《CADCAM原理与应用》第1章

1、计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造Computer Aided Design and Manufacturing南昌大学南昌大学刘建胜刘建胜联系方式：联系方式：1894234546318942345463邮箱邮箱：本课程说明n由于CAD/CAM是一门新兴技术，其发展较快，因此在教学的内容上将在教材基础上对一些问题扩展。n基本概念是学习的重点。本课程教学的目的是为今后的学习和工作建立基础，因此基本概念的掌握最重要。 n上机练习有助于理解教学内容。更重要的是CAD/CAM技术本身就是一门可以直接在生产实际中产生效益的新兴技术。n在每章之后，有关于本章内容的思考题。建议在学习完每章后，完成思考

2、题。本课程的考核形式与内容接近思考题的方式和内容。 第一讲第一讲 CAD/CAM技术基础技术基础 CAD/CAM技术基础 本章内容：本章内容：主要介绍主要介绍CAD/CAM 的基本概念，的基本概念，CAD/CAM技术的状况及其技术的发展技术的状况及其技术的发展1.1 CADCAM的基本概念的基本概念nCAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术，是20世纪制造领域最杰出的技术之一。 nCAD/CAM是计算机辅助设计和计算机辅助制造的縮写。 70年代初期产生的术语，其中斜杠表示设计和制造的自动化以及信息的集成化。 也有将CAD、CAM、CAE（分析）、CAQ等统一写成CAX。 nCAD/CAM技

3、术在近半个世纪的应用实践中，它的重大贡献已被国际科技界和工业界所公认。 美国工程科学院评为自1964年以来当代最杰出贡献的十项工程技术成就之一。CAD(Computer Aided Design):是指工程技术人员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等计算速度高、可编程因而可修改、存储量大、记忆能力强、重复工作不会“疲劳”，但无创造能力。 有知识、思想、经验、创造性，但记忆能力有限、存储有限，易疲劳、易失误、计算速度慢计算机：工程技术人员：计算机辅助设计计算机辅助设计Computer Aided Designn将人与计算机结合，取各自所

4、长。在交互方式下组成一个高效的工作组（设计工作组 design team）。人人CAD计算机计算机主观能动力 应用交互 支持环境 对对CAD的误解的误解n自动设计，从而完全替代人的作用。 辩析：目前一些系统将人的经验知识嵌入软件，使得计算机有一定的“智能”，但只有有限的能力。nCAD只是将原先的图纸搬到计算机上进行设计。 辩析：忽略了计算机在计算速度、修改、存储方面的优势。从CAD的定义引深两个含义：n在CAD中，人与计算机的角色是互相不可取代的； CAD的工作组中，应尽可能发挥人和计算机各自的特长。 制造的定义 n广义制造指产品的整个生命周期过程。 制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择

5、、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。(国际生产工程学会1990年) n狭义制造指产品的制作过程。 即，产品的机械工艺过程或机械加工过程。 定义：制造是使原材料（采掘业的产品和农产品）在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程。nCAM(Computer Aided Manufacturing):制造人员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程、制造过程控制、质量检测等。nCAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根据产品制造工艺要求，交互或自动

6、地确定产品加工方法和方案，如加工方法的选择、工艺路线和工序的设计等。从产品制造的过程理解从产品制造的过程理解CAD/CAM 产品设计阶段工艺设计阶段产品生产阶段任务规程概念设计结构设计与分析详细设计工程设计毛坯设计工艺路线设计工序设计工装设计NC编程加工仿真NC加工质量控制装配性能测试市场需求产品CADCAPPCAM将三者集成CAD/CAM传统制造概念与过程 从产品制造的过程理解从产品制造的过程理解CAD/CAM 现代制造概念与过程 市场需求分析产品概念设计产品设计生产准备生产制造质量控制销售服务管理与协调利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM从产品制造的过程理解从产品制造的过程理解C

7、AD/CAM 几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人的工作，特别是创造性的工作。2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制与质量控制等内容。3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息流。4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。CAD/CAM的基本功能的基本功能在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能：1、产品与过程的建模、产品与过程的建模 如何用计算机能够识别的数据（信息）来表

8、达描述产品。如产品形状结构的描述、产品加工特性的描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件描述出来等等。CAD/CAM的基本功能的基本功能2、图形与图像处理、图形与图像处理 在CAD/CAM系统中，图形图像仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达图形、对图形进行各种变换、编辑、消隐、光照等处理是CAD/CAM的基本功能。CAD/CAM的基本功能的基本功能3、信息存储与管理、信息存储与管理设计与制造过程会产生大量、种类繁多的数据，如设计分析数据、工艺数据、制造数据、管理数据等。数据类型有图形图像、文字数字、声音、视频等；有结构化和非结构化的数据；有动态和静态数据等。怎样将C

