CAM技术与应用绪论ppt课件.ppt

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1、机械CAD/CAM技术与应用LOGO机械CAD/CAMCAD/CAM技术与应用绪 论 CAD/CAM技术的基本概念一一、机械产品的设计与制造流程机械产品的设计与制造流程1.图图0-1 0-1 机械产品的设计与制造流程机械产品的设计与制造流程绪 论v （1）机械设计流程。机械设计就是根据使用要求确定产品应该具有的功能，构思出产品的功能原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状及所用的材料等事项，并将其转化为具体的描述，如图样、设计文件等，作为制造的依据。v 任何设计都表现为一个过程，它一般要经历以下几个阶段。v 市场需求分析和可行性研究。在该阶段要进行调查研究、收集资料、分析用户需求等，在此基础上

2、确定产品的功能和技术参数，并进行产品的可行性研究，明确设计任务。绪 论v 概念设计。在该阶段根据工作原理，进行尺寸计算、运动分析等工作，确定若干个可行的原理方案。对可行的原理方案进行评价，将其与设计要求相比较，从中优选出一个或几个方案，这时可能会出现构思的方案不能满足设计性能要求的情况，因而需要重新构思原理方案，直到确定出一个好的方案。v 设计建模与仿真、设计分析和设计优化。绘制总布局草图，确定各零部件的基本结构和形状，建立产品的数学模型，进行静力学与动力学的分析计算和设计参数的优化计算。v 方案评价和设计结果整理。从设计性能、经济性指标等方面进行方案评价，最终得到一个最优的、详细完整的设计结

3、构方案，生成总装图、零件图和设计说明书等技术文件，完成设计结果资料的整理工作。绪 论绪 论1工艺过程设计。（2）机械制造流程。2工序规划，刀具计划，材料计划，加工编程。3零件加工。4零件检验。5零件装配。先将各零件装配成部件，然后装配成成品并检验。6装箱运输。进入市场，投入使用。绪 论v 对于机械设计过程而言，除了市场需求分析和可行性研究要进行市场调研以外，概念设计、设计建模与仿真、设计分析、设计优化、方案评价，零件图和装配图的绘制、设计说明书的整理等都可以通过计算机辅助完成。在产品设计过程中使用的计算机辅助技术称为CAD技术。v 对于机械制造过程而言，从工艺过程设计到加工的整个过程都可以借助

4、计算机来完成，如工艺过程和文件的自动生成、数控代码的生成，仿真加工、加工过程中的加工自动化等，这种在产品制造过程中通过计算机或微处理技术进行的辅助技术称为CAM技术。绪 论1 1）CADCAD技术技术 CAD过程是一个设计过程，是“计算机环境下完成产品的创造、分析和修改，达到预期设计目标”的过程，是工程技术人员以计算机为工具，应用自身的知识和经验对产品进行方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等一切设计活动的总称。绪 论绪 论v 一个功能完备的CAD系统应包含产品设计数据库、应用程序库和多功能交互图形库。产品设计数据库存储各类标准规范、计算公式、经验曲线等产品设计信息；应用程序库

5、包含常规的设计程序、优化方法、有限元分析、可靠性分析等通用或专用的设计分析和计算程序；多功能交互图形库用于图形处理、工程图绘制、标准零部件图库的建立等图形处理作业。v 在CAD系统中，若加入人工智能技术，用计算机模拟设计人员解决问题的思路和方法进行设计过程中的推理和决策，则将大大提高设计过程的自动化水平，可对产品进行功能设计和总体方案设计，并对产品设计全过程提供有力的支持。绪 论2 2）CAPPCAPP技术技术绪 论绪 论绪 论3 3）CAMCAM技术技术（1）广义CAM 广义CAM一般指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划制订、物流过程的运

6、行控制、生产控制、质量控制等内容，其中工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助工装设计与制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料消耗的编制等，物流过程的运行控制包括物料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。绪 论（2）狭义CAM狭义CAM指在机械制造过程中的某个环节应用数控程序自动编制技术，如刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真及后置处理和NC代码生成等。通常CADCAM系统中的CAM指的是狭义CAM。绪 论4 4）CAD/CAMCAD/CAM集成技术集成技术 CAD/CAM集成指CAD、CAPP、CAM各应用模块之间进行信息的自动传递和转换。集成化的CAD/CAM系统借助工

