《CAD CAM技术》-CAD CAM技术第二章

2.1CAD/CAM系统的组成CAD/CAM系统是由硬件、软件和设计者组成的人机一体化系统。硬件是CAD/CAM系统运行的基础，主要包括计算机主机、计算机外部设备以及网络通信设备等具有有形物质的设备。软件是CAD/CAM系统的核心，包括操作系统、各种支撑软件和应用软件等。返回2.2CAD/CAM系统的硬件2.2.1CAD/CAM系统的硬件设备CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络互联设备以及生产系统设备等几部分组成。为完成CAD/CAM系统的功能，其硬件系统应满足如下的要求:(1)图形处理功能强大(2)外存储容量大(3)人机交互功能友好方便(4)通信联网功能良好下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件(1)计算机主机计算机主机是CAD/CAM系统的硬件核心，主要由中央处理器(CPU)、内存储器，以及输入/输出(I/0)接口组成。内存储器是CPU可以直接访问的存储单元，用于存储常驻的控制程序、用户指令和准备接收处理的数据。CPU是计算机的心脏，通常由控制器和运算器组成。衡量计算机主机性能的重要指标是速度，主机的速度指标通常以MIPS或MFLOPS为单位进行评价。字节长度也是评价计算机性能的重要指标。计算机有单处理器结构和多处理器结构之分。按照主机功能等级的不同，可将计算机分为大中型机、小型机、工程工作站及微型计算机等不同档次。上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件(2)外存储器CAD/CAM系统除了在主机上拥有内存储器之外，还必须配置有较大容量的外存储器。外存储器不能直接被CPU访问，通常用于存储CPU暂时不用的程序和数据。CAD/CAM系统的大量应用程序库、图形库、数据库以及用户设计结果均存储于外存储器中。当CPU需要使用外存储器中的信息时，需要将这些信息调入内存储器以接受CPU处理。内存储器中暂时不用的程序和数据则放回到外存储器，以便腾出内存空间调入待运行的程序和数据。目前，常见的外存储器有磁带、磁盘、光盘和U盘等类型。①磁带。磁带的存储容量大，单位存储单元的价格比其他存储器的低。②磁盘。磁盘分为硬盘和软盘。上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件③光盘。光盘是利用激光技术进行信息读写的一种先进的外存储设备。④U盘。U盘是采用闪存(FlashMemory)存储技术的移动存储设备，是一种应用在PC领域新型的通用串行接口(USB)技术，具有小巧便于携带、存储容量大、价格便宜等特点。(3)输入设备CAD/CAM系统常用的输入设备有键盘、鼠标、图形扫描仪等。①键盘。键盘是计算机最经典的输入设备。②鼠标。鼠标是一种手动输入的屏幕指示装置，它通过控制光标在屏幕上的位置来输入所需的图形和字符，或激活屏幕菜单进行CAD/CAM作业。③图形扫描仪。图形扫描仪是通过光电阅读装置，将所扫描的图形信上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件息转化为数字信息进行输入的一种图形输入设备。④三坐标测量设备。三坐标测量设备主要包括三坐标测量仪、激光三维扫描仪等。⑤数据手套。数据手套是随着虚拟现实技术发展起来的一种输入设备，也是虚拟现实系统中最常用的输入设备。(4)输出设备CAD/CAM系统常用的输出设备有图形显示器、打印机和绘图仪等。①图形显示器。图形显示器是将计算机计算处理的中间或最终结果用图形和文字的形式显示出来，以供设计者观察或浏览之用。②打印机。图形显示器显示的CAD/CAM输出信息不能长期保存，必须借助于打印机或绘图机等硬件设备将设计结果输出，以作为技术文上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件档长期保存。③绘图机。绘图机是一种高速、高精度的图形输出装置，它可将CAD/CAM系统已完成的结构设计图形绘制到图纸上，以便在生产中使用和交流。④立体显示器。在使用虚拟现实技术的CAD/CAM系统中，立体显示器可提供逼真的三维视觉，使用户尽可能地沉浸在虚拟环境中。、⑤三维打印机。三维打印机采用材料累加成形原理，由CAD数据直接控制打印机x,y,z三个轴的运动，可用激光束或其他方法将材料堆积而快速形成所设计产品的原型，它为新产品开发提供了一个理想的产品原型输出设备。(5)网络互联设备上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件①网络适配器。