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引言绪论

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主要内容主要内容 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 CAD/CAMCAD/CAM系统软硬件技术基础系统软硬件技术基础 第三章第三章 工程数据处理技术工程数据处理技术 第四章第四章 计算机图形处理技术计算机图形处理技术 第五章第五章 CAD/CAMCAD/CAM建模技术建模技术 第六章第六章 CADCAD技术应用技术应用 第七章第七章 计算机辅助数控加工计算机辅助数控加工 第八章第八章CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术 计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造(CAD/CAMCAD/CAM)技术是随着计算 机和数字化信息技术发展而形成的新技术,具有知识密集、 学科交叉、综合性强等特点,是目前世界科技领域的前沿课 题,被美国工程科学院评为当代做出最杰出贡献最杰出贡献的十大工程 技术之一。 CAD/CAM技术广泛应用于机械、电子、航空、航天、 汽车、船舶、纺织、轻工及建筑等各个领域,是数字化、信 息化制造技术的基础,其应用水平已成为衡量一个国家技术 发展水平及工业现代化的重要标志。 CAD/CAM技术的推广应用不仅为制造业带来了巨大的 社会效益和经济效益,而且已逐渐从一门新兴技术发展成为 规模庞大的高新技术产业。 CAD/CAM技术的应用人才需求正不断增加,学习和掌 握CAD/CAM的原理、方法与技术,适应形势的发展和社会 的需要是现代技术人员的基本要求。 计算机辅助设计与制造 本章本章 学学习习习习目目标标标标 • • 学学习习习习CAD/CAMCAD/CAM技技术产术产术产术产 生生发发发发展展过过过过程程 • • 了解了解CAD/CAMCAD/CAM技技术应术应术应术应 用用领领领领域和域和发发发发展前景展前景 • • 熟悉熟悉CAD/CAMCAD/CAM系系统统统统基本功能基本功能 • • 理解理解CAD/CAMCAD/CAM系系统统统统工作工作过过过过程程 • • 掌握掌握CAD/CAMCAD/CAM基本概念基本概念 重点:重点:CAD/CAMCAD/CAM的概念的概念 计算机辅助设计与制造 1. CAD/CAM技术的发展(Ⅱ) KMCAD 摩托车曲轴箱体柔性加工生产线 计算机辅助设计与制造 2. CAD/CAM的基本概念 • • CADCAD • • CAPPCAPP • • CAMCAM • • CAD/CAMCAD/CAM集成集成 计算机辅助设计与制造 计算机辅助设计 (Computer Aided Design,CADCAD) 指工程技术人员以计算机为指工程技术人员以计算机为 工具完成产品设计,达到提高工具完成产品设计,达到提高 产品设计质量、缩短产品开发产品设计质量、缩短产品开发 周期、降低产品成本这一过程周期、降低产品成本这一过程 的各项工作的各项工作,,包括包括设计设计 、工程分、工程分 析、仿真、析、仿真、绘图绘图 、、编编撰技撰技术术文档文档 …… 完备的CAD系统包括: 图形系统、科学计算图形系统、科学计算 和工程数据库工程数据库… 计算机辅助设计与制造 KMCAPP 计算机辅助工艺过程设计 (Computer Aided Process Planning, CAPPCAPP) 指工艺人员借助计算机,根据产品设计结果和产品制造 工艺要求,交互或自动地确定产品加工方法和方案的设计, 包括毛坯选择 、加工方法选择 、工序设计 、工艺路线制定… InteCAPP 计算机辅助设计与制造 计算机辅助制造 (Computer