7、程数据库技术、网络通信技术和标准格式的产品数据接口技术，把分散于不同机型的各个CAD/CAM模块高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证整个系统内的信息流畅通。绪 论 CAD/CAM集成的作用体现在以下几个方面。（1）CAD/CAM集成有利于系统各应用模块之间的资源共享，可以提高工作效率。（2）CAD/CAM集成避免应用系统之间发生信息传递误差，特别是人为传递误差，从而提高了产品的质量。（3）CAD/CAM集成有利于实现并行工程的运作，有利于缩短产品上市时间。（4）CAD/CAM集成有利于设计人员进行面向制造的设计和面向装配的设计，降低成本，提高产品竞争力。（5）CAD/CAM集成有利于先进

8、制造模式的实施，进而扩大企业的市场机遇。绪 论 CAD/CAM系统的主要功能二二、产品几合建模产品几合建模1.在产品设计构思阶段，CAD/CAM系统能够描述基本几何实体及其相互间的关系，在计算机中构造每个零件的三维几何模型；能够构造产品及其部件的三维结构模型，进行装配干涉分析，评价产品的可装配性；进行运动机构内部零部件间及与周围环境的干涉碰撞分析，避免各种可能存在的干涉问题；动态显示产品的三维图形，进行消隐、色彩浓淡处理，提高图形的真实感。绪 论 利用CAD/CAM系统提供的几何建模功能，用户不仅能构造各种产品的几何模型，还能随时观察、修改所建产品模型。现有商品化的CAD/CAM系统应具备完善

9、的实体造型和曲面造型功能，同时应具备参数化特征造型功能，实现复杂曲面或雕塑曲面造型。绪 论产品模型的工程分析处理产品模型的工程分析处理2.（1）运动学、动力学分析。系统对运动机构的位移、速度、加速度和受力状况进行分析，并形象、直观地进行运动仿真，可全面了解机构的设计性能和运动情况，发现问题可及时改正。（2）有限元分析。系统根据产品结构特征自动生成有限元网格，对产品进行应力、应变结构分析和振动、热变形、温度场分析。分析计算完成之后，系统自动生成应力分布图、温度场分布图、位移变形曲线等图形和文件，使用户能够直观地看到分析结果。绪 论 （3）优化设计。为了追求产品的性能，不仅希望设计的产品是可行的，

10、而且希望设计的产品是最优的，如体积最小、质量最轻、寿命最合理等。优化设计包括产品总体方案优化、产品零件结构优化、工艺参数优化等。绪 论工程绘图工程绘图3.绪 论辅助制定工艺规程辅助制定工艺规程4.绪 论 CAD/CAM系统根据CAD所建几何模型和CAPP所制定的加工规程选择所需要的刀具和工艺参数，确定进给方式，自动生成刀具轨迹，经处理后生成NC控制代码。当前，CAD/CAM系统具备了35轴联动加工的数控编程能力。NCNC自动编程自动编程5.绪 论加工过程仿真模拟加工过程仿真模拟6.v 在产品投入实际生产前，利用计算机工具建立虚拟加工制造设备或制造系统，进行虚拟的数控加工，用以检查NC代码的正确

11、性、产品制造过程中的几何干涉和物理碰撞，分析产品的可制造性，预测产品加工的工艺性能，避免现场加工调试所造成的人力、物力消耗，减少制造费用，缩短产品研发周期。绪 论工程数据管理工程数据管理7.绪 论 CAD/CAM系统的工作流程三三、图图0-2 CAD/CAM0-2 CAD/CAM系统的作业过程系统的作业过程 CAD/CAM系统是机械设计、制造过程中的一种信息处理系统，它主要是在设计人员创意、构思的基础上进行设计对象描述、系统分析、方案优化、计算分析、图形处理、工艺设计、NC编程和仿真模拟等工作。绪 论创意与构思创意与构思1.v 就目前CAD/CAM系统所具备的功能而言，创意与构思部分的主要工作

12、仍是由设计人员完成的，即产品设计人员在需求分析的基础上创造性地进行产品的原理设计、功能设计、方案设计、总体结构的构思，可充分发挥人的灵感思维和聪明才智。可以断言，这部分工作最终将由专家系统和人工智能系统辅助完成。绪 论 计算机辅助设计与分析是在方案设计的基础上，借助计算机工具，人机交互地完成产品零件造型、装配设计及详细设计工作，在计算机内建立产品数据模型；对所建产品数据模型进行工程分析、参数和结构的优化与计算，不断地加以修改和完善，最终获得满意的设计结果。计算机辅助设计与分析计算机辅助设计与分析2.绪 论快速原型制造快速原型制造3.绪 论计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划4.绪 论 现代产品

