第一章CADCAM技术概述

计算机辅助设计与制造CAD/CAM主讲：王菁飞行器制造工程专业0概述制造业的重要性传统制造业的过程和存在的问题现代制造业的特点：CAD/CAM技术是基础本课程的主要内容和学习的重要性。找工作考研考核方式和对大家的要求

PDMCAE/DFXCADCAPP/CAM产品研发过程详细设计产品规划概念设计分析仿真生产准备试验设计优化设计评价市场信息设计信息(文档模型)已有产品应用名称内容人工方法计算机辅助方法需求分析捕捉产品市场需求人工资料检索调研客户关系管理外观造型确定产品外形色泽石膏模型、木模曲面造型、人机工程结构设计确定产品机械结构作图法或制造木模实体造型、仿真分析性能分析强度刚度振动分析估算或模型实验有限元分析动态设计绘图输出绘制零、部件图纸手工制图、描图计算机辅助绘图、图档管理工程管理管理各种工程数据手工管理人工检索PDM工艺编制制定加工工艺流程据经验编制工艺卡片CAPP、专家系统工装设计模具、夹具设计经验设计并反复试验计算机辅助工装设计机械加工按要求加工零件车、铣、刨、磨等NC、加工中心计划调度生产计划和调度手工编制生产计划计算机辅助生产管理产品装配将零件装配成产品手工装配机器人装配产品检验检查产品性能用各种量具手工检验三坐标自动测量机产品出入库库房管理账本、手推车数据库、自动货架数字化分析数字化设计数字化制造数字化生产准备第一章CAD/CAM技术概述本章内容：讲解CAD/CAM的基本概念、运行环境、CAD/CAM技术的状况与发展以及CAD/CAM技术的贡献。重点掌握：1．CAD/CAM的含义、包含的内容、工作过程、意义；2．CAD/CAM硬件和软件的构成和要求。

1.1CAD/CAM的基本概念CAD：计算机辅助设计ComputerAidedDesign

指在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，完成产品设计、分析、绘图、装配等工作。（1）计算机：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。（2）工程技术人员：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、计算速度慢对CAD的一些误解（1）自动设计，从而完全替代人的作用。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。（2）CAD只是将原先的图纸搬到计算机上进行设计，而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（1）CAD中，人与计算机的角色是互相不可取代的；（2）CAD的工作组中，应尽可能发挥人和计算机各自的特长。CAM：计算机辅助制造

ComputerAidedManufacturing

广义CAM：包含了利用计算机辅助从生产准备到产品制造等整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、物料处理与控制、作业计划、生产监控和质量控制等。狭义CAM：仅指应用CAM技术进行NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等，即ComputerAidedMachining。CAPP：计算机辅助工艺过程设计

ComputerAidedProcessPlanning

指在人和计算机组成的系统中，根据产品设计阶段给出的信息，人机交互地或自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

指产品从设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化。CAD/CAM：计算机辅助设计和计算机辅助制造1.2CAD/CAM系统的结构

产品生产过程：指产品从需求分析开始，经过设计、制造变成可供用户使用的成品。市场需求产品产品设计施工设计结构设计概念设计任务规划工艺设计刀夹量具设计工序设计工艺路线设计毛坯设计加工、装配调试装配检测NC加工加工仿真NC编程CADCAPPCAM信息传输的实现1.专用数据接口2.标准格式接口文件3.统一产品模型和数据库4.产品数据管理系统系统工作过程计算方法库图形库工程数据库产品模型定义工程分析计算方案评判决策详细设计分析零部件图绘制数控程序输出几何造型工程分析模拟仿真自动绘图自动编程CAD/CAM系统的技术支撑CAD/CAM的产品设计过程CAD/CAM系统的功能CAD/CAM的特点1.CAD/CAM技术是一个系统工程2.工艺技术是核心3.设计与制造一体化4.产品生命周期的全过程5.人、组织、技术三结合1.3CAD/CAM的运行环境

硬件是物质基础软件是核心、灵魂人是关键系统的组成应用软件支撑软件系统软件硬件系统软件系统CAD/CAM应用软件：AutoCAD、UG、Pro/E….编程语言、二次开发环境、人机界面、造型系统数据库系统：Oracle、Sybase、Foxpro……网络协议：TCP/IP、SPX/IPX操作系统：Windows2000/XP、UNIX、Linux硬件平台：网络设备、计算机、绘图机、打印机、显示器…..1.3.1CAD/CAM系统的硬件

主机输入设备键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪外存储器U盘、磁带、光盘、硬盘图形显示器NC机床、机器人通信接口网卡、modem等网络设备输出设备打印机、绘图仪、快速原型机数字化仪

绘图机快速原型制造设备快速成型设备制作的产品包括系统软件、支撑软件、应用软件。◆系统软件：

MicrosoftWindows2000/XPUnixMacintosh1.3.2CAD/CAM系统的软件

◆支撑软件高级语言编译系统有限元分析软件

CAE实例说明

左图下面的零件采用传统注塑方法，但出现翘曲，注塑后需要有后续加工纠正这些缺陷；上图采用气体辅助注塑，改善了零件的质量。对传统注塑方法的分析采用CAE分析注塑件的应力分布，可见在整个塑件上应力分布不均，这必然造成零件在成形后产生翘曲。对气体辅助注塑的分析采用气体辅助注塑的结果可用CAE方法进行分析。由图上应力分布看，比传统注塑的应力分布得到较好的改善。

