第六章三维几何造型技术优秀课件.ppt

第六章三维几何造型技术第1页，本讲稿共17页第一章第一章 概概 述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念1.2 1.2 功能与任务功能与任务1.3 1.3 发展概况及应用发展概况及应用第2页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念1.1.1 CAD/CAM1.1.1 CAD/CAM1.1.2 1.1.2 设计制造过程设计制造过程1.1.3 CAD/CAM1.1.3 CAD/CAM过程过程1.1.4 1.1.4 辅助不是自动化辅助不是自动化1.1.5 1.1.5 几个相关名词几个相关名词第3页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1.1 CAD/CAM1.1.1 CAD/CAM1、CAD CAD（Computer Aided Design）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、CAMCAM（Computer Aided Manufacturing）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4页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1.2 1.1.2 设计制造过程设计制造过程 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5页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1.3 CAD/CAM1.1.3 CAD/CAM过程过程1、基本过程、基本过程 常分设计、制造两部分；常分设计、制造两部分；设计设计制造制造加工；加工；可能有非顺序过程可能有非顺序过程2、强调交互、强调交互 整个过程是交互过程；整个过程是交互过程；人起重要作用人起重要作用；第6页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1.4 1.1.4 辅助不是自动化辅助不是自动化1、80年代的幻想年代的幻想2、CIMS的反思的反思自自动动化化生生产产单单元元集集成成自动化厂自动化厂迅迅速速反反映映、信信息息共共享享柔柔性协调生产的哲理性协调生产的哲理 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7页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM1.1 CAD/CAM的概念的概念的概念的概念1.1.5 1.1.5 几个相关名词几个相关名词1、CAPP2、CIMS3、CE4、FEMFEMFEM：有限元方法：有限元方法（Finite Element Method Finite Element Method)把连续体划分成有限个离散的、把连续体划分成有限个离散的、把连续体划分成有限个离散的、把连续体划分成有限个离散的、相互关联的单元，通过对离散相互关联的单元，通过对离散相互关联的单元，通过对离散相互关联的单元，通过对离散单元分析求解连续体问题的方单元分析求解连续体问题的方单元分析求解连续体问题的方单元分析求解连续体问题的方法。法。法。法。5、PDMPDMPDM：产品数据管理系统：产品数据管理系统（Product Data Product Data Management Management)对产品的设计、制造、生产、对产品的设计、制造、生产、销售等各方面的信息进行全销售等各方面的信息进行全生命周期管理的系统（或方生命周期管理的系统（或方法）。法）。第8页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.2 1.2 1.2 1.2 功能与任务功能与任务功能与任务功能与任务1.2 1.2 功能与任务功能与任务1.2.1 1.2.1 基础功能基础功能1.2.2 1.2.2 基本功能基本功能1.2.3 1.2.3 其它常见功能其它常见功能第9页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.2 1.2 1.2 1.2 功能与任务功能与任务功能与任务功能与任务1.2.1 1.2.1 基础功能基础功能1、交互功能、交互功能交互功能（即人机接口）在在CADCADCAMCAM系系统统中中，人人机机接接口口是是用用户户与与系系统统连连接接的的桥桥梁梁。友友好好的的用用户户界界面面，是是保保证证用用户户直直接接而而有有效效地地完完成成复复杂杂设设计计任任务务的的必必要要条条件件，除除软软件件中中界界面面设设计计外外，还还必必须须有有交交互互设设备备实实现现人人与与计计算算机机之之间间的的不不断断通信。通信。2、显示功能、显示功能显示功能显示功能造造型型、编编辑辑、修修改改的的结结果果必必须须能能及及时时方方便便的的告告诉诉用用户户，这这个个功功能能要要由由图图形形显示来完成。显示来完成。3、输入输出功能、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；输入：设计的要求、各步骤的具体数据等；输输出出：设设计计结结果果、系系统统处处理理结结果果控控制制信信号号（例例如如图图形形数数据据、文本、字符、控制数据等）文本、字符、控制数据等）4、存储功能、存储功能存储功能大大量量输输入入输输出出数数据据、中中间间结结果果、分析逻辑（程序）需要存储分析逻辑（程序）需要存储说明：上上述述四四项项功功能能是是交交互互性性应应用软件的四个基础功能。用软件的四个基础功能。第10页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.2 1.2 1.2 1.2 功能与任务功能与任务功能与任务功能与任务1.2.2 1.2.2 基本功能基本功能1、工程绘图工程绘图 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。修改、检验需要造型。3、CAPP计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计 设设计计的的目目的的是是为为了了加加工工制制造造，而而工工艺艺设设计计是是为为产产品品的的加加工工制制造造提提供供指指导导性性的的文文件件。因因此此，CAPPCAPP是是CADCAD与与CAMCAM的中间环节。集成系统一般有该功能。的中间环节。集成系统一般有该功能。4、NC编程编程NCNC编程编程功能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：这这4 4项项功功能能是是一一般般常常 见见 CAD/CAMCAD/CAM系系 统统的基本功能。的基本功能。