13、的加工制造采用大量的数控设备，而这些数控设备的各种加工动作是靠数控程序进行驱动控制的，CAD/CAM系统利用产品设计的结果和相关的工艺信息自动规划和计算刀具运动轨迹，自动生成NC控制代码，大大提高了数控编程的效率和质量。计算机辅助计算机辅助NCNC编程编程5.绪 论虚拟制造虚拟制造6.绪 论（1）开发设计对象的数字化。（2）开发设计环境的网络化。（3）开发设计过程的并行化。（4）新型开发工具和手段的应用。现代产品设计与制造过程具有以下特征绪 论 CAD/CAM系统的组成四四、图图0-3 CAD/CAM0-3 CAD/CAM系统的硬件组成系统的硬件组成计算机辅助计算机辅助NCNC编程编程5.1)

14、CAD/CAM1)CAD/CAM系统的硬件组成系统的硬件组成绪 论 （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）、内存储器和输入/输出（I/O）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、用户指令和准备接受处理的数据。按照主机功能等级的不同，计算机分为大中型计算机、小型计算机、工程工作站、微型计算机等不同档次。大中型计算机。大中型计算机通常采用一个主机连接多个终端，支持多用户同时工作，有较强的计算能力和运算速度，可以从事复杂的设计计算和分析，但大中型计算机价格昂贵，性价比不高。因此，由大中型计算机构成的CAD/CAM系统现

15、已很少采用。绪 论 小型计算机。小型计算机性价比优于大中型计算机，20世纪70年代末80年代初的CAD/CAM系统多采用这种机型。到了80年代中期，小型计算机逐渐被性价比更好的工程工作站所代替。工程工作站。工程工作站是20世纪80年代初出现的介于微型计算机与小型计算机之间的新型计算机，它采用多CPU并行处理技术、大的虚拟存储空间，具有强大的图形处理功能及高速网络通信功能。目前高档工程工作站的速度达到数百万条指令每秒，是较理想的CAD/CAM系统硬件平台。绪 论 微型计算机。微型计算机投资少，性价比高，操作容易，对使用环境要求低，应用软件丰富。近年来，随着微型计算机性能的提高，高档微型计算机的功

16、能已接近工程工作站水平，许多原来只能在工程工作站上运行的CAD/CAM软件越来越多地移植到微型计算机平台。在我国，由微型计算机组成的CAD/CAM系统占主导地位。绪 论 （2）存储器。计算机存储器有内、外存储器之分。内存储器存取速度快，可接受CPU的直接访问，但有以下缺陷和不足。内存储器成本较高。由于受到CPU直接寻址能力的限制，其存储容量有限。存储的信息在掉电后随即消失，不能长期保存。绪 论绪 论 （3）输入设备。CAD/CAM系统的输入设备包括键盘、鼠标、数字化仪、图形扫描仪、三坐标测量设备和数据手套等。键盘。键盘是计算机最经典的输入设备。通过键盘，用户可以将设计所需要的各种参数、命令及字

17、符串输入计算机。但键盘输入速度慢，单靠键盘完成交互式CAD/CAM作业是远不能胜任的。鼠标。鼠标操作简单，使用方便，价格便宜，是CAD/CAM系统普遍采用的输入设备。鼠标有机械式鼠标和光电式鼠标之分，前者通过底部的滚动球和传感机构控制光标的移动，后者则通过光电传感器和底板的相对滑动来控制光标的移动。绪 论 数字化仪。数字化仪面板上有菜单区和绘图区等若干区域，可以选择菜单、输入图形、作图和控制光标跟踪功能。图形输入时，可将工程图图样平放在数字化仪的平板上，用定位器跟踪图形的特征点，将这些点的位置数字化后输入计算机，然后结合绘图命令，一份图样就可以方便地输入计算机内。另外，也可以根据数字化仪菜单上

