第5章-CAD相关技术

第5章CAD相关技术，5.1CAPP技术5.2计算机辅助制造(CAM )技术5.3CAD/CAPP/CAM集成系统的重要技术5.4快速原型技术5.5虚拟现实技术5.6虚拟设计/虚拟安装技术5.7科学计算机可视化， 5.1CAPP技术CAPP (computeraidedprocessplanning )计算机辅助工艺设计利用计算机来制定零件加工工艺，将空白加工成图纸所要求的零件。 这是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批次等)，计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。 CAPP系统的功能，CAPP是应用计算机快速处理信息的功能和具有各种决策功能的软件自动生成过程文件的过程。 CAPP系统一般向工艺文件和CAM输出零件加工所需的设备、工装、切削参数、安装参数、反映了零件切削工艺的刀具路径文件等，所述工艺文件估计输入设计信息的功能和工艺路线、决定工序、机床、刀具来决定切削量的工时和成本CAPP系统的结构结构、CAPP系统的种类很多，其基本结构主要被分为五个结构模块，即部件信息的获取、过程决策、过程数据库/知识库、人机界面和过程文件的管理/输出(未图示)。 CAPP系统的构成、CAPP系统的类型及其工作原理、CAPP系统是根据企业级、产品类型、生产组织状况、流程基础和资源条件等各种因素开发应用的，不同的系统有不同的工作原理，目前常用的CAPP系统1 )派生式CAPP系统派生式CAPP系统基于分组技术，根据部件结构和工艺的相似性，用分类代码系统将部件分成几个部件加工族，为各族的部件制作最合适的加工方案，制作典型的工艺规程，以文件形式用计算机2 )创建式CAPP系统创建式CAPP系统是一种能综合部件的加工信息，为新部件自动创建工艺规程的系统。 3 )综合式CAPP系统综合式CAPP系统也被称为半创建式CAPP系统，它综合了派生式CAPP和创建式CAPP的方法和原理，用派生与自动决定相结合的方法生成工艺规程. CAPP系统的基础技术，1 )分组技术利用事物的相似性， 将类似问题分组编码，寻求解决这种问题的比较统一的最优方案，节省时间和劳力，取得所希望的经济效益。 零件的分类和编码是分组技术的两个基本概念。 根据部件的特征对部件进行分组的过程是分类。给部件加代码是代码。 在零件设计中，许多零件具有类似的形状，所以可以组合成设计族，要设计新零件，必须修改现有同族的典型零件。 对于加工来说，同族部件要求类似的工艺，因此，可以制造同族部件来制造加工单元，各加工单元只考虑类似的部件，能够使生产计划的工作及其控制变得容易。 2 )部件信息的记述和输入部件信息的记述和输入是CAPP系统运营的基础和依据。 零件信息包括零件名称、工程图编号、材料、形状和尺寸、加工精度、表面质量、热处理和其他技术要求。 3 )工艺设计决策机制工艺设计方案决策主要包括工艺决策、工艺决策、工艺决策、工艺参数确定等内容。 其中，过程设计中的决策最复杂，是CAPP系统的核心部分。 不同类型的CAPP系统的形成主要通过过程流产生的确定方法来确定。 为了确保过程设计是全局最佳的，系统总是整合上述内容，进行综合分析、动态优化和交叉设计。 4 )技术知识的获得和表现技术设计根据各企业的设计者、资料条件、技术水平和技术习惯而变化。为了流程设计能在企业中广泛有效地应用，必须根据企业的具体情况，总结出适合本企业零部件加工典型流程决策的方法，根据开发的CAPP系统的要求，以不同的形式表现这些经验和决策逻辑。 5 )建立工艺数据库的CAPP系统需要机床参数、刀具参数、夹具参数、测量工具参数、材料、加工馀量、标准公差、工时定额等各种信息。 5.2计算机辅助制造(CAM )技术，计算机辅助制造(CAM，ComputerAidedManufacturing )是指从产品设计到加工制造的所有生产准备活动，包括CAPP、数控编程、工时分配的计算、生产计划的制定、资源需求计划的随着技术的发展，CAPP已经成为专业的子系统，但是工时定额的计算、生产计划的制定、资源需求计划的制定分MRP/ERP系统完成，CAM的概念有时可以进一步缩小为NC编程的同义词。 本节仅介绍有关NC编程的内容。 