福建工程学院第一章-CAD-CAM技术概述

CAD/CAM技术的根本概念CAD/CAE/CAM技术的开展CAD/CAE/CAM系统的功能CAD/CAE/CAM技术在材料成形中的应用第一章CAD/CAM技术概论

0§1-1CAD/CAM的根本概念一、现代制造业的主要特征上海通用车身焊接车间1.更高的效率1§1-1CAD/CAM的根本概念一、现代制造业的主要特征微型齿轮2.更精密的加工2§1-1CAD/CAM的根本概念传统制造概念现代制造概念一、现代制造业的主要特征3.更长产业链3二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念4二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念初步设计工程分析生产准备详细设计制图工艺设计NC编程制造加工装配检验产品机器人编程CAPPCAM狭义CAD/CAM广义CAD广义CAM广义CAD/CAMCAECADCAD5二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念6二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念对CAD概念的误解7二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念8二、CAD/CAM根本概念§1-1CAD/CAM的根本概念产品模型的唯一性得到保证—唯一CAM直接到CAD信息进行加工—直接图形化交互应用—直观系统紧凑，在表示方法上冗余小—紧凑91.初始准备阶段(20世纪50年代)2.研制试验阶段(20世纪60年代至70年代)3.技术商品化阶段(20世纪70年代末至80年代中期)4.高速开展阶段(20世纪80年代中期至90年代初期)5.全面普及阶段(20世纪90年代至今)一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展101.初始准备阶段1950年，在美国麻省理工学院(MIT)的旋风Ⅰ号(WhirlwindⅠ)计算机上配置了第一台图形显示器。1958年美国Calcomp公司研制了滚筒式绘图仪，GerBer公司研制了平板绘图仪。

