先进制造技术课件 第3章计算机辅助设计与制造技术

先进制造技术第3章计算机辅助设计与制造技术3.13.23.3计算机辅助设计（CAD）技术计算机辅助工艺过程设计（CAPP）计算机辅助制造（CAM）技术CONTENTS目录3.4CAD/CAM集成技术3.1计算机辅助设计（CAD）技术辅助设计技术（CAD）3.1.1CAD的基本功能CAD计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。1现代设计技术2先进制造工艺5先进制造生产模式及系统功能研究对象4现代生产管理技术3加工自动化技术辅助设计技术（CAD）图3-1CAD设计3.1.1CAD的基本功能辅助设计技术（CAD）1.CAD系统的软件类型1)系统软件（与硬件的操作系统环境相关）2)支撑软件（指各种工具软件）3)应用软件（指以支撑软件为基础的各种面向工程应用软件）3.1.2CAD系统的类型图3-3CAD软件的层次结构辅助设计技术（CAD）3.1.2CAD系统的类型CAD系统常以其硬件（计算机、外围设备、网络等）组成分类：CAD系统可分为大中型机系统、小型机系统、工作站和微型机系统。根据主机和工作站之间的配置情况，CAD系统可分为:独立配置系统、集中式系统和分布式系统。2.CAD系统的配置类型3.1.3几何建模技术1.几何建模过程计算机辅助绘图：指利用计算机和相应的图形软件辅助设计人员绘制二维工程图。计算机辅助绘图有以下4种方法：1）人机交互方式绘图；2）参数化绘图；3）利用图形库辅助绘图；4）利用实体造型绘图。辅助设计技术（CAD）3.1.3几何建模技术1.几何建模过程建模：对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，到完成它的计算机内部表示的这一过程。几何建模：对产品形状信息的处理表达。几何建模方法：即物体的描述和表达是建立在几何信息和拓扑信息处理基础上的。辅助设计技术（CAD）3.1.3几何建模技术2.几何建模方法模型可以是2维、2.5维、3维模型可将三维几何建模分为三种类型：1）线框（线素）几何模型2）表面（面素）几何模型3）实体几何模型3.1.4三维实体造型方法辅助设计技术（CAD）特征造型（FeatureModelling）：基于产品定义的一种新的造型技术，与实体造型相比，它不仅包含了物体的几何信息与拓扑信息，还包含了物体与制造工艺相关的信息。特征（Feature）：具有一定工程意义的几何形面或几何形体。三维实体造型方法的主要内容是特征建模。常用的特征信息：1）形状特征；2）精度特征；3）技术特征；4）材料特征；5）装配特征。按几何形状的构造特点可分为：通道、凹陷、凸起、过渡、面域，变形。按特征在设计中所起的作用可分为：1）基本类；2）附加类；3）交特征类；4）总体形状类；5）宏类。辅助设计技术（CAD）1）其着眼于更好地表达产品完整的技术和生产管理信息，为了建立产品的集中信息服务。2）设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。3）它能更好的将产品的设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到反馈意见。特征造型具有如下特点：3.1.4三维实体造型方法3.2计算机辅助工艺过程设计（CAPP）3.2.1CAPP系统的功能及结构组成1.CAPP系统的功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：是应用计算机快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动生成工艺文件的过程。CAPP系统的功能：输入设计信息；选择工艺路线；决定工序、机床、刀具；决定切削用量；估算工时与成本；输出工艺文件和刀具轨迹文件等。辅助工艺过程设计（CAPP）3.2.1CAPP系统的功能及结构组成2.CAPP系统的结构组成辅助工艺过程设计（CAPP）CAPP系统的五大组成模块：零件信息获取、工艺决策、工艺数据库/知识库、人机界面和工艺文件管理/输出。零件信息库工艺决策工艺文件管理与输出零件信息获取CAD系统人机交互界面工艺数据库知识库工艺文件库3.3计算机辅助制造（CAM）技术3.3.1CAM的功能1.直接应用功能CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）：计算机通过接口直接与物流系统连接，用以控制、监视、协调物流过程，它包括物流运行控制、生产控制和质量控制。

物流运行控制是根据生产作业计划的生产进度信息控制物料的流动。输入设计信息；选择工艺路线；决定工序、机床、刀具；决定切削用量；估算工时与成本；输出工艺文件和刀具轨迹文件等。