18、的绘图指令和点的坐标值在屏幕上绘制出所需要的图形。利用数字化仪输入图形很费时，而且精度也难以保证，目前数字化仪已逐步被图形扫描仪替代。绪 论 图形扫描仪。图形扫描仪是光、机、电一体化的产品，是将光信号转换为数字信号的设备，是将各种形式的图形信息输入计算机的重要工具。用图形扫描仪得到的图形信息是点阵图像文件，占用的存储空间较大，且通常不能直接被CAD/CAM系统读取。若将图形的点阵图像信息转换为矢量图形信息，则需要进行矢量化处理。图形的矢量化处理指将点阵图像文件所表示的线条和符号识别出来，以直线、圆弧及矢量字符表示的图形处理技术。经过矢量化处理的图形信息可用交互式图形系统软件在屏幕上编辑和修改。

19、这种图形扫描与矢量化处理相结合的方法大大提高了图形输入的速度，减轻了图形输入的工作量。绪 论绪 论绪 论 （4）输出设备。输出设备是将计算机的处理结果送主计算机外部的设备。CAD/CAM系统常用的输出设备有图形显示器、打印机和自动绘图机等。近年来，随着虚拟制造技术和快速原型技术在产品设计开发中的应用，立体显示设备等输出设备在CAD/CAM系统中扮演着重要的角色。图形显示器。图形显示器是将计算机处理的中间或最终结果用图形和文字信息显示出来，供人观察或浏览。目前常用的显示器主要有两种类型：一种是阴极射线管（cathode ray tube，CRT）显示器，用于台式微型计算机；另一种是液晶（liqu

20、id crystal display，LCD）显示器，用于便携式微型计算机。绪 论 打印机。图形显示器显示的信息不能长期保存，必须借助打印机或绘图机等硬件设备将CAD/CAM系统的设计处理结果绘制并输出，作为技术文档长期保存。打印机是将计算机的处理结果打印在纸张上的输出设备。打印机以打印文字为主，也能输出图形，是最廉价的输出设备。绪 论按工作结构 打印机可分为击打式打印机和非击打式打印机。其中，击打式打印机又分为字模式打印机和点阵式打印机，非击打式打印机又分为喷墨式打印机、激光式打印机、热敏式打印机和静电式打印机。按工作机构 打印机可分为一次打印一个字符的字符打印机、一次打印一行字符的行式打印

21、机和一次打印一页字符的页式打印机。绪 论 自动绘图机。自动绘图机是直接由计算机或数字信号控制，用于自动输出各种图形、图像和字符的一种高速、高精度绘图设备。自动绘图机可将CAD/CAM系统已完成的结构设计图形绘制到图纸上，以便设计人员在生产中使用和交流。常见的自动绘图机按绘图方式可分为跟踪式绘图机（如笔式绘图机）和扫描式绘图机（如静电扫描绘图机、激光扫描绘图机和喷墨式扫描绘图机）等，按机械结构分为滚筒式（鼓式）绘图机和平台式绘图机两类。目前市场上所提供的绘图机通常有笔式绘图机和喷墨式扫描绘图机两类。绪 论图图0-4 0-4 立体显示设备立体显示设备 立体显示设备。虚拟现实（VR）系统中还会使用一

22、些特殊的输出设备来实现计算机三维图形立体效果观测，应用于虚拟现实技术CAD/CAM系统中。立体显示设备主要有立体显示器、头盔显示器、力反馈器和3D立体眼镜等，如图0-4所示。绪 论 （5）生产系统设备。在机械CAD/CAM系统中，生产系统设备主要包括以下几类。加工设备，如各类数控机床、加工中心等。物流搬运设备，如有轨小车、无轨小车、机器人等。仓储设备，如数字化立体仓库、刀具库等。辅助设备，如对刀仪等。生产系统设备与CAD/CAM系统中计算机的连接通常采用RS232通信接口、DNC接口或某些专用接口，主要用于计算机与设备间的通信，如获取和接收设备的状态信息及其他数据信息，向设备发送命令和控制程序

23、（如数控加工程序、机器人控制程序）等。绪 论 （6）计算机网络。计算机网络将分散在不同地点具有独立计算功能的计算机通过通信线路和设备按给定的通信协议相互连接成计算机机群，形成能够实现资源共享和数据通信的系统。按照网络的覆盖区域范围，计算机网络可分为广域网和局域网。广域网用于地区间的通信，距离可达几千千米，需要采用调制解调器将数字信号调解成模拟信号进行远距离传送，其中Internet是目前遍布全球、规模最大且价格便宜的一种广域网。局域网一般局限于数千米的范围之内，是直接用于传递数字信号的计算机网络。CAD/CAM系统所采用的网络均属于局域网。绪 论 （1）强大的图形处理功能。在机械CAD/CAM

