第六章三维几何造型技术

第六章三维几何造型技术第一页，共十七页，2022年，8月28日第一章概述1.1CAD/CAM的概念1.2功能与任务1.3发展概况及应用

第二页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1CAD/CAM的概念1.1.1CAD/CAM1.1.2设计制造过程1.1.3CAD/CAM过程1.1.4辅助不是自动化1.1.5几个相关名词第三页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.1CAD/CAM1、CAD

CAD（ComputerAidedDesign）利用计算机在信息管理、分析、计算、绘图等方面具有快速、可靠的特点，以计算机作为辅助工具，帮助设计人员做好设计工作的现代设计方法学。2、CAM

CAM

（ComputerAidedManufacturing）以计算机作为辅助工具或融于生产装备，管理生产、促进生产的先进制造技术和方法学。

3、CAD/CAM

设计和制造是一个关于产品信息的产生、处理、交换和管理的过程。人们利用计算机作为主要技术手段，对产品从构思到投放市场的整个过程中的信息进行分析和处理，生成和运用各种数字和图形信息，以加速和完善设计制造过程技术方法。第四页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.2设计制造过程

结论设计和制造是一个非常复杂的过程，在设计制造过程中应用计算机技术，是非常必要的，迫切的和有可能性的。第五页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.3CAD/CAM过程1、基本过程

常分设计、制造两部分；设计制造加工；可能有非顺序过程2、强调交互

整个过程是交互过程；人起重要作用；第六页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.4辅助不是自动化1、80年代的幻想2、CIMS的反思自动化生产单元集成——自动化厂迅速反映、信息共享柔性协调生产的哲理

结论辅助强调计算机是工具；自动化是软件设计的长期目标，当前不现实。第七页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.1CAD/CAM的概念

1.1.5几个相关名词1、CAPP2、CIMS3、CE4、FEMFEM：有限元方法（FiniteElementMethod)把连续体划分成有限个离散的、相互关联的单元，通过对离散单元分析求解连续体问题的方法。5、PDMPDM：产品数据管理系统（ProductDataManagement)对产品的设计、制造、生产、销售等各方面的信息进行全生命周期管理的系统（或方法）。第八页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.2功能与任务

1.2功能与任务1.2.1基础功能1.2.2基本功能1.2.3其它常见功能第九页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.2功能与任务

1.2.1基础功能1、交互功能交互功能（即人机接口）在CAD／CAM系统中，人机接口是用户与系统连接的桥梁。友好的用户界面，是保证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。

2、显示功能显示功能造型、编辑、修改的结果必须能及时方便的告诉用户，这个功能要由图形显示来完成。

3、输入输出功能输入输出功能输入：设计的要求、各步骤的具体数据等；输出：设计结果、系统处理结果控制信号（例如图形数据、文本、字符、控制数据等）4、存储功能存储功能大量输入输出数据、中间结果、分析逻辑（程序）需要存储说明：上述四项功能是交互性应用软件的四个基础功能。

第十页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.2功能与任务

1.2.2基本功能1、工程绘图

绘图是基本功能之一，包括基本图元的生成，标注尺寸，图形的编辑（比例变换、平移、图形拷贝、图形删除等）以及显示控制、附加技术条件等功能，保证生成合乎生产实际要求，也符合国家标准的机械图。2、造型功能造型也是CAD/CAM的最基本功能产品设计构思需要造型；分析仿真需要造型；制造、装配需要造型；修改、检验需要造型。3、CAPP计算机辅助工艺设计

设计的目的是为了加工制造，而工艺设计是为产品的加工制造提供指导性的文件。因此，CAPP是CAD与CAM的中间环节。集成系统一般有该功能。4、NC编程NC编程功能数控机床要用专门的加工语言（APT）来操纵，编程复杂。目前较好的CAD/CAM系统都具有NC编程能力。说明：这4项功能是一般常见CAD/CAM系统的基本功能。第十一页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.2功能与任务

1.2.3其它常见功能1、结构分析

结构分析常用有限元法用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性；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。2、优化设计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、工艺参数的优化等

3、模拟仿真模拟仿真功能通过软件使三维工程设计模型按设计要求进行运动，以观察设计效果或模拟机床加工来检验工艺规程或NC程序设计的合理性

4、数据管理数据管理功能产品数据管理：为各设计、制造和管理的环节提供统一数据库（PDM子系统）。内部数据管理：

为软件各模块提供数据库5、计算分析计算分析功能根据产品几何形状，计算出相应的体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量等几何特性和物理特性、为系统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。说明：上述5项功能是CAD/CAM应用软件的5个常见的基本扩展功能。

第十二页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.3发展与应用

1.3发展与应用1.3.1发展历程1.3.2应用现状1.3.3发展趋势第十三页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.3发展与应用

1、50年代前孕育CAD方面1、1950年美国麻省理工学院（MIT）在它研制的名为旋风的计算机上采用了阴极射线管（CRT）做成的图形终端，并能被动地显示图形2、50年代后半期出现了光笔，由此开始了交互式计算机图形学的研究。3、1958美国Calcomp公司用数字记录仪改制出滚筒绘图仪；GerBer公司用数控机床改制出平板绘图仪

CAM方面1、JohnT.Parson开发了第一台数控机床，翻开了制造业的新篇章(1948年)。

2、在50年代初期，美国开始了数控自动编程技术－－APT语言的研究。2、60年代形成1.3.1发展历程1、1962年美国学者IvanSutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，它能在屏幕上进行图形设计与修改。其博士论文中首次提出计算机图形学和CAD的名词。2、多家公司（IBM公司的CAD/CAM系统，通用汽车的DAC—1，1洛克希德飞机公司的CADAM系统等）研究开发了CAD/CAM系统3、半导体及集成电路技术的发展及应用，使数控系统更紧凑和更实用化，加快了数控机床普及的速度。集成电路问世(1960年)；第一台工业机器人获专利登记(1961年)。第十四页，共十七页，2022年，8月28日1.概述

1.3发展与应用

1、50年代前孕育2、60年代形成3、7、80年代发展1、16位小型机系统、交钥匙工程；2、实体造型软件出现；3、工程分析软件（FEM、CAPP、CAQ等）的成熟；4、光栅扫描显示器、PC系统等硬件的发展；CAD/CAM发展，工业界应用4、90年代标准、集成和网络化标准化：图形接口标准：CGI标准，GKS等；图形交换标准：IGES（InitialGraphicsExchangeSpecifiction）标准，STEP（StandardforExchangeofProductModelData）标准

集成化：出现了许多集成化软件：UGS公司——UG；达索(Dassault)公司—CATIA；由SDRC公司──I-DEAS；PTC公司的Pro/E；

网络化：随Internet的出现，支持网络，资源共享；90年代后期出现虚拟制造、敏捷制造；1.3.1发展历程