生产控制是指在生产过程中，随时收集和记录物流的数据，当发现偏离作业计划时，即予以协调和控制。质量控制是指通过现场检测随时记录现场数据，当发现偏离或即将偏离预质量指标时，向工序作业级发出命令，予以校正。辅助制造技术（CAM）3.3.1CAM的功能2.间接应用功能CAPP其本质是用计算机模拟人工编制工艺规程的方法编制文件。计算机辅助数控程序编制是指根据CAPP所指定的工艺路线和所选定的数控机床，用计算机编制数控机床的加工程序。计算机辅助工装设计包括夹具、刀具的设计与制造，这也是工艺准备工作中的重要内容。计算机辅助编制作业计划是指当生产计划确定了在规定期内应生产的零件品种、数量、和时间之后，用计算机根据数据库中人员、设备、资源的情况以及生产计划和工艺设计的数据，编制出详细的生产计划。辅助制造技术（CAM）3.3.2机床数控技术

（1）机床数控系统的组成及功能原理CNC机床数控系统由数控装置、PLC、进给伺服驱动装置、主轴伺服驱动装置、输入输出接口，以及机床控制面板和人机界面等部分组成。1.机床数控系统（2）数控系统的硬件结构1）单CPU结构。2）多CPU结构。3）基于PC微机的CNC系统。辅助制造技术（CAM）3.3.2机床数控技术

1.机床数控系统（3）数控系统的软件组成

CNC系统的软件结构由一个主控模块与若干功能模块组成。

主控模块为用户提供一个友好的系统操作界面，在此界面下系统的各种功能模块以菜单的形式被调用。主控模块非实时管理类模块实时控制类模块参数输入程序编辑系统设置显示处理系统诊断系统通信PLC逻辑控制程序译码刀具补偿速度处理运动插补数据采集伺服驱动辅助制造技术（CAM）3.3.2机床数控技术

2.数控加工编程技术（1）数控加工编程的一般步骤1）工艺处理2）数值计算3）编制零件加工程序单4）输入数控程序5）程序校验（2）计算机辅助数控加工编程1）数控语言自动编程2）CAD/CAM系统数控编程（3）数控编程系统的进展1）面向车间的编程2）数字化扫描编程辅助制造技术（CAM）3.3.2机床数控技术

2.数控加工编程技术辅助制造技术（CAM）3.3.2机床数控技术

3.机床数控技术发展趋势（1）性能发展方面1）高速高精高效化2）柔性化3）工艺复合化和多轴化4）实时智能化（2）功能发展方面1）用户界面图象化2）科学计算可视化3）插补和补偿方式多样化4）内置高性能5）多媒体技术应用（3）体系结构的发展1）集成化2）模块化3）网络化4）开发式病患控制模式辅助制造技术（CAM）3.4CAD/CAM集成技术3.4.1CAD/CAM集成技术的产生与发展CAD/CAM(ComputerAidedDesign／ComputerAidedManufacturing)，即计算机辅助设计与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术，应用场合：在电子、机械、航空、航天、轻工等领域得到了广泛的应用。CAD技术与CAM、CAE等技术的集成形成了广义的CAD/CAM系统。CAD/CAM系统的构建实现了信息集成和功能集成，CIMS（计算机集成制造系统）则是更高层次的集成。（CAD/CAM）集成技术3.4.2CAD/CAM系统集成方式1.CAD/CAM的基本概念CAD：指工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。CAD的功能：即几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。CAM：指应用电子计算机来进行产品制造的统称。狭义CAM：指在制造过程中的某个环节应用到计算机辅助技术（即数控加工）。广义CAM：利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等。CAD/CAM系统：把计算机辅助设计和计算机辅助制造集成在一起。CAD/CAE/CAM系统：把计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程集成在一起。（CAD/CAM）集成技术3.4.3CAD/CAM系统集成的关键技术2.CAD/CAM系统的组成硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统则由系统软件、应用软件、专业软件组成。3.4.2CAD/CAM系统集成方式

CAD/CAM系统的集成就是按照产品设计和制造的实际进程，在计算机内实现各应用程序所需的信息处理和交换，形成连续的、协调的和科学的信息流。（CAD/CAM）集成技术1.产品建模技术一个完善的产品设计模型是CAD/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAM系统中共享数据的核心。2.集成数据管理技术CAD/CAM系统应建立能处理复杂数据的工程数据处理环境，避免数据文件和格式的转