24、系统中，图形信息的处理所占比例较大，一般都配有图形软件。为满足图形处理和显示的需要，要求CAD/CAM系统具有较大的内存容量和较高的图形分辨率。（2）较大的硬盘存储容量。CAD/CAM系统通常需要存储各种不同的支撑软件、用户开发的图形库和数据库、大量的应用软件、各类产品的图样和技术文档等，这就需要有足够大的硬盘存储容量。2 2）CAD/CAMCAD/CAM系统硬件应满足的要求系统硬件应满足的要求绪 论绪 论CAD/CAMCAD/CAM系统的软件系统的软件2.1)1)系统软件系统软件 系统软件与计算机硬件直接关联，一般由软件专业人员研制，起着扩充计算机功能、合理调度与运用计算机硬件资源的作用。系

25、统软件主要包括操作系统、编程语言系统、网络通信与管理系统，如图0-5所示。系统软件有两个显著的特点：一是公用性，各个应用领域都有系统软件的支持；二是基础性，各种应用软件都是在系统软件的基础上开发的。绪 论图图0-5 0-5 系统软件的组成及作用系统软件的组成及作用绪 论 （1）操作系统。操作系统是计算机运行的基础软件，是系统软件的核心，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。目前，常用的操作系统有DOS、Windows、UNIX、Linux等。在微型计算机上较为流行的操作系统为Windows系统，该系统已有多个版本。Wi

26、ndows系统是一个完全集成的操作系统，支持多窗口、多任务作业，提供了对多媒体和网络的软件支持。UNIX操作系统主要用于工程工作站，它提供了支持X协议的多窗口作业环境。Linux作为一个类UNIX操作系统，它除了继承UNIX的优秀性能以外，还有许多特征，如源代码免费开放、支持不同硬件平台作业、支持多处理器工作等。绪 论绪 论绪 论 （3）网络通信与管理系统。随着计算机网络技术的发展与广泛应用，大多数CAD/CAM系统中集成了网络通信和管理系统。网络通信与管理系统包括网络协议、网络资源管理、网络任务管理、网络安全管理和通信浏览工具等内容。绪 论 支撑软件是各种应用软件的工具和基础，是CAD/CA

27、M软件系统的重要组成部分。支撑软件一般是由商业化的软件公司在系统软件基础上所开发的满足共性需要的一些CAD/CAM通用性软件。按照功能特征，CAD/CAM系统的支撑软件可分为单一功能支撑软件和综合集成支撑软件两大类。单一功能支撑软件只提供支持CAD/CAM系统中某些典型过程的功能，如二维绘图软件、三维造型软件、工程分析计算软件、数据库系统等。综合集成支撑软件提供设计、分析、造型、NC编程及加工控制等综合功能模块。值得注意的是，这种划分不是绝对的，随着软件功能的改进和完善，有些单一功能支撑软件也具有其他功能。2 2）支撑软件）支撑软件绪 论绪 论 三维设计CAD系统。目前国内三维设计CAD系统主

28、要以MDT、SolidWorks、Solid Edge 为主，它们以微型计算机为平台，具有参数化特征造型和装配、干涉检查及简单曲面造型功能，价格适中，易于学习掌握，是理想的三维设计工具。CAM系统。商用的CAM系统已经实现了与CAD的集成，但却没有包含CAPP。例如，Mastercam X7、EdgeCAM等软件需要人工交互式地选择或指定机床类型、机床处理文件、加工特征类型、毛坯类型及尺寸、刀具的起点和终点、粗加工和精加工划分、切削方式、刀具路径规划、切削参数等。国产的CAM软件有CAXA制造工程师。绪 论 Mastercam X7是一种应用广泛的中低档CAD/CAM软件，由美国CNC Sof

29、tware公司开发，是基于微型计算机平台的CAD/CAM软件。Mastercam X7不但具有强大、稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工和灵活的曲面精加工功能。可靠的刀具路径校验功能使Mastercam X7可模拟零件加工的整个过程，模拟中不仅能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况。同时，Mastercam X7对系统运行环境要求较低，用户在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中都能获得最佳效果。Mastercam X7已被广泛应用于通用机械、航空、船舶、军工等行业的设计与NC加工。