第11页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.2 1.2 1.2 1.2 功能与任务功能与任务功能与任务功能与任务1.2.3 1.2.3 其它常见功能其它常见功能1、结构分析结构分析 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、优化设计优化求解的功能也也就就是是在在某某些些条条件件的的限限制制下下，使使产产品品或或工工程程设设计计中中的的预预定定指指标标达达到到最最优优。优优化化包包括括总总体体方方案案的的优优化化、产产品品零零件件结结构构的的优优化化、工工艺艺参数的优化等参数的优化等 3、模拟仿真、模拟仿真模拟仿真功能通通过过软软件件使使三三维维工工程程设设计计模模型型按按设设计要求进行运动，以观察设计效果计要求进行运动，以观察设计效果或或模模拟拟机机床床加加工工来来检检验验工工艺艺规规程程或或NCNC程序设计的合理性程序设计的合理性 4、数据管理、数据管理数据管理功能产产品品数数据据管管理理：为为各各设设计计、制制造造和和管管理理的的环环节节提提供供统统一数据库（一数据库（PDMPDM子系统）。子系统）。内部数据管理：内部数据管理：为软件各模块提供数据库为软件各模块提供数据库5、计算分析、计算分析计算分析功能根根据据产产品品几几何何形形状状，计计算算出出相相应应的的体体积积、表表面面积积、质质量量、重重心心位位置置、转转动动惯惯量量等等几几何何特特性性和和物物理理特特性性、为为系系统统进进行行工工程程分分析析和和数数值值计计算算提提供供必必要要的的基本参数。基本参数。说明：上上述述5 5项项功功能能是是CAD/CAMCAD/CAM应应用用软软件件的的5 5个个常常见见的的基基本本扩扩展功能。展功能。第12页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.3 1.3 1.3 1.3 发展与应用发展与应用发展与应用发展与应用1.3 1.3 发展与应用发展与应用1.3.1 1.3.1 发展历程发展历程1.3.2 1.3.2 应用现状应用现状1.3.3 1.3.3 发展趋势发展趋势第13页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.3 1.3 1.3 1.3 发展与应用发展与应用发展与应用发展与应用1、50年代前孕育年代前孕育CADCAD方面方面 1 1、19501950年年美美国国麻麻省省理理工工学学院院（MITMIT）在在它它研研制制的的名名为为旋旋风风的的计计算算机机上上采采用用了了阴阴极极射射线线管管（CRTCRT）做做成成的的图图形形终终端端，并并能能被被动动地显示图形地显示图形 2 2、5050年年代代后后半半期期出出现现了了光光笔笔，由由此此开开始始了了交交互互式式计计算算机机图形学的研究。图形学的研究。3 3、19581958美国美国CalcompCalcomp公司用数字记录仪改制出滚筒绘图仪；公司用数字记录仪改制出滚筒绘图仪；GerBerGerBer公司用数控机床改制出平板绘图仪公司用数控机床改制出平板绘图仪 CAMCAM方面方面 1 1、John T.Parson开发了第一台数控机床，翻开了制造业的新篇章(1948年)。2 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年代形成年代形成1.3.1 1.3.1 发展历程发展历程1 1、19621962年美国学者年美国学者Ivan SutherlandIvan Sutherland研究出了名为研究出了名为SketchpadSketchpad的的系统，这是一个系统，这是一个交互式图形系统交互式图形系统，它能在屏幕上进行图形设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计与修改。其博士论文中首次提出计算机图形学和CADCAD的名词。的名词。2 2、多家公司多家公司（IBMIBM公司的公司的CAD/CAMCAD/CAM系统，通用汽车的系统，通用汽车的DACDAC1 1，1 1洛克洛克希德飞机公司的希德飞机公司的CADAMCADAM系统等）系统等）研究开发了研究开发了CAD/CAMCAD/CAM系统系统3 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，、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，加快了加快了数控机床普及数控机床普及的速度。集成电路问世的速度。集成电路问世(1960(1960年年)；第一台；第一台工业机器人工业机器人获专利登记获专利登记(1961(1961年年)。第14页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.3 1.3 1.3 1.3 发展与应用发展与应用发展与应用发展与应用1、50年代前孕育2、60年代形成3、7、80年代发展年代发展1 1、1616位小型机系统、交钥匙工程；位小型机系统、交钥匙工程；2 2、实体造型软件出现；、实体造型软件出现；3 3、工程分析软件（、工程分析软件（FEMFEM、CAPPCAPP、CAQCAQ等）的等）的 成熟；成熟；4 4、光栅扫描显示器、光栅扫描显示器、PCPC系统等硬件的发展；系统等硬件的发展；CAD/CAMCAD/CAM发展，工业界应用发展，工业界应用4、90年代标准、集成和网络化年代标准、集成和网络化标准化：标准化：图形接口标准：图形接口标准：CGICGI标准，标准，GKSGKS等；等；图形交换标准：图形交换标准：IGESIGES（Initial Graphics Initial Graphics Exchange SpecifictionExchange Specifiction）标准，）标准，STEPSTEP（Standard Standard for Exchange of Product Model Datafor Exchange of Product Model Data）标准）标准 集成化：集成化：出现了许多集成化软件：出现了许多集成化软件：UGSUGS公司公司UGUG；达索达索(Dassault)(Dassault)公司公司CATIACATIA；由由SDRCSDRC公司公司I-DEASI-DEAS；PTCPTC公司的公司的Pro/E Pro/E；网络化：网络化：随随InternetInternet的出现，支持网络，的出现，支持网络，资源共享；资源共享；9090年代后期出现虚拟制造、敏年代后期出现虚拟制造、敏捷制造捷制造；1.3.1 1.3.1 发展历程发展历程第15页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.3 1.3 1.3 1.3 发展与应用发展与应用发展与应用发展与应用1.3.2 1.3.2 应用现状应用现状1、销售增长销售增长 2、应用领域应用领域 第16页，本讲稿共17页1.1.1.1.概概概概 述述述述1.3 1.3 1.3 1.3 发展与应用发展与应用发展与应用发展与应用1.3.3 1.3.3 发展趋势发展趋势1、集成化集成化 2、智能化智能化 3、网络化网络化 4、标准化标准化 第17页，本讲稿共17页