Aided Manufacturing,CAMCAM) 计算机辅助制造有广义广义和狭义狭义两种定义: • 广广义义义义CAM CAM 指借助计算机完成从生产准 备到产品制造出来的过程中的各项活 动,包括工艺过 程设计 (CAPP)、工 装设计 、计算机辅助数控加工编程、 生产作业计 划、制造过程控制、质量 检测 与分析… • 狭狭义义义义CAM CAM 通常指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、后置处理及NC代码生成… 计算机辅助设计与制造 I-DEAS CAD/CAM集成 CAD/CAM集成实质:在CAD、CAPP、CAM各模块之间 形成相互信息的自动传递和转化 集成化的 CAD/CAM系统借助公共的工 程数据库、网络通信技术以及标准化格式 的中性文件接口把分散的CAD/CAM 高效 集成,实现软、硬件 资源共享,保证系统 内信息的畅通。 计算机辅助设计与制造 3. CAD/CAM的基本功能 • 交互功能 • 图图形显显示功能 • 存储储功能 • 输输入输输出功能 计算机辅助设计与制造 交互功能 人机接口是人机接口是CAD/CAMCAD/CAM 系系统统统统中用中用户户户户与系与系统连统连统连统连 接接 的的桥桥桥桥梁梁 友好的用户界面, 是用户直接而有效 地完成复杂设计任 务的必要条件 除软件中界面设计外,还必须 有交互设备实现人与计算机之 间的不断通信 计算机辅助设计与制造 图形显示功能 CAD/CAM是一个人机交 互的过程,从产品的造型、 构思、方案的确定,结构分 析到加工过程的仿真,系统 随时保证用户能够观 察、修 改中间结 果,实时编辑处 理 用户的每一次操作都要能从 显示器上及时得到反馈,直到 取得最佳的设计结果。 图形显示功能不仅能够对二 维平面图形进行显示控制,还 应当包含三维实体的处理 计算机辅助设计与制造 存储功能 为了保证系统正常的运行,CAD/CAM系统必须配置容量 较大的存储设备 ,支持数据在模块运行时的正确流通; 其次,工程数据库系统的运行也必须有存贮空间的保障 CAD/CAM系统运行时,数 据量很大,有很多算法往往 生成大量的中间数据,尤其 是对图形的操作、交互式的 设计以及结构分析中的网格 划分等。 IBM737 Magnetic core storage unit 计算机辅助设计与制造 输入输出功能 CAD/CAM系统运行中,用户需不断地将有关设计 的要求、各步骤的具体数据等输入计算机内,通过 计算机的处理,能够输出系统处理的结果 输入输出的信 息既可以是数 值的,也可以 是非数值的, 如图形数据、 文本… 计算机辅助设计与制造 4. CAD/CAM的主要任务 •几何建模 •工程绘图绘图 •计计算分析 •优优化设计设计 •有限元分析 •计计算机辅辅助工艺规艺规 程设计设计 •数控编编程 •动态动态 仿真 •计计算机辅辅助测试测试 技术术 •工程数据管理 计算机辅助设计与制造 几何建模 描述基本几何描述基本几何实实实实体(体(如大小如大小)及)及实实实实体体间间间间的关系(如几何的关系(如几何 信息),信息),进进进进行行图图图图形形图图图图像的技像的技术处术处术处术处 理理。 几何建模技术 是CAD/CAM系 统的核心,为 产品设计、制 造提供基本数 据和原始信息 计算机辅助设计与制造 工程绘图 CAD/CAM系统有处处理二维维 图图形的能力,包括基本图元的 生成,标注尺寸,图形编辑 ( 比例变换 、平移、拷贝、删除 等) CAD系统的重要环节,产品最终结果的表达方式 系统还应具备从几何造型的 三维图形直接向二维图形转换转换 的功能 计算机辅助设计与制造 计算分析 计算分析对象包括几何特征(如体积、表面积、质量 、重心位置、转动惯 量…)和物理特征(如应力、 温度 、位移…) 低压冷涡轮叶片结构分析 要求CAD/CAM系统对各 类计算分析的算法正确、全 面,且有较高的计算精度 油井压缩机头部封 盖失效的原因分析 计算机辅助设计与制造 优化设计 CAD/CAM系统应 具有优化 求解的功能,也就是在某些条 件的限制下,使产品或工程设 计中的预定指标达到最优。 