第1章 CADCAM概述(新)

1、2021年11月20日1第1章 概述 1.1 CAD/CAM的基本概念的基本概念 1.2 CAD/CAM技术技术的应用和发展历程的应用和发展历程 1.3 CAD/CAM技术的学习方法技术的学习方法 2021年11月20日2CAD/CAM的基本概念的基本概念 人工设计方式不可避免地存在着以下的不足之处： (1) 难以实现优化设计。 (2) 设计周期长。 (3) 材料消耗大。2021年11月20日3 机械产品的CAD系统应能完成以下工作：零件的几何建模设计、部件的装配设计、零件图及部件装配图设计、零件的有限元分析、各台微机之间的零部件数据(包括图形)交换等。具体说，其主要功能如下： 2021年11

2、月20日4(1) 造型功能；(2) 二维图形与三维图形的相互转换功能；(3) 参数化设计功能；(4) 图形处理功能；(5) 三维运动机构的分析和仿真功能；(6) 物体质量特征计算功能；(7) 有限元分析功能； (8) 数据处理与数据交换功能。 2021年11月20日5 机械产品的CAM系统应能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容。具体地说，应具备以下几方面功能： 2021年11月20日6 (1) 系统应可以建立二维和三维刀具路径； (2) 系统应能实现多种加工方法； (3) 系统应能实现刀具路径的编辑和修改； (4) 系统应具备刀具数据库和材料数

3、据库，系统应能自动生成进给速度和主轴转速； (5) 系统有内置的防碰撞和防过切功能； (6) 系统应能人工调整任何机加工缺省值(如进给速度、主轴转速等)； (7) 系统应能对加工过程进行模拟，并可以估算加工时间。 2021年11月20日7CAD/CAM技术原理广义的CAD/CAM技术：是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程及与之直接或间接相关的活动。狭义的CAD/CAM技术：指利用CAD/CAM系统进行产品的造型、计算分析和数控程序的编程。CAD/CAM与制造模式传统的设计与制造方式：以技术人员为中心先进制造技术：以CAD/CAM技术为核心 以计算机为中心2021年11月20日8C

4、AD/CAM集成的概念集成的概念 CAD/CAM集成的作用： (1) 有利于系统各子系统之间的资源共享，提高了系统运行效率，降低了系统成本； (2) 避免了CAD系统与CAM系统之间的信息传递误差，特别是人为的传递误差，从而提高了产品的质量； (3) 有利于各子系统实现并行作业，缩短产品上市周期，提高产品质量和企业的市场竞争力； (4) 有利于实现面向制造的设计(Design for Manufacturing，简称DFM)和面向装配的设计(Design for Assembly，简称DFA)，降低成本，提高产品竞争力； (5) 有利于敏捷制造等先进制造模式的实施，扩大企业的市场机遇。 202

5、1年11月20日9 对于CAD/CAM集成系统来说，应具备以下三个基本特征： (1) 数据共享： (2) 系统集成化： (3) 开放性： 2021年11月20日10 CADCAM系统的集成就是把CAD、CAM、CAE、CAPP、NCP(数控编程)以及PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来用统一的执行机制来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，以保证系统内的信息的畅通。也就是说：它是将产品设计、生产管理、质量控制等有机地集成在一起。2021年11月20日11CAD/CAM的生存环境操作系统、计算机网络、数据管理平台（PDM）、集成制造环境（CIMS）CAD/CAM系统的工作过

6、程2021年11月20日122021年11月20日13CAD/CAM的发展历程 1952-1955：MIT 伺服机构实验室完成数控铣床研究 D. T. Ross, 计算机辅助制造开端2021年11月20日14 美国麻省理工学院的DTRoss研制了在通用计算机上运行的自动编程工具APT(Automatically Programmed Tools)NC语言系统，应用这种语言通过对刀具轨迹的描述，就可以自动实现计算机辅助编制NC加工程序。 1 9 5 8年 ， 人 们 成功研制了自动换刀 镗铣加工中心(Machining Center，简称MC)，使得在一次装夹中能完成多工序的集中加工，提高了NC

7、机床的加工效率和加工质量。 2021年11月20日15 50年代中期：US Air Forces SAGE（地面防空系统） MIT Lincoln Laboratory 最早使用光笔2021年11月20日161962年，S. A. Coons发表：An outline of the requirements for the computer Aided Design计算机辅助设计需求纲要 设计者使用 CRT显示器与光笔操作从概念设计、生产设计以及制造均采用计算机辅助仅仅是设想了计算机辅助设计的形式2021年11月20日1760年代初期，Ivan Sutherland，SKETCHPAD（画板）

8、光笔实现人机交互，定位图形元素工程图轮廓、尺寸等的分层表示交互式图形学与计算机辅助设计的基础2021年11月20日18 1962年，第一台工业机器人诞生，实现了物流搬运柔性自动化；第一台通用计算机集中控制多台数控机床的实现，降低了数控装置的制造成本，提高了工作可靠性。 2021年11月20日191967年，英国莫林公司建造了第一条计算机集中控制的自动化制造系统，包括6台加工中心和一条自动运输线，用计算机编制程序、作业计划和报表。 美国辛辛那提公司研制出了类似系统，于20世纪70年代初期定名为柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称FMS)。 2021年11

9、月20日20 20世纪70年代中期，由于微处理机(大规模集成电路)的出现，计算机的性能成倍提高，体积及成本大大下降，从而促进了柔性制造技术迅猛发展，各种微机数控(Computerized Numerical Control，简称CNC)技术获得了广泛的应用。 2021年11月20日21Sutherland在1968左右发明了HMD，Head Mounted Display，即头盔显示器 VR应用2021年11月20日221959，DAC-1（Design Automated by Computer ）, 第一个commercial（商业） CAD 系统，由IBM为General Motors开

