机电一体化制造系统

1、第三篇第三篇 机电机电(jdin)一体化制造系统一体化制造系统第六章第六章 计算机辅助设计与辅助制造系统计算机辅助设计与辅助制造系统（CAD/CAM）（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing）第一节第一节 CAD、CAM及及CAD/CAM的概念的概念(ginin) 一、一、CAD的定义的定义 使用计算机系统来辅助一项设计的建立、修改、分析或优化，使用计算机系统来辅助一项设计的建立、修改、分析或优化，叫做计算机辅助设计。叫做计算机辅助设计。 二、二、CAM的定义的定义 通过直接或间接地把计算机与工厂生产设备联系起来，实现通过直接或间接

2、地把计算机与工厂生产设备联系起来，实现用计算机对加工制造系统进行计划、管理、控制及操作的过程，用计算机对加工制造系统进行计划、管理、控制及操作的过程，叫做计算机辅助制造。叫做计算机辅助制造。 三、三、CAD/CAM的定义的定义 从设计到制造的整个过程应用计算机进行有关信息处理的技术，从设计到制造的整个过程应用计算机进行有关信息处理的技术，叫做计算机辅助设计与辅助制造。叫做计算机辅助设计与辅助制造。精品资料 这里有两个需要强调的常识性问题这里有两个需要强调的常识性问题(wnt)(wnt)： 1. CAD/CAM1. CAD/CAM和和CAMCAM是机电一体化制造系统，而是机电一体化制造系统，而C

3、ADCAD不是机电一体化制造不是机电一体化制造系统。系统。 2. CAM出现在先（出现在先（20世纪世纪(shj)50年代），年代）， CAD出现在后（出现在后（20世纪世纪(shj)60年代）。年代）。精品资料第二节第二节 CAD系统系统 一、一、CAD系统完成的任务系统完成的任务 CAD系统完成的设计系统完成的设计(shj)任务主要有以下四个方面：任务主要有以下四个方面： 几何建模、工程分析、设计几何建模、工程分析、设计(shj)审查与评价、自动绘图。审查与评价、自动绘图。 1 1几何建模几何建模 几何建模是把物体几何建模是把物体(wt)(wt)的几何形状转换为适合于计算机的数学描述。的几

4、何形状转换为适合于计算机的数学描述。 在几何建模时，通过以下方式在计算机屏幕上构成物体图形：在几何建模时，通过以下方式在计算机屏幕上构成物体图形： （1 1）产生基本的几何元素，例如点、线和圆等；）产生基本的几何元素，例如点、线和圆等； （2 2）对这些元素进行比例（放大、缩小）、平移、旋转或其它）对这些元素进行比例（放大、缩小）、平移、旋转或其它变换；变换； （3 3）把这些元素连接成所要求的物体形状，这个物体形状则在）把这些元素连接成所要求的物体形状，这个物体形状则在交互计算机系统中产生。交互计算机系统中产生。精品资料 2工程分析工程分析(fnx)（也称为（也称为CAE，计算机辅助工程（分

5、析，计算机辅助工程（分析(fnx)） 在工程分析在工程分析(fnx)(fnx)中包括结构分析中包括结构分析(fnx)(fnx)的的“应力应变应力应变”计算，计算，或用微分方程来描述所设计系统的动态特性。或用微分方程来描述所设计系统的动态特性。 例如，大部分例如，大部分CAD系统中都有系统中都有有限单元法有限单元法的分析功能；有些的分析功能；有些CAD系统有系统有优化软件包优化软件包；有些；有些CAD系统还有系统还有质量特性分析质量特性分析功能（计功能（计算物体的表面积、重量、体积、重心、转动惯量，对平面计算周长、算物体的表面积、重量、体积、重心、转动惯量，对平面计算周长、面积或截面惯性矩）。面

6、积或截面惯性矩）。 3 3设计审查与评价设计审查与评价 （1 1）将设计图形密集的部分放大后进行审查、修改；）将设计图形密集的部分放大后进行审查、修改； （2 2）对装配图中的零件空间位置进行干涉检查。）对装配图中的零件空间位置进行干涉检查。 4 4自动绘图自动绘图 自动绘图过程是直接从自动绘图过程是直接从CAD数据库中产生出数据库中产生出硬拷贝工程图硬拷贝工程图（图纸（图纸或胶片等），通常是用绘图机、打印机以喷墨、激光打印等方式打印出或胶片等），通常是用绘图机、打印机以喷墨、激光打印等方式打印出图纸。图纸。精品资料 二、二、CAD系统系统(xtng)的组成的组成 CAD系统系统(xtng)如