它是物理上连接计算机网络的硬件设备，在计算机管理下，按某种约定协议，将计算机内信息保存的格式与网络线缆发送或接收的格式进行双向变换(一般是借助共享内存，在系统内存和网卡内存之间进行数据信息交换)，控制信息传递及网络通信。②传输介质。屏蔽双绞线由两股彼此隔绝、绞在一起的高质量铜质线构成，绞线外面有绝缘层，这种双绞线信号辐射小，具有较高的特性阻抗，对干扰和串音有一定的抵抗力。③调制解调器(MODEM)。调制解调器适用于将数字信号转变成模拟信号或把模拟信号转换为数字信号，是利用电话线拨号上网的接口设备。(6)生产系统设备上一页下一页返回2.2CAD/CAM系统的硬件2.2.2CAD/CAM系统硬件设备的选用原则CAD/CAM系统硬件选择不仅要适应CAD/CAM技术发展水平，而且要满足它服务的对象，应以使用目的和用户所具有的条件(包括经费、人员技术水平等)为前提，以制造商提供的性能指标为依据，以性能价格比及其适用程度为基本出发点，综合考虑各方面因素加以决策。具体应考虑以下几个方面。①系统功能。②系统的开放性与可移植性。③系统升级扩展能力。④良好的性能价格比。⑤系统的可靠性、可维护性与服务质量。上一页返回2.3CAD/CAM系统的软件CAD/CAM系统是按照程序和数据进行工作的，这些程序、数据及相关的文档就是软件。计算机软件是指控制CAD/CAM系统运行，并能使计算机发挥最大功效的计算机程序、数据及相关文档资料等的总和。在CAD/CAM系统中，根据CAD/CAM系统中执行的任务及服务对象的不同，可分为系统软件、支撑软件及专业性应用软件三类。它们之间的层次关系如图2-5所示2.3.1系统软件系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及对计算机程序的翻译和执行。系统软件具有两个特点:一个是通用性，不同领域的用户都需要并使用它们，即多机通用和多用户通用;另一个是基础性，即系统软件是支撑软件和应用软件的基础，应用软件要借助于系统软下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件件编制与实现。系统软件首先是为用户使用计算机提供一个清晰、简洁、易于使用的友好界面;其次是尽可能使计算机系统中的各种资源得到充分而合理的应用。系统软件主要包括操作系统、计算机语言编译系统和图形接口标准、网络通信及其管理三大部分。(1)计算机操作系统计算机操作系统是计算机的软件核心，负责计算机系统内所有软、硬件资源的监控和调度，使其协调一致、高效地运行，用户只有通过操作系统才能控制和操纵计算机。计算机操作系统的最基本功能有:①CPU管理，将计算机CPU工作时间合理地分配给各种作业和进程;②内存管理，负责计算机内存的分配，并设法解决有限的内存容量与上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件程序大、执行程序多的矛盾;③输入/输出管理，统一管理计算机外存储器及各类外部设备，使计算机主机与这些设备之间协调有效地工作;④文件管理，在外存储器上建立、存储、删除和检索各种不同的文件。常见的操作系统有DO凡Windows、UNIX、OS/2、Linux等。(2)计算机语言编译系统和图形接口标准计算机语言编译系统是将用计算机高级语言编写的程序，翻译转换成计算机能够直接执行的机器指令的软件程序。(3)通信及其管理软件随着计算机网络技术的发展与广泛应用，大多数CAD/CAM系统应用了网络通信技术，用户共享网内全部硬软件资源。网络通信及其管理上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件软件主要包括网络协议、网络资源管理、网络任务管理、网络安全管理、通信浏览工具等内容。2.3.2支撑软件支撑软件是在CAD/CAM系统软件基础上开发的满足共性需要的CAD/CAM通用性软件，一般是由商业化软件公司提供。从软件功能特征角度划分，CAD/CAM系统支撑软件可分为单一功能型和集成型两大类。1.单一功能型支撑软件单一功能型支撑软件仅支持CAD/CAM系统单一的作业过程，如二维绘图、三维造型、工程分析计算、数据库管理等。这类软件任务单一、专业性处理能力强，是综合集成型软件不能比拟的。单一功能型支撑上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件软件主要有以下几类。(1)二维绘图软件(2)三维设计CAD系统(3)工程分析软件(4)数控编程系统(5)虚拟现实软件工具2.集成型麦撑软件综合集成型CAD/CAM支撑软件一般由下列功能模块组成。