10、发Dr. Patrick J. Hanratty 于1957 开发了第一个commercial numerical-control programming system被称为：“the Father of CAD/CAM ” 2021年11月20日231963年，Stanford Research Institute的Doug Englebart 发明鼠标2021年11月20日24 In 1960 McDonnell Douglas Automation Company (McAuto) 的CADD 是最早的 CAD程序 可以显示2D与3D的线条In 1969 Computervision成立

11、，第一个商用 CAD system 卖给了 Xerox 公司 （施乐） 1969年，Xerox PARC研究中心 成立 ，GUI（Graphic user interface)诞生2021年11月20日25Windows 1995 Apple Macintosh 1984 Xerox Star, 1981 GUI GUI 发展的几个主要产品发展的几个主要产品2021年11月20日26 1969年，Bell Labs 建立第一个帧缓存framebuffer (3 bits) 1969年，SIGGRAPH（美国计算机绘图专业组） 成立 (began as special interest comm

12、ittee in 1967 by Sam Matsa and Andy vanDam) 1969年，ARPANET（美国国防部网络） 诞生 1970年，法国Renault（雷诺） 公司的Pierre Bezier提出一种全新的数学方法，用于构造汽车自由曲面。由他领导研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系统，从1972年起应用于汽车外形打样和模具加工，为计算机辅助几何设计CAGD研究方向奠定了基础和发展方向。2021年11月20日27美国的洛克希德公司从1974年起向市场推出了CADAM系统，成为70年代中至80年代末国际上最流行的第一代IBM主机版交互绘图系统麦道公司从1976年

13、起开发Unigraphics系统，简称UG，目前属于EDS公司（1975年建立）法国 Dassault 公司1975年花一百万美元买下了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍，同时又发展Bezier曲面造型方法，自主开发了CATIA飞机外形设计和数控加工系统。2021年11月20日2860年代中期到70年代中期，是CAD/CAM技术趋于成熟的阶段 此时的CAD技术价格极其昂贵，曾几何时，在国内租用一套CATIA的年租金即需1520万美元 2021年11月20日29基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探索，SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软

14、件I-DEAS。由于实体造型技术 能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。 2021年11月20日30通用实体造型平台Parasolid与Acis均出自剑桥大学Ian Braid于1973年的博士论文他和导师Charles Lang，以及同窗Alan Grayer都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一幢小住宅楼，创办了Shape Data公司，并于1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。1981年美国E&S公司买下Shape Data，着手开发第二代产品Parasolid,1988年并入UG2021年11

15、月20日311986年美国Spatial Technology公司再次找到Ian Braid等合作，开发了ACISACI是Alan Grayer，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（实体）的字首ACIS于1989年上市由于它的技术性能好，很多CAD厂商都用它替换了自己产品中的原有模块,包括Autodesk公司的MDT等2021年11月20日32进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种参数化实体造型方法主要具有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改Parametric Technology Corp. 最早推出T-

16、FLEX1989年，PRO/Engineer的第一个版本80年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度下降，大大推动了中小企业对CAD技术的应用2021年11月20日33SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术变量化技术，作为今后的开发方向。经三年时间，投资一亿多美元，将软件全部重新改写，于1993年推出全新体系结构的 I-DEAS Master Series 软件在早期出现的大型CAD软件中，这是唯一一家在90年代将软件彻底重写的厂家。2021年11月20日34组件式开发的典型例子：SolidWorks利用PARASOLID作为实体几何建模器D-Cu

17、bed公司的DCM作为尺寸约束管理器Lightwork Design公司的Lightworks作为带真实感的浓淡处理器Microsoft的Foundation Class作为其基于Windows应用的接口开发工具其他如有限元分析模块2021年11月20日35微机平台CAD系统：Autodesk公司16个人于1982年合办John Walker：PC运行的$1000以内的CAD软件 第一版的AutoCAD 基于1981年由Mike Riddle 写的名为MicroCAD的软件（Interact）AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群MDT、Inventor三维

18、设计 2021年11月20日36其它微机平台CAD系统Bentley：MicrostationSolidworksDassaultSolidedge EDSCimatron：以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统IronCAD创新式协同设计 韩道暘先生 2021年11月20日37CAD/CAE/CAM的发展历程开发大型CAD/CAE/CAM系统的瓶颈：1、开发费用；2、政府支持；3、军方支持；4、技术力量。2021年11月20日38几家大型的CAD/CAM公司及其支持厂商：软件名称背后财团国籍CADAM洛克希德(Lochhe

19、ed)公司USACALMA通用电气(GE)公司USACV波音(Boeing)公司USAI-DEAS美国国家航空及宇航局(NASA)USAUG麦道(MD)公司USACATIA达索(Dassault)公司法国2021年11月20日39几家大型的CAD/CAM公司及其支持厂商：其他的公司：2021年11月20日40CAD/CAE/CAM的发展历程80年代是CAD/CAM技术迅速发展的时期 80年代 CIMS（计算机集成制造系统） CE（并行工程 ）2021年11月20日41 CAD/CAE/CAM技术的现状 为了适应CIMS及CE发展的需要， CAD/CAE/CAM 正向集成化和智能化方向发展。 1、在集成化方面，以开发符合STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data）标准的参数化特征造型系统为主，目前已进行了大量卓有成效的工作，是国内外开发的热点； 2、在智能化方面，工作刚刚