优化设计包括: 总体方案的优化 产品零件结构的优化 工艺参数的优化 … 优化设计是现代设计方法学中的重要的组成部分 计算机辅助设计与制造 有限元分析 CAD/CAM 系统 结构分析中的常用 方法是有限元法, 这是一种数值近似 解方法,用来解决 结构形状比较复杂 零件的静态、动态 特性计算,强度、 振动、热变 形、磁 场、温度场强度、 应力分布状态等计 算分析。 计算机辅助设计与制造 计算机辅助工艺规程设计 设计设计 的目的是的目的是为为了加工制造,而了加工制造,而工工艺设计艺设计艺设计艺设计 是是为产为产为产为产 品的加品的加 工制造提供指工制造提供指导导导导性的文件性的文件,是,是CADCAD与与CAMCAM的中的中间环节间环节 CAPP根据建模生成的产品 信息及制造要求,人机交互 或自动决策出加工该产品所 采用的加工方法、加工步骤 、加工设备及加工参数 CAPP设计结果一方面生成工 艺卡片文件被生产实际应用 ,一方面直接输出信息,为 CAM中的NCNC自动编程系统自动编程系统 接收、识别,直接转换为刀 位文件 计算机辅助设计与制造 数控编程 分析零件图和 制订出零件的数 控加工方案后, 采用专门 的数控 加工语言(例如 APT语言),提 供数控机床各种 运动和操作的全 部信息 数控编程基本步骤通常包括: üü 编程编程 手工或计算机辅助编程,生成源程序 üü 前处理前处理 编译源程序,求出刀位文件 üü 后处理后处理 将刀位文件转换成零件的数控加工程序 计算机辅助设计与制造 动态仿真 l l 模模拟拟拟拟:根据设计 要求,建立 一个工程设计 的实际 系统模 型,例:机构、机械手… l l 仿真仿真:通过对 系统模型的试 验运行,研究一个存在(或 设计 中)的系统,通常有加 工轨迹仿真,机构运动学仿 真,机器人仿真,工件、机 床、刀具、夹具的碰撞、干 涉检验 … 目的:预测产品性能,模拟 产品制造过程、可制 造性,避免损坏,减 少制造投资 计算机辅助设计与制造 计算机辅助测试技术 计算机辅助测试 技 术结 合计算机技术、 测量技术、信号处理及 现代控制理论形成了一 门新兴综 合性学科 模具检测 逆向工程 管件测量 计算机辅助设计与制造 工程数据管理 CAD/CAM系统统数据 量大、种类类繁多,因此 CAD/CAM系统应统应 提供 有效的管理手段,支持 工程设计设计 与制造全过过程 的信息传输传输 与交换换 随着并行作业业方式的 推广应应用,还还存在着几 个设计设计 者或工作小组组之 间间的信息交换问题换问题 ,因 此CAD/CAM 系统应统应 具 备备良好的信息传输传输 管理 功能和信息交换换功能 计算机辅助设计与制造 5. CAD/CAM技术的应用 计算机辅助设计与制造 5. CAD/CAM技术的应用 •将设计 人员从大量繁琐的重复劳动 中解放出来,减少 设计 、计算、制图、制表所需的时间 ,缩短了设计设计设计设计 周周 期期,提高了产品的质质质质量,量,有利于发挥设计 人员创创创创造性造性 •借助计算机辅助分析技术,可从多方案中进行分析、 比较、选出最佳方案,实现设计 方案的优优优优化化 •有利于实现产 品的标标标标准化、通用化和系列化准化、通用化和系列化 •促进先进生产设备 的应用, 在较大范围内适应加工 对象的变化,提高生产过 程自动化水平,有利于企业 提高应变应变应变应变 能力能力和市场竞 争力 • CAD/CAM的一体化,可以实现 信息集成,使产品的 设计 、制造过程形成一个有机的整体有机的整体,在经济 上、技 术上给企业带 来综合效益 优优 越越 性性
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