(1)CAD部分主要功能包括:①参数化特征造型，在基本三维线框模型、曲面模型和实体模型几何上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件造型功能基础上，融合了参数化造型、特征造型以及混合造型等先进的建模技术。②工程图绘制，在友好的人机交互图形界面下完成单个零件或装配图的绘制和文档的编制，也可以通过三维造型所生成的产品三维数据模型，自动生成产品的二维工程图和局部剖视图。③产品装配，实现从零件到部件或产品总成的三维装配，可由下至上进行产品的装配设计，也可根据产品的结构，实现由总装、部件到零件的自上而下的装配设计过程，可进行装配体的干涉检查，生成产品的装配树，建立完整的产品结构信息模型。(2)CAE部分主要功能包括:上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件①有限元分析模块，根据产品的几何模型，自动划分有限元网格，设置约束和载荷，进行有限元计算分析，将计算分析结果以等值线图、色谱图、应力一应变图等各种后置处理形式进行输出。②运动机构仿真分析模块，根据机构的装配结构，求出各构件的重心、质量、惯性矩等物性，设定各构件的运动规律和参数，对各类运动机构进行仿真计算，并用三维真实感图形显示机构的运动状态，检查运动干涉现象。③优化设计模块，通过改变技术要求或结构参数，完成优化过程，快速自动地进行优化设计，通过多次设计迭代得到最佳的设计结果。(3)CAM部分主要功能包括:上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件①数控加工编程模块，可对车削、钻削、2~5轴的铣削、电火花、等离子加工等加工方法进行数控编程，设定加工刀具和工艺参数，计算切削时间，生成各种加工方法的刀具轨迹文件(CL-DATA)。②数控加工后置处理模块，根据CL-DATA文件生成特定数控机床的数控程序。③切削加工检验模块，应用仿真技术检查分析加工刀具轨迹，检测欠切和过切现象以及刀具与夹具和机床部件的干涉碰撞现象。(4)用户开发工具目前常见的CAD/CAM系统都为用户提供了二次开发编程语言(UPL)和高级语言的开发接口，提供了良好的二次开发工具。上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件2.3.3应用软件应用软件是在系统软件和支撑软件基础上，针对专门应用领域的需要而研制的CAD/CAM软件系统。CAD/CAM应用软件的技术开发是发挥已有硬件和软件系统效益的关键，也是CAD/CAM工作者的主要任务。2.3.4CAD/CAM系统软件的选用原则选择CAD/CAM软件除了考虑性价比外，还要考虑以下因素。(1)系统功能与能力配置(2)软件性能价格比上一页下一页返回2.3CAD/CAM系统的软件(3)与硬件匹配性(4)二次开发能力与环境(5)开放性(6)可靠性上一页返回2.4CAD/CAM系统的选型对于一个CAD/CAM系统来说，其功能的强弱，不仅与组成该系统的硬件和软件的性能有关，而且与它们之间的配置有关。在具体选择和配置CAD/CAM系统时，应考虑以下几个方面的问题。①根据企业的特点、规模和发展口标等因素，确定应具有的系统功能。②从整个产品生命周期中各个阶段的工作要求出发，考核拟选用的系统各模块的功能。再根据性能价格比，选择合适的硬件与软件环境。③软件的性能选择应优于硬件。④硬件应符合国际工业标准，且具有良好的开放性。⑤整个软硬件系统应运行可靠、维护简单、性能价格比高。⑥有效的使用管理系统，并使其发挥应有的作用，为企业创造良好的效益。返回2.5常见CAD/CAM软件系统1.Pro/EngineerPro/Engineer是美国PTC的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。2.UGNXUGNX(原名:Unigraphics)是一个由西门子UGSPLM软件开发，集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。3.CATIACATIA是法国DassaultSystem公司的CAD/CAE/CAM一体化软件。4.I-DEASI-DEAS是美国UGS子公司SDRC公司开发的CAD/CAM软件。5.SolidWorksSolidWorks是美国SolidWorks公司的产品，1997年，被法国达索公下一页返回2.5常见CAD/CAM软件系统司(DassaultSystemes收购。SolidWorks是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。6.AutoCAD及InventorAuto