计算机辅助设计与制造绪论

计算机辅助设计与制造刘极锋主编冯广智主讲《CAD/CAM》的主要内容：第零章绪论第一章CAD/CAM系统的软硬件

第二章计算机数据处理技术第三章计算机图形处理技术

第四章CAD/CAM建模技术第五章基于特征化的机械设计第六章计算机辅助工程第七章计算机辅助工艺过程分析第八章计算机辅助数控编程第九章CAD/CAM系统集成（信息集成、功能集成）第零章绪论第一节CAD/CAM技术的发展CAD/CAM技术的历史地位：1990年美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代最杰出的十大工程技术成就，CAD/CAM技术居第六位。CAD/CAM技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一，从根本上改变了产品的技术管理模式和生产模式。应用领域日益广泛最初：航空航天、汽车、船舶。现在：机械、电子、轻工、建筑、电影制作等等几乎所有行业。一、CAD/CAM技术的发展1940s:1946年2月15日由宾州大学研制成功第一台电子计算机（ENIAC），重达30吨，占地250m2，启动工耗150000瓦，18000个电子管；1950s:1952年MIT首次研制成功数控机床；50年代，APT（自动编程工具）1960s:（萌芽阶段）1963年MIT的I.E.Sutherland博士在其博士论文“人机对话图形通信系统”以及开发的软件SKETCHPAD系统中首次提出了“计算机图形学”、“交互技术”等重要概念与思想。代表软件：洛克希德飞机公司的CADAM(二维绘图)系统。1970s:（初始阶段）硬件以小型机、超小型机为主。软件既有通用型的，又有专用型的。主要面向航空部门，商品化程度不高。软件只是二维绘图与三维线框系统。法国人提出了贝赛尔算法,推出了第一个三维曲面造型系统CATIA。1963年，SKETCHPAD（交互式图形系统）

1980s:（蓬勃发展阶段）32位字长的工作站及微机的性能已达到或超过了过去的小型机，而且价格低廉。软件主要具有三维线框造型、曲面造型、机械制图、有限元分析、数控自动编程等功能。1990s:（成熟阶段）朝着标准化、集成化、三维可视化Interactive交互、智能化方向发展。数据标准和数据交换。典型软件：法国达索航空公司(DassaultSystems）CATIA系统;美国麦道航空公司UGII系统，KBE(基于知识的工程)—UG；致力于从概念设计到功能分析、工程图纸生成、数控代码生成及加工的整个产品开发过程

；波音公司CV最先在曲面算法上取得突破，将软件的运行平台向价格较低的小型机转移；美国美国国家航空及宇航局SDRC公司I-DEAS系统（于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件，1993年第一个推出全体系结构的I-DEAS

Master

Series软件，变量化技术成就了SDRC）美国PTC公司Pro/E系统；美国CNCSoftware公司MasterCAM系统；以色列Cimatron公司的Cimatron系统，注重型腔和模具；二、我国CAD/CAM技术现状国家科委863计划中的CIMS主题，促进了CAD/CAM技术的应用和发展1995年以来，由于“甩图板工程”的实施，二维CAD应用已基本普及。使用最多的是AutoCAD以及在此基础上二次开发的专业绘图软件（如：天河THCAD/THCAPP），也有部分自主开发的软件（如：CAXA）。三维设计的需求越来越多，应用也越来越广。用的较多的是Pro/ENGINEER、UG、CATIA、Cimatron、SolidWorks、MasterCAM等。国内自主版权的也有，如：CAXA、金银花等。

系统集成程度低，引进技术与消化使用不配套，观念有待改变。相关理论并不落后，但软件商业化、产业化方面的工作做得一般，目前还没有一个有影响的、可与国外软件匹敌的大型一体化软件。开发的主力军在高校和相关研究所。力量较强的高校：清华、北航、华中、浙大、上海交大、北理工、南航、西安交大等。

第二节CAD/CAM的基本概念

一、CAD/CAM技术CAD:ComputerAidedDesign——计算机辅助设计：人机交互结合，人机各尽所长，最佳设计效率。CAPP：ComputerAidedProcessPlan——计算机辅助工艺设计；主要是确定零件的加工方法、加工顺序和所用设备。CAM:ComputerAidedManufacturing——计算机辅助制造广义的CAD/CAM技术：利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程，以及与之直接间接相关的活动，包括产品设计、工艺准备、生产作业计划、生产控制、质量控制及工程数据库管理等。狭义的CAD/CAM技术：CAD主要功能：概念设计、结构设计、装配设计、复杂曲面设计、工程图绘制、工程分析、真实感及渲染、数据交换接口等。CAM主要功能：NC程序编制、刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。二、CAD/CAM与制造模式传统的设计与制造方式：以技术人员为中心展开的，产品及其零件在进行加工过程中所处的状态，设计、工艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都由人工进行检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理人员处，由技术人员进行对象的相关处理。以CAD/CAM技术为核心的设计与制造方式：充分发挥了计算机存储容量大、运行速度快、信息处理能力强的优势，大大缩短了产品设计制造周期、提高了产品的质量。两种设计与制造方式的实例比较：实例1：无线扩音机的设计（周期6人半年减少到3人20天，电子装配无装配超差、自动绘图联动修改）；实例2