30、绪 论 数据库系统软件。CAD/CAM系统中几乎所有应用都离不开数据，而CAD/CAM系统的集成化程度主要取决于数据库系统，因此，数据库系统对CAD/CAM系统影响较大。数据库系统软件是有效地存储、管理、使用数据的一种软件，支持各子系统中的数据传递与共享。计算机辅助工程软件。计算机辅助工程软件（CAE）的技术种类有很多，其中包括有限元法（finite element method，FEM）、边界元法（boundary element method，BEM）、有限差分法（finite different method，FDM）等。每种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应

31、用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。绪 论 数据库系统软件。CAD/CAM系统中几乎所有应用都离不开数据，而CAD/CAM系统的集成化程度主要取决于数据库系统，因此，数据库系统对CAD/CAM系统影响较大。数据库系统软件是有效地存储、管理、使用数据的一种软件，支持各子系统中的数据传递与共享。计算机辅助工程软件。计算机辅助工程软件（CAE）的技术种类有很多，其中包括有限元法（finite element method，FEM）、边界元法（boundary element method，BEM）、有限差分法（finite different method，FDM）等。每种

32、方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。绪 论绪 论绪 论 专业性应用软件是根据用户的具体要求在支撑软件的基础上经过二次开发的专用软件。这类软件通常是由用户结合当前设计工作的需要自行开发的，机械零件设计CAD软件、模具设计CAD软件、组合机床设计CAD软件、汽车车身设计CAD软件等均属于专业性应用软件。能否充分发挥已有CAD/CAM硬件和软件系统的效益是专业性应用软件技术开发的关键，也是CAD/CAM工作者的主要任务。3 3）专业性应用软件）专业性应用软件绪 论 开发专业性应用软件应充分利用已有CAD/CAM支

33、撑软件的技术和二次开发功能，而不是从头开始，这样才能保证应用技术的先进性和开发的高效性。需要说明的是，专业性应用软件与支撑软件并没有本质的区别，当某一行业的应用软件逐步商品化形成通用软件产品时，该应用软件也可以称为一种支撑软件。绪 论 （1）交互型应用软件。交互型应用软件是利用输入、输出设备，通过人机对话的方式进行工作的。产品设计是一个设计、分析、计算、显示、修改不断反复的过程，计算机不能代替人的全部思维活动，因此，交互型应用软件是将人的创造性与计算机特性充分结合的软件，是现代CAD应用系统中专业性应用软件的主要类型，适用于新产品的设计、开发工作。（2）自动型应用软件。自动型应用软件指设计者预

34、先为待解决问题建立数学模型，找到目标函数，将其求解过程编成程序输入计算机系统，系统在运行时根据输入的参数自动进行数学模型求解，不需人工介入。绪 论绪 论 （4）智能型应用软件。智能型应用软件是在CAD/CAM系统中引入人工智能技术，使计算机在专家级水平上工作，在一定程度上避免了对使用者素质的过多依赖，能运用相关知识和推理能力解决一般人难以妥善解决的问题。但是，智能型应用软件存在知识类型复杂、判定标准模糊或不确定、知识获取范围偏窄、开发难度较大等问题。绪 论 CAD/CAM系统的分类五五、按支撑软件的规模大小分类按支撑软件的规模大小分类1.（1）CAD系统。CAD系统是专门为完成设计任务而建立的

35、，具备很强的几何造型、工程绘图、工程分析与计算、仿真与模拟、文档管理等功能。在硬件方面，CAD系统往往不具备生产系统设备和相关接口；在软件方面，CAD系统不具备数控加工编程、加工仿真、生产系统控制与管理等功能。该类系统的规模相对较小，建设成本也较低。绪 论 （2）CAM系统。CAM系统是专门面向生产系统而建立的，具备数控加工编程、加工仿真、生产系统及设备的控制与管理、生产信息管理等功能。在硬件方面，CAM系统的图形输入/输出设备相对较少，而大多数是与生产相关的设备；在软件方面，几何造型、自动绘图、工程分析与计算、运动学和力学分析与仿真等功能很弱或没有。该类系统的规模相对小一些。（3）CAD/C

