第一章 绪论与CADCAM系统硬件-计算机辅助设计与制造-JZH

计算机辅助设计与制造机电工程学院本书特色第一章CAD/CAM概述1.1CAD/CAM基本概念1.2CAD/CAM系统的功能与任务1.3CAD/CAM系统的应用1.4CAD/CAM系统的发展趋势学习的目的与要求整体了解CAD/CAM的技术基本概念CAD/CAM系统的功能与任务CAD/CAM技术的应用CAD/CAM技术的发展趋势1.1CAD/CAM的基本概念CAD/CAM技术作为传动技术、制造技术与计算机技术的结合，以不同的方式广泛应用于各项工程实践中。绘图与设计、生成着色、动画演示、有限元分析……德国提出“工业4.0概念”中国制造2025——推动工业化与信息化的“两化深度融合”计算机在现代制造系统中典型应用

CAD技术CAD含义：以计算机为工具，通过人机交互，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成整个产品设计过程的一门综合技术。以计算机为主要工具，对产品进行设计、绘图、工程分析与编辑撰写技术文档等设计工作的总称

CAD技术CAD基本功能几何建模工程分析仿真模拟自动绘图CAD技术CAD系统组成CAD系统设计数据库应用程序库交互图形库硬件软件CAPP技术CAPP含义：

CAPP—ComputerAidedProcessPlanning

是根据产品设计结果,进行产品的加工工艺过程（加工方法和制造过程）的设计，是一项重要的生产准备工作。CAPP技术CAPP功能毛坯设计工艺路线工序设计工时定额工装设计余量分配切削用量工时定额机床刀具选用工序图绘制CAPP技术CAPP组成

人机交互模块零件信息描述获取工艺工序决策工艺文件生成与管理零件对象零件信息库数据库知识库工艺文件库CAM技术CAM含义：

CAM--ComputerAidedManufacturing广义CAM：利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量控制等。狭义CAM：数控加工程序编制。CAD/CAM集成技术CAD/CAM集成技术：

利用数据库技术、网络技术、数据交换和接口技术，实现3C（CAD/CAPP/CAM）各模块之间信息自动传递、转换和共享的相关技术。CAD/CAM集成技术CADCAPPCAM工程图样工艺文档NC代码非集成3C系统输入输出信息流CAD/CAM集成技术CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念设计几何造型工程分析图形处理毛坯设计工艺准备工序设计工时定额工艺准备作业计划物流控制质量保证CAD/CAM集成技术CAD/CAM系统总体结构用户界面应用系统CADCAPPCAM……数据库、网络系统、数据交换接口操作系统计算机硬件1.2CAD/CAM系统的功能与任务CADCAM工程绘图计算分析几何建模工程数据管理动态仿真数控编程工艺设计CAD/CAM系统的任务优化设计有限元分析计算机辅助测试技术CAD/CAM

系统的功能几何建模与工程绘图用基本几何实体及其相互关系构造零件或产品三维几何模型，这是后续工作的基础；计算分析进行运动学、动力学、有限元分析，优化设计、计算机辅助测试技术等；工艺设计自动决策生成产品加工所采用的加工方法、工艺路线、工艺参数和加工设备；数控编程选择所需要刀具和工艺参数，确定走刀方式，生成刀具轨迹，后置处理，生成NC程序。动态仿真预测产品工作性能，检查NC代码正确性，检查制造过程几何干涉和物理碰撞，分析产品可制造性；数据管理提供有效的工程数据管理手段，支持产品设计与制造全过程数据信息流动和处理。CAD/CAM

作业过程创意构思计算机辅助设计快速原型制造计算机辅助工艺规划计算机辅助NC编程模拟制造实际制造设计文档产品原型数控代码工艺文档产品CAD/CAM

作业过程创意与构思即需求分析，并进行功能设计，这一部分目前仍主要由人工完成，在条件具备时也可以采用人工智能和专家系统辅助完成。计算机辅助设计与分析人机交互完成产品造型、装配设计、详细设计，进行工程分析和优化。快速原型制造根据产品模型，采用分层堆积原理、以非切削方法，快速廉价的生成与实际产品形状、尺寸一致的产品模型，供分析和评价，进行多方案的比较。计算机辅助工艺规划提取产品数据模型，分析几何特征、工艺特征，对产品进行工艺规程，生产工艺文件。计算机辅助编程利用设计结果和相关工艺信息，自动生成NC控制代码，提高数控编程效率和质量。虚拟制造不消耗资源和能量，也不生产现实世界的产品，借助三维可视的交互环境，对产品从设计、制造到装配的全过程进行全面仿真的技术，保证产品的设计和制造一次成功。1.4CAD/CAM技术的发展与应用CAD/CAM技术的发展50年代－萌芽期：图形显示器(50),NC机床(52),绘图仪(58)60年代－成长期:CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型