1959年12月，在MIT召开的CAD规划会议上，明确提出了CAD的概念。一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展112.研制试验阶段1960年，美国MIT林肯实验室的博士研究生IvanSutherland发表的博士论文“Sketchpad——人机交互的图形系统〞。1964年秋IBM公司着手开发交互图形终端的第一代产品IBM2250。从60年代末起，出现最早的CAD/CAM系统(DAC-I汽车计算机辅助设计系统、CADAM、CADD)。一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展123.技术商品化阶段1977年，法国达索飞机公司成立的一个开发部门，开发出了三维曲面造型系统CATIA。1979年，SDRC公司推出了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件I-DEAS。这一阶段的CAD/CAM系统经历了从传统三维线框系统及二维绘图系统到三维实体造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析和仿真的集成应用。一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展134.高速开展阶段1982年4月，JohnWalker创立了Autodesk公司，Autodesk公司是CAD开展史上的一个成功经典。1985年，KeithBentley成立了BentleySystems公司，开发了基于PC的CAD系统MicroStation。同年，MicroControl公司成立，推出第一个基于PC的三维CAD产品Cadkey。1985年，PTC公司成立，开始研制参数化设计软件Pro/ENGINEER。一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展145.全面普及阶段到1997年，全球CAD/CAM市场前5位的排名是：PTC、DassaultSystemes、EDS/Unigraphics、SDRC和Autodesk。如今，国际上面向制造业的CAD产品已经被兼并成四大谱系：IBM/Dassault、EDS/Unigraphics、PTC和Autodesk。一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展15我国CAD技术开展相对于CAD技术在世界范围内的蓬勃开展，国内研究起步较晚。20世纪70年代初，企业和高校联合开始研究计算几何的数学理论、工程图的绘制方法及布局、布线的算法。“八五〞期间，全国重点工科院校根本上进行了CAD的根底教育“九五〞期间，“甩图板〞工程启动，让众多的中国企业认识到了使用CAD的必要性“十五〞期间，制订了“用信息化带开工业自动化〞的指导方针，提倡大力开展CAD/CAE/CAM的集成技术“十一五〞期间，重点是信息化、正版化工作一、CAD技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展161.CAE的起源 CAE的理论根底起源于20世纪40年代。1943年数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解St.Venant扭转问题，提出了有限元的概念。1963～1964年Besseling、Melos和Jones等人证明了有限元法是基于变分原理的里兹法的另一种形式，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。近20年来，有限元法的应用范围不断扩大，已由简单的弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题。二、CAE技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展172.CAE的开展20世纪60年代，世界三大CAE软件公司MSC、SDRC和ANSYS先后成立，并开始研发大型通用CAE软件。20世纪70～80年代是CAE技术的蓬勃开展时期，这一期间许多CAE软件公司相继成立(MARC、MDI、CSAR、ADIND)20世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期。CAD技术的开展为CAE的推广应用打下了坚实的根底。同时，CAE软件也在积极扩展本身的功能。二、CAE技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展181.数控机床的诞生 1952年研制成功第一台数控铣床2数控编程的自动化 1955年，实现用APT语言完成自动数控编程3.集中加工的实现 1958年，研制成功镗铣加工中心4.机器人的出现 1962年，诞生第一台工业机器人〔用于物流搬运〕5.柔性制造系统的研制 1967年，建造第一条计算机集中控制的自动化制造系统〔FMS〕6.图形编程系统的应用 1970年代后期，出现交互式图形编程系统三、CAM技术的开展§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展19四、CAD/CAE/CAM技术的集成§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展随着CAD、CAE、CAM技术的飞速开展，CAD、CAE、CAM技术的集成成为必然开展趋势。西方兴旺国家一直处于领跑地位。UG、Pro/ENGINEER、CADDS、C-Mold、DEFORM、MF、Euclid-IS及MAGMASOFT等都已商品化，得到了广泛应用。我国也有一批从事CAD/CAE/CAM集成技术研究和应用的科技人才。CAXA系统、注塑模HSC系统及CAE软件、冷冲模CAD系统等等，能够为企业提供产品设计、三维造型、成形工艺分析与模具设计、NC编程等全方位的技术支持。20标准化〔跨系统数据交换〕网络化〔实现动态联盟制造体系〕开放性〔提供二次开发接口〕集成化〔强调信息、技术、管理的集成〕可视化〔融文字、语音、图像、动画于一体〕绿色化〔对产品全生命周期的管理〕五、CAD/CAE/CAM技术展望§1-2CAD/CAE/CAM技术的开展21一、CAD系统功能§1-3CAD/CAE/CAM系统的功能1．造型功能用数字化图形信息表达设计方案。2．优化功能CAD是辅助设计，不只是辅助绘图，可利用系统进行分析，到达最优效果。3．综合评价功能便于观察产品内部的结构和信息，以评价设计方案。4．信息交换功能CAD与CAD之间数据交换，CAD与CAE、CAM系统之间进行数据交换。221.建模依靠外部CAD系统建模在CAE系统内建模2.工程分析有限元分析

机构分析公差分析3.模拟仿真二、CAE系统功能§1-3CAD/CAE/CAM系统的功能23目录返回PDM数控编程集成管理CAQCCAPP过程控制CAM功能三、CAM系统功能§1-3CAD/CAE/CAM系统的功能24四、CAD/CAM系统的工作流程作业方案〔物料采购方案、制造资源添置方案、生产加工方案等〕检验与评价产品性能要求方案设计NC编程加工工艺设计详细设计工程分析建立产品模型评价能力综合平衡工程数据库刀具库切削用量库参数化图库标准与标准件库全局与局部数据管理其它NC代码零部件库工艺库库存管理库制造资源库制造知识与规划库方案设计专家系统几何造型系统有限元分析系统二维交互图形系统三维设计系统工艺设计系统数控编程系统设备控制质量控制进度控制本钱控制修改NYNY生产运行控制§1-3CAD/CAE/CAM系统的功能25§1-4CAD/CAE/CAM技术在材料成形中的应用铸造焊接锻造冲压注塑材料成型…CAD技术应用：三维工艺设计、模具设计、二次开发专用设计系统。CAE技术应用：成型过程数值模拟、温度场分析、应力分析等。CAM技术应用：