7、图所示。如图所示。CAD系统系统(xtng)CAD硬件系统硬件系统应用应用软件软件 CAD软件系统软件系统支持支持软件软件系统系统软件软件外部设外部设备备计算机计算机 图中所示的组成部分有：图中所示的组成部分有： 外部设备：外部设备：硬盘、显示器、打印机、绘图机、数字化仪、扫描仪硬盘、显示器、打印机、绘图机、数字化仪、扫描仪等。等。精品资料 系统软件系统软件(run jin)：与硬件相配合工作，用来管理和控制计：与硬件相配合工作，用来管理和控制计算机各部分运行的软件算机各部分运行的软件(run jin)，如，如Windows操作系统等。操作系统等。 支持软件：是用户进行计算机辅助设计的开发平台

8、，用户使用支支持软件：是用户进行计算机辅助设计的开发平台，用户使用支持软件来开发用于各种具体用途持软件来开发用于各种具体用途(yngt)(yngt)的应用软件，如类似于的应用软件，如类似于AutoCADAutoCAD的开发软件。的开发软件。 应用软件应用软件：是为各个领域的各种专门用途开发的软件，一般由用户自是为各个领域的各种专门用途开发的软件，一般由用户自行开发。行开发。 三、三、CAD系统的类型系统的类型 按所用计算机的规格分类按所用计算机的规格分类 1 1基于大中型计算机的基于大中型计算机的CAD 可进行汽车外形、车体、底盘以及飞机外形等的设计。可进行汽车外形、车体、底盘以及飞机外形等的

9、设计。 2 2基于中小型计算机的基于中小型计算机的CAD系统系统 用于减速机、电机等的设计。用于减速机、电机等的设计。精品资料 3基于超级基于超级(choj)微机的微机的CAD系统（工作站类型）系统（工作站类型） 可以胜任中小型计算机的可以胜任中小型计算机的CAD工作。工作。 所谓超级所谓超级(choj)微机是指运算速度、内存、硬盘都远超过普通台式微机微机是指运算速度、内存、硬盘都远超过普通台式微机的工作站类型的计算机。（的工作站类型的计算机。（90年代初期，超级年代初期，超级(choj)微机时钟速度微机时钟速度2533MHz，内存，内存128M，硬盘，硬盘418840M，外接硬盘，外接硬盘6

10、21G）。）。 4 4基于基于(jy)PC(jy)PC机的机的CADCAD第三节第三节 CAM系统系统 一、一、CAM系统完成的任务系统完成的任务 1工艺准备（计算机辅助工艺设计，工艺准备（计算机辅助工艺设计，CAPP，Computer Aided Process Planning） 精品资料 （1 1）工艺规程的制定）工艺规程的制定 * *确定毛坯形状确定毛坯形状 * *决定零件决定零件(ln jin)(ln jin)加工工序加工工序 （2 2）工艺装备计划制定）工艺装备计划制定 * *选择加工所用机床选择加工所用机床 * *确定装夹方法确定装夹方法 * *选择加工用刀具选择加工用刀具(do

11、j)(doj)、夹具、量具、夹具、量具 * *设计专用的刀具设计专用的刀具(doj)(doj)、夹具、量具、夹具、量具 （3 3）加工数据的确定和生成）加工数据的确定和生成 * *确定切削用量确定切削用量 * *计算工时定额及成本计算工时定额及成本精品资料 2制造过程控制与管理制造过程控制与管理 （1）零件制造（数控机床加工）过程的控制）零件制造（数控机床加工）过程的控制 （2）自动）自动(zdng)装配过程的控制装配过程的控制 （3）质量检验管理）质量检验管理 （4）运输和搬运管理）运输和搬运管理 （5）存储管理）存储管理 二、二、CAMCAM系统的分级结构系统的分级结构 一个工厂或车间的一

12、个工厂或车间的CAMCAM系统是很复杂的。为了便于研究系统是很复杂的。为了便于研究(ynji)(ynji)和和发展，把整个系统划分成一系列具有特定功能的分系统，然后还可再分发展，把整个系统划分成一系列具有特定功能的分系统，然后还可再分为更小的子系统。因此，一个大规模的为更小的子系统。因此，一个大规模的CAMCAM系统包含二级或三级计算机系统包含二级或三级计算机分级结构。分级结构。 精品资料中央中央(zhngyng)计计算机算机材料分配材料分配工件工件(gngjin)传送传送工夹具传送工夹具传送维维 修修工艺设计工艺设计工艺路线工艺路线加工计划加工计划工夹具计划工夹具计划数控数据数控数据机床加工