CAD/CAM系统问世70年代－发展期：CAD/CAM软硬件系统商品化80年代－普及期：PC微机和工作站系统广泛使用，从大型企业向中小企业扩展，从发达国家向发展中国家扩展90年代－集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成CAD/CAM技术的发展单元技术的发展和应用阶段

60~70年代如图形软件、数控编程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等

CAD/CAM系统；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系统。

阶段特征：各功能模块基本形成，数据结构尚不统一，不具备集成性。CAD/CAM的集成阶段

20世纪80年代实体造型成熟，特征建模、工程数据库发展；超级微机、工作站占领市场。

阶段特征:CAD/CAE/CAM集成性好，应用向三维、集成化发展。面向并行设计制造环境的CAD/CAM阶段自20世纪90年代由面向零件集成向面向产品并行设计发展，要求产品设计一次成功。

阶段特征：面向产品全生命周期建模、企业PDM、计算机网络、协同工作模式。CAD/CAM目前研究热点计算机辅助概念设计

需解决建模和推理两大技术难题。计算机支持的协同设计

须解决：

①群体成员间实时、可靠、廉价的信息交换；②保证异地、异构环境下协同设计系统可靠运行；③群体成员冲突协调解决机制。海量信息的存储、管理和检索技术

智能CAD/CAM技术

CAD/CAM与虚拟现实技术的集成计算机安全CAD/CAM技术应用CAD/CAM技术应用CAD/CAM应用CAD/CAM技术应用铁路虚拟样机技术分析系统常见的CAD/CAM单项技术1.4CAD/CAM系统发展趋势智能化数字化信息化（网络化）柔性化第2章CAD/CAM系统硬件与软件2.1CAD/CAM系统组成2.2CAD/CAM系统硬件2.3CAD/CAM系统软件2.1CAD/CAM系统组成软件核心人关键硬件基础CAD/CAM系统组成人：有着不可替代主导作用硬件：是基础，包括主机、计算机外部设备以及网络通讯设备等软件：是核心，决定系统性能的优劣，包括操作系统、支撑软件、应用软件等；2.2CAD/CAM系统硬件CAD/CAM系统硬件组成2.2CAD/CAM系统硬件存贮器计算机主机输入装置生产装备输出装置计算机网络CAD/CAM系统硬件组成2.2CAD/CAM系统硬件计算机主机：中小型计算机：由于大型复杂设计计算和分析；工程工作站：具有强大的图形处理、高速计算和网络通信能力；微型计算机：性能价格比高，软件丰富，操作容易，是CAD/CAM主流机型。2.2CAD/CAM系统硬件输入装置：键盘鼠标：最典型常用的输入装置；数字化仪：通过电磁感应原理进行图形坐标点输入；图形扫描仪：能快速完成图形信息的输入，生成位图信息，经矢量化处理将位图转换为矢量化图形；数码相机：将光学真实图象转换为数字图象；其他输入装置：如触摸屏、声响交互输入等。2.2CAD/CAM系统硬件输出装置：

图形显示器：最基本的输出装置，由图形卡支持；

打印机：有针式、喷墨、激光打印机之分；

自动绘图仪：有笔式绘图仪、喷墨绘图仪，有滚筒绘图仪、平板绘图仪之分。2.2CAD/CAM系统硬件存储器：

内存储器：存储当前所需的数据和程序，半导体材料，访问速度快，成本高，存储量有限，存储信息掉电丢失；

外存储器：存储CPU暂时不用的数据和程序，存储量大，能长期保存。有软盘、硬盘、光盘、USB之分。2.3CAD/CAM系统的软件

应件用软支件撑软系统软件CAD/CAM系统的软件组成2.3CAD/CAM系统的软件系统软件：

操作系统：计算机软件核心，有CPU管理、内存管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操作系统有DOS、Windows、Unix、OS/2等。

语言编译系统：如Basic、C/C++、LISP等编译系统，是将高级语言转换为计算机机器语言。

图形接口标准：如GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。2.3CAD/CAM系统的软件支撑软件：

交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制，如AutoCAD、PICAD高华CAD开目CAD等。

三维造型软件：如MDT、Solidworks、Solidedge等。

数控编程软件：如MasterCAM、SurfCAM等。

工程分析软件：如SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。

综合集成支撑软件：如I-DEAS、UGII、PRO/E、