系统软件 系统软件包括操作系统、编译系统、图形接口及接口标准。其中，操作系统是系统软件的核心。目前在机械CAD/CAM系统中广泛采用的操作系统有UNIX和Widnows两种。 系统软件：具有通用性和基础性 2支撑软件支撑软件 目前市场上出售的CAD/CAM软件基本属于支撑软件。 功能集成型支撑软件提供了设计、分析、造型、数控编程及加工控制等多种模块。 功能单一型支撑软件只用于实现某些典型功能。 如造型软件(包括二维、三维绘图软件包)、有限元分析软件、动态仿真软件、数控