36、AM集成系统。CAD/CAM集成系统是面向CAD/CAM一体化而建立的，功能齐全，规模较大，集成度较高，具备CAD系统与CAM系统共享信息和资源的能力，硬件配置较齐全，软件规模大和功能强，是目前CAD/CAM系统发展的主流。绪 论以工程工作站或微型计算机为主机的系统以大型计算机或小型计算机为主机的系统2.按使用的计算机硬件及其信息处理方式分类绪 论网络化系统单机系统3.按是否使用计算机网络分类绪 论 CAD/CAM系统的选择原则六六、CAD/CAMCAD/CAM系统的硬件选择原则系统的硬件选择原则1.（1）硬件的系统性能。硬件的系统性能包括CPU主频、数据处理能力、运算精度和速度、内存和外存容

37、量、输入/输出性能、图形显示和处理能力、与多种外部设备的接口和通信联网能力。（2）硬件系统的开放性与可移植性。硬件系统的开放性指为各种应用软件、数据、信息提供交互操作功能和相互移植界面，硬件系统的可移植性指应用程序可以从一个平台移植到另一个平台上的方便程度。绪 论 （3）硬件系统的升级扩展能力。由于硬件的更新发展很快，配置硬件时应充分考虑随着应用规模的扩大而应具备的升级扩展能力。（4）硬件系统的可靠性、可维护性与服务质量。绪 论CAD/CAMCAD/CAM系统的软件选择原则系统的软件选择原则2.（1）软件性价比。根据CAD/CAM系统的实际用途需要选择能够满足使用要求、运行可靠稳定、具有友好的

38、人机界面、价格相对合理的软件，同时需要注意所购软件的版本号和功能。（2）软件与硬件的匹配。不同的软件往往要求由不同的硬件来支持。若软、硬件都需配置，则要先选软件再选硬件，因为软件决定着CAD/CAM系统的功能。若已有硬件只需配置软件，则要考虑硬件能力，配备相应档次的软件。对于微型计算机机版软件，要注意所购软件适用的操作系统。绪 论 （3）软件的二次开发环境。为了更有效地发挥CAD/CAM系统的作用及特定应用领域的特殊要求，通常需要进行软件的二次开发，为此需要了解所选软件是否提供二次开发工具及进行软件二次开发时所使用的计算机语言。（4）软件的开放性。所选软件应具有以下功能：具备与其他CAD/CA

39、M系统的接口及数据交换能力；具备与通用数据库的接口能力；提供绘图机及其他相应硬件设备的驱动程序和应用开发工具，以便于系统的应用和扩展。（5）软件商的综合实力。软件商的综合实力包括软件商的信誉、经济实力、技术培训、软件版本升级等技术支持能力。绪 论 CAD/CAM技术的发展和应用七七、CAD/CAMCAD/CAM技术的发展技术的发展1.（1）单元技术的发展和应用阶段。20世纪6070年代，CAD/CAM技术处于单元技术发展和应用阶段。这个阶段的主要特征是CAD/CAM各功能模块已基本形成，但数据结构尚不统一，集成性差，企业尚处于单元技术的应用阶段。（2）CAD/CAM的集成阶段。20世纪80年代

40、是CAD/CAM技术迅速发展的时期。这个阶段的主要特征是CAD/CAM和计算机辅助计划管理各大模块之间的信息流实现一体化（CIMS），系统集成性好，企业应用已从二维计算机绘图向着三维CAD建模和CAD/CAM集成化应用方向发展。绪 论绪 论CAD/CAMCAD/CAM技术的在制造工程中的应用技术的在制造工程中的应用2.企业采用CAD/CAM技术可以获得的的效益（1）快速响应市场，缩短产品开发周期。（2）提高产品质量。（3）提高计算机资源的利用率，减少资源浪费。（4）提高产品竞争力，适应多品种、小批量和个性化的市场需求。绪 论绪 论绪 论 随后，我国的CAD技术开发与应用进入了系统的推广阶段。各

41、类CAD系统的研制开发出现了商品化、产业化的势头。经国务院批准、由国家科委牵头开展的“CAD应用工程”项目包括市场开拓、人才培养、推广普及、软/硬件技术的开发与产业化等多方面工作，大大促进了我国CAD/CAM技术在制造工程领域的普及。随着我国市场经济进程的加快，商品竞争进一步强化，引进和应用CAD/CAM技术已成为企业的自发行动。目前，国内机械制造企业的产品设计工作已基本甩掉了图板，不少企业已由二维绘图进入了三维造型设计应用阶段，并应用PDM技术进行技术文档的管理和产品开发流程的管理，使我国制造企业产品设计方法和手段有了根本的改变。绪 论 CAD/CAM技术的研究热点八八、计算机辅助产品的概念