数控机床、数控机床采用计算机，是一种数控高效、自动加工的机床。 数控机床一般由加工程序和信息媒体、数控装置、伺服驱动系统、机床主体、辅助装置及其他附属设备构成。 数控机床的构成、数控机床的分类、控制系统分类分为点控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。 点控制数控机床的特征是NC系统把机床的移动零件从一个位置(点)正确移动到另一个位置(点)，在移动中不进行切削加工。 为了保证定位的正确性，根据其运动速度和定位精度的要求，可以采用多级减速处理。 积分数控系统结构简单，价格也便宜。 点直线控制NC机床的特征在于，NC系统不仅控制两个相关点之间的距离，而且还控制两个相关点之间的移动速度和轨迹，这样的系统一般控制轴数为23轴，同时只有一个控制轴。 轮廓控制NC机床的特征在于，NC系统能够同时连续控制两个以上的坐标轴，从而不仅在加工时控制起点和终点，还控制加工中的各点的速度和位置，即控制移动轨迹，使机床能够加工符合图案要求的复杂形状的零件根据伺服系统的特点，可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。 开环控制数控机床是初期数控机床通用的伺服驱动系统，其控制系统没有反馈检测装置，没有构成反馈控制电路，伺服驱动器通常采用步进电机和电液脉冲电机。 闭环控制NC机床的特征是，其控制系统通过在机床的移动部件上安装直线位移检测装置，将机床工作台组装到反馈电路中，因此被称为闭环控制系统，该闭环控制系统的特征是定位精度高调节速度快，但机床工作台惯性大，影响系统稳定性，同时调整、维护困难，系统复杂，成本高，只能用高精度的机床。 半闭合控制NC机床的特点是，将测量元件从工作台移动到丝杠副端或伺服电机轴端，构成半闭合伺服驱动系统。 该半闭环控制系统的特点是调试方便，稳定性高，系统的控制精度和机床定位精度比开环系统高，比闭环系统低。 目前，大多数数控机床广泛采用该半闭环控制系统。 按加工方式分类，可分为金属切削数控机床、金属形成类数控机床、特殊加工数控机床和其他类型的机床。金属切削数控机床，如数控车床、加工中心、数控钻床、数控铣床等金属形成类的数控机床，如数控弯曲机、数控压力机等特殊加工数控机床，如数控线切割机、数控线切割机、数控激光机床等其他类型的机床按照功能水平分为低级经济数控系统、中级数控系统和高级数控系统三种。 低级经济数控通常由单板机、单片机和步进电机组成，是指功能较简单、廉价的控制系统，主要用于车床、线切割机、旧机床改造等。 此类系统的伺服驱动系统采用开环伺服系统。联动轴数一般为2轴，最多显示为3轴的数字或简单的CRT (阴极射线管)文字显示的主芯片的CPU多为8位芯片。 中级数控系统又称标准数控系统，是数控机床、加工中心使用最多的数控系统。 这种系统的伺服驱动系统采用半闭环直流或交流伺服系统，联动轴数为24轴的文字，有图像的CRT显示系统主芯片的CPU是16位芯片多的RS-232和DNC (directnumericalcont 包括接口、内置PLC (programmablelogiccontroller )的辅助功能控制等。 高级数控系统是一种高精度、高功能的数控机床系统。 这种系统伺服驱动系统采用半闭环或闭环的直流或交流伺服系统，连动轴数为35轴的显示除了中速系统的功能以外， 能够进行三维图形显示的主芯片CPU在采用32位芯片的通信功能中，除了RS-232和DNC接口之外，还有搭载map (manufacturingautomationprotocol )通信接口的系统，也有网络数控机床的坐标系统统一规定了数控机床的坐标轴和运动方向，简化程序编制工作，保证记录数据的兼容性，还能保证数控机床的运行、操作和程序编制的一贯性。 数控加工程序编制零件数控加工程序的编制是数控加工的基础，也是CAD/CAM系统的重要模块之一。 数控机床问世以来，数控加工编程方法经历了手工编程、数控语言自动编程、图形交互编程、CAD/CAM集成系统编程的几个发展时期。 目前，使用CAD/CAM系统的数控编程已成为数控机床加工编程的主流。 NC加工程序的编制、手动编程(1)的手动编程内容和步骤NC加工的手动编程，一般分为以下步骤：过程程序员首先详细分析零件的图纸和技术要求，明确加工的内容和要求。 