9、AD/CAM系统产生这些大量的电子信息存储与管理好，是CAD/CAM的必备功能。采用工程数据库。 CAD/CAM的基本功能的基本功能4、工程计算分析与优化、工程计算分析与优化 工程分析和几何计算：计算体积、重心、转动惯量等几何特性和物理特性； 结构分析：应力、温度、位移计算； 图形处理中的矩阵计算； 工艺规程设计中的工艺参数计算；5、工程信息传输与交换、工程信息传输与交换信息交换有CAD/CAM系统与其他系统的信息交换和同一CAD/CAM系统中不同功能模块的信息交换。CAD/CAM的基本功能的基本功能6、模拟与仿真、模拟与仿真为了检查产品的性能，往往需要对产品进行各种试验与测试，需要专门的设备

10、与生产出样品，并具有破坏性，时间长，成本大。通过建立产品或系统的数字化模式，采用计算机模拟技术可以解决这一问题。如加工轨迹仿真，机构运动仿真，工件、刀具和机床碰撞与干涉检验等。CAD/CAM的基本功能的基本功能7、人机交互、人机交互数据输入、路线与方案的选择等，都需要人与计算机进行对话。人机对话交互的方式有软件界面与设备（键盘、鼠标等）8、信息的输入与输出、信息的输入与输出信息的输入与输出有人机交互式输入输出与自动输入输出。 CAD/CAM的基本功能的基本功能CAD几何造型几何造型工程绘图工程绘图工 程 分 析 和工 程 分 析 和优化优化模拟与仿真模拟与仿真CAPP工 艺 知 识工 艺 知

11、识检索检索工 艺 路 线工 艺 路 线生成生成工艺设计工艺设计CAM数 控 加 工数 控 加 工编程编程加工仿真加工仿真车间管理车间管理计划调度计划调度质量控制质量控制工 程 数据库EDBMS从从CAD/CAM系统工作过程看系统工作过程看CAD/CAM的基本功能的基本功能nCAD/CAM技术的发展回顾技术的发展回顾 CAD技术的发展技术的发展 ： 1形成期形成期 1950 MIT CRT(阴极射线管) 计算机能够处理图形 计算机图形学。2. 发展期发展期 50年代 光笔交互式会图 60年代 屏幕菜单点击、 功能键盘、光笔定位、图形动态修改。1962 美国 Ivan Sutherland 第一个

12、交互式图形系统（SketchPad） 2D系统3、成熟期、成熟期1973 实体造型技术 实体造型软件 3D系统4.集成期集成期信息分散、不能共享，不能发挥合力效益，开发专用接口，成本大，自动化程度不高 等等 集成CAD/CAM.nCAD/CAM技术的发展回顾技术的发展回顾 CAM技术的发展技术的发展1952年数控机床1955自动编程工具（APT） 1958自动换刀系统加工中心（MC） 1962工业机器人物料搬运自动化，利用一台计算机控制多台数控设备(直接数控系统)DNC FMS.70年代，交互式图形编程系统，CAM成熟 智能化，集成化，自动化。 nCAD/CAM技术的发展回顾技术的发展回顾 C

13、APP技术的发展技术的发展1969年，挪威，成组技术，零件分类归族，典型样件与典型工艺 AutoPros1980年，英国AutoCAP. 派生式派生式CAPP系统系统。简单，实用，成本低，周期短；但与企业的特性相关度高，一般不适合于其他企业。采用规则，推理，根据工艺的特性，自动生成工艺路线，成为创成式成为创成式CAPP，自动化程度高，适合于多种企业。但由于工艺过程涉及的因素多，开发周期及成本高，目前仍然在研究阶段。80年代中期，CAPP专家系统。 CAD/CAM的集成技术的集成技术 ： CAD、CAPP、CAM技术长时间独立发展，使数据结构、软件结构、平台等方面有很大差异。系统之间不能进行自动

14、的数据交换，需要大量的人工参与以完成数据传输工作，严重阻碍CAD、CAPP、CAM技术的效益与发展。80年代，人们致力于CAD、CAPP、CAM技术集成研究。相继推出了CADAM、CATIA、UG、Pro/E等。 nCAD/CAM技术的发展回顾技术的发展回顾 CAD/CAM的应用现状的应用现状机械是主要应用领域2D应用最广我国在2D CAD系统和CAPP系统中自主产品，市场占有率较高。3D刚起步。CAD/CAM的应用效益的应用效益生产精度与产品质量提高产品开发周期缩短 GM 汽车 5年3年新产品可靠性提高 20%60%生产成本下降 波音777未生产样机详细效益请见P11nCAD/CAM技术的应用技术的应用 制造企业面临的市场形式制造企业面临的市场形式产品形式多样化、个性化，生产方式生产方式由大批量、少品种少批量、多品种；市场响应速度快。大吃小快吃慢产品的范畴：产品产品P+质量Q+时间T+服务S (T,Q,C,S)竞争范围：区域全球核心竞争力创新技术与人才各种新技术的出现与应用，特别是计算机与信息技术，Internet上述原因，企业未来呈现的特点：nCAD/CAM技术的新发展技术的新发展 上述原因，企业未来呈现的特点： 产品开发生产周期短，上市快；制造柔性化； 整个产品生命周期内的质量保证 企业组织形式，出现虚拟企业与企业联