42、设计计算机辅助产品的概念设计1.概念设计是产品设计过程中非常重要的阶段。概念设计的结果在很大程度上决定产品的成本和性能，也决定产品的创新性及竞争能力。因此，产品的概念设计已成为企业竞争的关键。概念设计涉及产品的基本功能、动作原理和结构要素，需要考虑产品的价格、性能、可靠性、安全性等设计目标；概念设计所涉及的设计需求和各种约束往往是不精确的、近似的或未知的。概念设计的上述特征和要求给CAD/CAM技术的应用带来很大难度。绪 论 为使CAD/CAM技术有效地支持概念设计，需要解决建模和推理两大技术难题。这里所说的建模技术需要对产品的功能、动作和结构等要素及其相互间的关系进行完整、清晰的描述，现有的

43、建模方法往往只支持概念设计过程中的某个方面，而缺少一种能对概念设计的各种要素进行完整、一致描述的表示方法。概念设计过程中的推理就是根据用户的需求和给定的条件进行产品的功能设计，生成并选择合适的产品设计方案。推理过程的关键是如何实现所要求的功能向实际的产品结构映射，即将产品的功能映射为合适的产品结构。目前，已有的很多推理方法支持概念设计过程，如神经网络的演绎、基于实例的推理、基于知识的推理、价值工程、定性推理等，但这些推理方法都还只是局限于一些特定领域和条件，离实际应用还有很长一段距离。绪 论计算机支持的协同设计计算机支持的协同设计2.计算机支持的协同设计必须解决以下几个难题。（1）群体成员之间

44、有关产品设计的图形、文字、多媒体信息如何进行实时、可靠、廉价地交换。（2）群体成员存在地域上的分散和所用软、硬件资源的差异，如何保证协同设计系统在异构环境下可靠地运行。（3）群体成员之间如何进行通信。目前，广为应用的是以黑板、语音和视频等为媒体的电子会议，主要适合设计思想的交流，而关于设计方案的讨论主要通过“共享”数据库的方式实现，但缺乏有效的、可自动发现并能协同解决设计冲突的技术。绪 论 随着CAD/CAM技术应用的深入，所涉及的各种信息越来越多，传统的关系型数据库管理系统已难以适应日益增长的数据管理要求，如何快速、有效地对海量信息进行存储、管理和检索成为人们关注的焦点。海量信息的存储、管理

45、和检索技术海量信息的存储、管理和检索技术3.绪 论智能智能CAD/CAMCAD/CAM技术技术4.产品设计与制造是具有高度智能的人类的一种创造性活动，产品设计与制造过程的智能化是CAD/CAM技术发展的趋势。虽然当前的CAD/CAM系统也体现了一些智能的特点，如尺寸与公差的自动标注、材料清单的自动生成、工艺路线的自动生成、刀具轨迹的自动生成等，但是这些智能与人们的期望相比还有很长的距离。绪 论绪 论CAD/CAMCAD/CAM技术与虚拟现实技术的集成技术与虚拟现实技术的集成5.虚拟现实（VR）技术是利用计算机生成的一种模拟现实环境的技术，通过数据头盔（head mounted display）

46、、数据手套（data glove）和数据衣（data suit）等多种传感设备构造虚拟环境，提供视觉、听觉、触觉等各种直观、自然、实时的感知。CAD/CAM技术与VR技术的有机结合能够快速地显示设计内容、设计对象的性能特征及设计对象与周围环境的关系，设计者可与虚拟设计系统进行自然的交互，灵活方便地修改设计，大大提高了设计效率与质量。目前，VR技术所需的软、硬件价格比较昂贵，技术开发的复杂性和难度比较大，VR技术与CAD/CAM技术的集成还有待进一步研究和完善。绪 论计算机安全计算机安全6.绪 论 本课程的内容、性质及任务九九、课程内容课程内容1.（1）机械CAD/CAM技术理论。机械CAD/CAM技术理论包括CAD/CAM系统具备的功能、CAD/CAM技术的基本概念、CAD/CAM系统的工作流程、CAD/CAM系统的各种硬件和软件及其特点、选择原则，CAD/CAM技术的发展历史和发展前景。（2）Mastercam X7造型设计与加工实例。绪 论课程性质及任务课程性质及任务2.THANK YOUTHANK YOU