并确定加工方案、加工工艺、加工路线、加工夹具的设计、工具的选择、合理的切削使用量等。 数值计算根据零件的几何形状、加工路径、数控系统的状况，计算加工几何要素的起点、终点、圆弧中心等坐标点，计算刀具运动轨迹。 制作零件加工程序根据零件的工艺分析和数值计算的结果，按照数控机床使用的指令代码制作零件加工NC程序。输入数控程序，用控制面板上的一只手将零件加工的数控程序输入数控系统，或者通过磁盘读入，或者通过RS-232接口将数控程序输入数控系统。 旧的数控机床需要把数控程序做成穿孔纸带，从机床附带的光电阅读器读入机床的数控系统。 尝试修改零件的加工顺序是否正确，通常尝试验证。 目前市场上提供的高级数控系统一般具有切削加工模拟功能，可以用数控系统的监控器模拟加工情况，如果发现错误，可以立即修改加工程序。 人工编程效率低，错误率高，不能用于复杂零件的加工编程，所以已被其他先进的编程方法所取代。、CAD/CAM系统自动编程、NC语言自动编程中存在的主要问题是图形支持不足，除了编程过程不直观外，被加工零件的轮廓用几何定义句描述，编程工作量大。 随着CAD/CAM技术的成熟和计算机图形处理能力的提高，直接利用CAD模块生成的几何图形，采用交互方式，在计算机画面上指定被加工部位，输入相应的加工参数，计算机就会自动进行必要的数学处理，n 利用这种CAD/CAM软件系统进行NC加工的编程方法，与NC语言的自动编程相比，具有速度快、精度高、直觉性好、易用性、容易检查等优点，实现CAD/CAM系统的集成目前市场上著名的工作站型CAD/CAM软件系统，如UG、Pro/E、I-DEAS、CATIA等具有较强的数控加工编程功能。 这些软件系统除了具有通常的交互定义、编辑修改功能外，还能支持各种复杂的三维型面的加工。CAD/CAM系统的数控编程程序、CAD/CAPP/CAM集成系统的重要技术、特征造型技术特征是为在80年代中期、后期表现产品完整信息而提出的新概念。 这是与零件说明相关的一系列信息的集合。 零件的特征记述了与那个设计和制造等相关的信息。 特征记述的产品信息模型具有形态、材料、功能、规则等内容。 特征一般可分为形状和精度特征、管理特征、材料特征和组件特征。的两类。 特征关系是CAD/CAPP/CAM系统，应该创建特征库，该特征库包含关于机械部件的一般特征(例如孔、轴、槽等)的各种基本特征的许多描述。 特征对象的各特征是特征类的示例，并且被称为实现特征。 各特征间、特征类与特征间、以及特征类之间存在各种各样的关系，为了特征建模和说明的方便，将特征间的关系分类如下：1)邻接关系邻接关系反映了主形状特征的空间相互位置关系。 2 )所属关系特征对象与所属特征类的关系。 3 )引用关系记述特征类间作为关联属性相互引用的关系。 引用关系主要存在对形状特征和精度特征、材料特征等的引用，在这种情况下，形状特征是其他引用的非形状特征的载体。 4 )附属关系在一方的辅助特征从属于一方的主特征或另一方的辅助特征时构成附属关系。 特征建模方法、特征建模方法分为交互式特征定义、基于特征识别和特征设计三种。 1 )利用交互式特征定义系统构建的几何模型由用户直接通过图形交互拾取，定义特征几何所需的几何要素，并将特征参数和精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。 此方法的自动化程度难以共享产品数据，在输入信息时容易发生错误。 2 )特征识别将几何模型与预先定义的特征进行比较，确定特征的具体种类和其他信息的方法很难，但目前复杂零件的特征识别还很难解决。 3 )基于特征的设计方法使用特征直接创建产品模型，而不是事后识别特征。 用户设计时，直接在特征中定义零件几何，实例化在特征库中预定义的特征，以上一个示例中的特征作为基本单元来创建特征模型。 只有采用基于特征的设计，用特征集定义零件，完全表达设计意图，才能提供完整的产品信息。 CAD、CAPP共享一个模型，分别取得必要的信息，实现系统集成。产品数据交换技术随着信息技术在企业中的应用，为了满足数据信息可以在不同的系统和企业间交换和共享的多种异种系统的整合，必须充分发挥用户应用的效果，支持可靠的数据交换技术1.DXF文件的图形数据交换方式D