：美国波音（Boeing）飞机公司采用CAD/CAM技术应用于Boeing777全机的设计与制造。（原设计周期为5~6年，并且有2万多处超差！现在只需一年半左右，只有十几处“人为”超差）。

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CAD/CAM集成实质上是指在CAD、CAPP、CAM各模块之间形成相关信息的自动传递和转换。

CAD/CAM集成:运用公共工程数据库、专用数据接口、网络通信技术以及标准的中性文件接口,将分散于机型各异的计算机中的CAD/CAM模块高效地集中起来,实现软硬件资源共享，保证系统内信息流动畅通无阻。

CAD/CAPP/CAM集成基本步骤:CAD设计产品结构，绘制图样，准备数据经数据转换接口，将产品数据转换成中性文件

IGES、STEP等格式CAPP读入中性文件，转换为可识别格式生成零件工艺过程CAD、CAPP系统生成数控编程所需数据，转换为中性文件CAM系统读入中性文件，转换格式后生成数控程序三、CAD/CAM集成四、CAD/CAM的生存环境1、操作系统(Windows或Unix)2、计算机网络(主要是Intranet)3、数据管理平台(PDM)4、集成制造环境(CIMS)五、CAD/CAM系统的工作过程基于CAXA的涂布机CAD/CAM一体化解决方案应用流程示例

第一阶段，订单确认即涂布机立项过程人物：项目主管内容：接到订单开始立项过程步骤：新建机型→配置人员及权限→导入项目任务书→导入技术指标说明→完成立项

第二阶段，涂布机原型设计过程人物：设计组长内容：接到设计任务开始概念设计步骤：新建三维零部件→新建涂布机二维示意图→新建二维布局图→三维导入二维布局图→放置零部件→搭建总装配→完成概念设计

第三阶段，涂布机详细设计过程人物：设计员A内容：三维设计、装配及二维出图步骤：三维零部件设计→三维部件装配→导入三维部件→自动三维部件生成二维装配图

第四阶段，涂布机零部件工艺设计过程人物：工艺员A内容：工艺编制过程步骤：选取自制件二维图→编制工艺路线→填写工序卡片→完成工艺编制

第五阶段，涂布机生产过程人物：数控编程内容：工艺编制过程步骤：导入加工模型→定义毛坯、加工工艺参数→生成加工轨迹→数控仿真→输出工艺清单、加工代码→加工执行空调出风格珊（佛山飞鹿空调有限公司）5升油瓶（广东健力宝饮料有限公司）500毫升饮料瓶模具（广东健力宝饮料有限公司）第三节

CAD/CAM系统的功能与任务

一、CAD/CAM系统的基本功能人机交互功能图形显示功能存储功能输入输出功能二、

CAD/CAM的主要任务几何建模：三维模型为设计人员提供直观的、正确的产品图形，包括装配和零件工程绘图：CAD设计结果需要通过二维工程图或其他方式输出计算分析优化设计有限元分析计算机辅助工艺规程设计数控编程动态仿真计算机辅助测试技术工程数据管理第四节

CAD/CAM技术的应用

应用领域日益广泛最初：航空航天、汽车、船舶。现在：机械、电子、轻工、建筑、电影制作等等几乎所有行业沈阳变压器厂用CAD技术输出三峡工程项目三维彩色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得了三峡工程的招标项目。泸东造船厂应用CAD技术后，生产技术准备周期缩短1/3以上，造船的设计开发能力提高一倍。西北电力设计院用CAD系统建立了渭河电厂主厂房三维模型，对该厂原设计方案自动校验，共查出6处隐藏在图纸中的错误，当即进行了修改。寰球化工工程公司应用CAD技术，在盘绵乙烯装置工程中，进行碰撞检测后，使95%以上的错误得以纠正，在总长20多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到10米。第四节

CAD/CAM技术的应用

CAD与CAM技术集成，实现了设计与制造一体化，具有明显的优越性，主要体现在：

1、减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了周期。

2、由于采用了CAE，可以从多方案中进行分析、比较，选出最佳方案。