将零件设置为透明，可以看到零件内部交叉形状的气体路径对零件应力分布的影响。真实图形生成系统真实感图形例子---消隐处理、光源处理、渲染工程数据库管理系统

Oracle

SQLserver

FoxProSybase数据接口标准

IGES、DXF、STEP等数据交换标准。以保证在不同的CAD/CAM系统中完成的文档可以互相调用。

◆应用软件AutoCADPCCADCAXAPro/EI-DEASUGCATIASolidWorks品牌生产厂家网址MasterCAMCNCＳＯＦＴWAREhttp://UGUGS（美）http://PRO/EPTC（美）http://Cimatroncimatron

（以色列）http://CAMWORKSteksofthttp://catiadassanlt

（法）http://autocadautodesk

（美）http://Solidworkssolidworks

（美）http://caxacaxa

（中）http://零件装配及爆炸图例子复杂产品的数控加工例子

如图所示的鼠标模型，如果该模具重复制造。则只有采用CAD/CAM技术方能保证在形状上的一致性和精度。计算机网络的优点信息快速传输处理计算机资源共享协同工作、分布处理1.3.3计算机网络

拓扑结构和网络协议总线型结构星型结构HUB总线节点节点环型结构网状结构混合结构HUBHUBHUB节点节点节点总线网络协议网络模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

TCP/IP网络工作模式服务器PCPCPCPCPCPC客户机/服务器（C/S）系统网络客户机/服务器（C/S）系统浏览器/服务器（B/S）系统浏览器客户程序Web服务器应用服务器其他服务数据库Internet课堂练习某单位从事机械产品设计及新产品开发工作，试为其设计一套适用于中、小型产品开发的CAD/CAM系统，要求如下：

1.绘出系统网络图；2.简述各部分在系统中的主要作用；3.为该系统配置系统软件、支撑软件和应用软件1．根据要求，可采用局域网络结构，由一服务器通过集线器连接若干PC工作站，如下图所示。2.各组成部分的主要作用：服务器：安装CAD/CAM软件系统。集线器：连接服务器、PC工作站和互连网。工作站：完成设计任务。打印机：文档输出。绘图机：图纸输出3.系统主要软件：

系统软件：Windows2000支撑软件：数据库：Oracle、Sybase、Foxpro……；编程工具：ＶＣ＋＋６.０应用软件：AUTOCAD2000用于二维绘图；Pro/E2000i用于三维建模和数控编程。1.4CAD/CAM技术的发展和贡献

1962年美国MIT的I.E.Sutherland

发表题为：《SKETCHPAD－人机对话系统》的文章，被国际上公认为是计算机图形学领域的第一篇具有重要价值的文章。

CAD/CAM技术在近50年发展过程中大致经历了三个阶段：（1）单元技术的发展和应用阶段60－70年代大规模集成电路技术的发展使计算机应用进入实用阶段；计算机图形学的发展，出现了三维线框造型、曲面造型和70年代末的实体造型技术；应用方面主要是计算机绘图、有限元分析和数控编程等单元技术；应用特点是图形交换能力差、数据结构不统一。（2）集成化应用阶段超级微型计算机的出现及32位图形工作站的发展；几何造型技术日趋成熟，成为CAD/CAM软件的核心功能模块；图形交换接口的定义；基于图形工作站的网络系统；计算机数控CNC技术的发展。（3）面向产品并行制造环境的虚拟设计制造阶段CAD/CAM技术从单一零件设计制造向着面向产品的并行制造环境CAPE（ConcurrentArttoProductEnvironment)发展；面向工程的参数设计和特征技术的发展；产品设计制造中的三维与二维变量相关；产品数据管理PDM技术（ProductDataManagement)。贡献

随着CAD/CAM技术的应用日益广泛和深入，它对科学技术和工业发展的贡献也就越来越显著、巨大。这是因为CAD/CAM技术推动了几乎一切领域的设计革命。

CAD/CAM技术从根本上改变了传统的手工作业，以及用图纸为介质驱动生产全过程的技术管理模式。将真实世界的物体转变成数字化模型，以统一数字化产品模型驱动产品生命全过程。趋势设计思想参数化设计平台微机化应用模式集成化设计过程智能化应用手段网络化设计模型实体化、可视化设计方法并行化设计技术标准化并行工程（CE)CEConcurrentEngineering是现代制造业组织产品设计和生产的一种哲理。CE是在CAD/CAM技术基础上的管理模式，提倡群体协同工作（TeamWork）。CE使得产品设计的问题及时解决，从而降低成本，縮短了产品开发周期。模型设计模具设计分析工艺设计制造时间T模型设计模具设计分析工艺设计制造传统过程并行工程CE例子---缩短模具生产周期虚拟新产品开发CAD/CAM技术为