13、机床加工质量控制质量控制加加 工工过程控制过程控制（多台计算机）（多台计算机）（多台计算机）（多台计算机）（1台计算机）台计算机）精品资料 三、三、CAM软件系统的类型软件系统的类型 1生产管理生产管理(gunl)软件软件 其中包括生产调度计划、物料需求计划、生产能力管理其中包括生产调度计划、物料需求计划、生产能力管理(gunl)等等软件。软件。 2 2生产过程控制软件生产过程控制软件 其中其中(qzhng)(qzhng)包括自动加工控制系统、自动装配控制系统、包括自动加工控制系统、自动装配控制系统、自动监测控制系统、自动搬运控制系统等软件。自动监测控制系统、自动搬运控制系统等软件。 3 3生

14、产技术的相关软件生产技术的相关软件 （1 1）工艺数据库）工艺数据库 该数据库是该数据库是CAM系统中数据的总存储处。其中包括工艺设计数据、系统中数据的总存储处。其中包括工艺设计数据、工程设计数据、工程设计数据、NC生产数据、生产调度数据、监控数据、质量控制生产数据、生产调度数据、监控数据、质量控制数据、切削数据和管理数据。数据、切削数据和管理数据。精品资料 （2）工艺规划软件）工艺规划软件 该类软件主要完成该类软件主要完成CAPP（制定工艺路线和加工计划（制定工艺路线和加工计划(jhu)，制定工、，制定工、夹、量具设计制造计划夹、量具设计制造计划(jhu)）以及生成）以及生成NC加工指令。加

15、工指令。 （3 3）质量规划软件）质量规划软件 其中主要包括质量计划其中主要包括质量计划(jhu)(jhu)子系统、质量检测子系统、质量评子系统、质量检测子系统、质量评估与控制子系统、质量信息管理系统等软件。估与控制子系统、质量信息管理系统等软件。精品资料第四节第四节 CAD/CAMCAD/CAM系统系统 在这里，在这里，“/”/”译作译作“与与”或或“和和”，实际上表示了，实际上表示了“能力能力(nngl)(nngl)的结合的结合”、“使之成为一个整体使之成为一个整体”的含的含义。义。 一、一、CADCAD与与CAMCAM结合的必要性结合的必要性 独立的独立的CADCAD系统和系统和CAMC

16、AM系统在产品设计和加工制造中已发挥系统在产品设计和加工制造中已发挥(fhu)(fhu)了了重要的作用。重要的作用。 所存在的问题是：所存在的问题是： CAD系统不能自然地与系统不能自然地与CAM系统相衔接（系统相衔接（信息中断信息中断），必须），必须用用人工转换人工转换和和重新输入重新输入，造成，造成工作效率低工作效率低、信息丢失信息丢失和和重输错误重输错误等一等一系列问题，降低了系统的可靠性。系列问题，降低了系统的可靠性。 因此，必须将因此，必须将CAD、CAM系统有机地结合成为一个整体。系统有机地结合成为一个整体。精品资料 二、二、CAD与与CAM一体化技术一体化技术 目前，解决目前，解

17、决(jiju)CAD与与CAM结合的问题一般可通过两种途径：结合的问题一般可通过两种途径：CAD专用专用(zhunyng)接接口程序口程序CAM对已有的对已有的CAD和和CAM系统利用接口把二者连接起来系统利用接口把二者连接起来对没有的对没有的CAD和和CAM系统的情况，开发集成的系统的情况，开发集成的CAD/CAM系统系统 1 1通过接口实现通过接口实现CAD与与CAM的连接的连接 相互独立的相互独立的CAD与与CAM系统的连接，实质上是两个不同软件系系统的连接，实质上是两个不同软件系统之间的连接。通常有两种连接方式：统之间的连接。通常有两种连接方式： （1 1）专用数据接口）专用数据接口

18、专用接口程序的作用是：接收来自专用接口程序的作用是：接收来自CAD系统的几何信息和技系统的几何信息和技术要求，将这些信息重新组织，转换成术要求，将这些信息重新组织，转换成CAM系统所能接受的形式，系统所能接受的形式，输入到输入到CAM系统。系统。这样的数据接口无通用性这样的数据接口无通用性。精品资料 （2）采用标准格式进行数据）采用标准格式进行数据(shj)转换转换后后 置置处理器处理器标准标准(biozhn)数据交数据交换格式文件换格式文件CAMCAD前前 置置处理器处理器 在这种方式下，在这种方式下，CAD的图形数据经过前置处理器形成的图形数据经过前置处理器形成IGES ( ( Initial Graphics Exchange Specification，初始图形交换规范初始图形交换规范) )文件，再文件，再由后置处理器把由后置处理器把IGES文件进行处理，生成文件进行处理，生成CAM系统的内部数据格式。系统的内部数据格式。 2 2CAD/CAM系统集成系统集成 传统的传统的CAD系统的计算机内部模型主要致力于对几何形体的整体系统的计算机