计算机辅助设计与制造教案.pdf





《计算机辅助设计与制造教案.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机辅助设计与制造教案.pdf(83页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 计算机辅助设计与制造教案讲课:范青目 录第 一 章 概 述.1第 一 节 CAD/CAM的基本概念.2第 二 节 CAD/CAM的发展历史.3第 三 节 CAD/CAM的发展趋势.4第 四 节 我 国 CAD/CAM的发展状况.6思考题.7第 二 章 CAD/CAM系统.8第 一 节 CAD/CAM系统的基本组成与分类.9第 二 节 CAD/CAM系统的典型硬件.11第 二 节 CAD/CAM系统的软件系统.12思考题.13第三章计算机辅助图形处理.14第一节图形的几何变换.15第二节图形的消隐技术.17第三节图形的裁剪技术.19第四节图形的生成方法.21思考题.23第 四 章 CAD/CA
2、M建模技术.24第一节建模的基本概念与要求.24第二节线框建模.25第三节曲面建模.28第四节实体建模.30第五节特征建模.31思考题.34第五章计算机辅助工程分析.35第一节概述.36第二节有限元法.37第三节优化设计.38第四节仿真技术.39思考题.41第六章计算机辅助工艺设计.42第 一 节 CAPP概述.43第 二 节 CAPP中零件信息的描述和输入.46第 三 节 CAPP的类型.47思考题.49第七章数控编程和仿真.50第一节概述.51第 二 节 ATP语言编程技术.54第三节图形交互式自动编程技术.57第四节 MasterCAM数控加工编程.59第五节数控加工仿真.61思考题.6
3、3第八章计算机辅助质量系统技术.64第一节概述.65第二节计算机辅助质量系统.66第九章计算机辅助生产管理与运行控制.67第一节概述.68第二节物料需求计划管理.70第三节企业资源计划简介.73第 十 章 CAD/CAM技术的新发展.74第 一 节 CAD/CAM集成系统.75第二节计算机集成制造系统(C IM S)简介.77第三节并行工程、智能化与虚拟现实技术.78II第一章概述学习目标:概括了解CAD/CAM技术的产生发展;通过对传统的设计制造过程的分析,理解CAD/CAM系统的基本功能和工作过程;掌握CAD/CAM的基本概念;了解CAD/CAM技术应用领域和发展前景。学习内容:内容知识点
4、C A D/C A M 的发展概况C A D/C A M 的基本术语C A D /C 射术的发展与回顾设计制造过程分析C A D/C A M 的概念C A D/C A M 系统的工作过程C A D/C A M 系统的基本功能C A D/C A M 系统的主要任务C A D/C A M 技术的应用C A D/C A M 技术应用的可能性、必要性和迫切性C A D/C A M 技术的应用学习重点:CAD/CAM的概念学习建议:复习现代设计方法学课程中有关设计制造分析内容;广泛查阅有关CAD/CAM技术的文献资料;调研一个企业应用CAD/CAM技术的基本情况。1第一节CAD/CAM的基本概念计算机的
5、HI现和发展,实现了将人类从脑力劳动解放出来的愿望。早在三四十年前,计算机就已作为重要的工具,辅助人类承担一些单调、重复的劳动,如辅助数控编程、工程图样绘制等。在此基础上逐渐出现了计算机辅助设计-(C A D)、计算机辅助工艺过程 设 计(CAPP)及计算机辅助制造(CAM)等概念。计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作,如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等,并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Plan
6、ning,CAPP)指在工艺人员借助于计算机,根据产品设计阶段给出的信息和产品制造工艺要求,交互地或自动地确定产品加工方法和方案,如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM)计算机辅助制造有广义和狭义两种定义。广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动,包括工艺过程设计(CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义CAM通常是指NC程序编制,包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。2第二节CAD/CAM的发展历史
7、CAD/CAM技术从产生到现在,经历了形成、发展、提高和集成等阶段。C A D 的发展准备和酝酿时期(20世纪5060年代初)蓬勃发展和进入应用时期(20世纪6 0-7 0 年代)突飞猛进的时期(20世纪80年代)开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期(21世纪初)CA M 技术的发展20世纪70年代后期,几何造型技术、图形显示技术和数控编程后置处理技术的发展和应用,出现了交互式图形编程系统,为 CAD/CAM集成奠定了基础。C A PP技术的发展目前,CAPP系统主要应用于零件的机械加工方面,但已逐渐向其它工艺领域扩展,如热处理、锻造、冲压和装配等,应用前景是广阔的。3第三节CAD/CAM
8、的发展趋势一、设计制造过程分析深入研究各个阶段的主要任务,可将设计划分为:功能设计:确定产品功能和结构之间的对应关系。布局设计:完成技术实体部分(零部件)的排列组合。参数设计:定义零部件的几何形状及尺寸参数。公差设计:制定形状、位置及尺寸精度。二、CAD/CAM系统的工作过程交互方生三、CAD/CAM系统的基本功能 图形显示功能 输入输出功能 存储功能 交互 功 能(即人机接口)4四、CAD/CAM系统的主要任务 儿何造型 计算分析 工程绘图 结构分析 优化设计 计算机辅助工艺规程设计(CAPP)N C自动编程 模拟仿真 工程数据管理与信息传输与交换5第四节我国CAD/CAM的发展状况随时间的
9、推移和科技的迅猛发展。这里主要讲解有关CAD/CAM技术应用的可能性、必要性和迫切性。据统计,机械制造领域的设计工作有56%属于适应性设计,20%属于参数化设计,只有24%属于创新设计。某些标准化程度高的领域,参数化设计达到50%左右。上述数据说明,工程技术人员的大部分时间和精力是消耗在重复性工作或局部小修小改之中了,不可能有充沛精力去从事创造性劳动,也不会有足够的时间去学习掌握新知识和新技能,久而久之,人的创造性思维能力也会随着I I 复一I I、年复年的重复、繁琐的劳动而萎缩。尤其在市场竞争剧烈的条件下,很难适应发展的需要。因此,使设计方法及设计手段科学化、系统化、现代化,实现CAD是非常
10、必要的。编制工艺规程是设计、制造过程中生产技术准备工作的重要环节,过去一直是工艺人员手工完成,不仅效率低,而且依附于人的技能和经验,很难获得最佳方案。同时,与产品设计一样,也存在着繁琐而重复的密集型劳动束缚工艺人员、难以从事创造性开拓工作的问题。因此,迫切需要CAPP技术。再考察制造阶段的生产状况。从机械制造行业来看,50件以下的小批量生产约占75%。据统计,一个零件在车间的平均停留时间中,只有5%的时间是在机床上,而在这个5%的时间中,又只有30%的时间用于切削加工。由此可见,零件在机床上的切削时间只占零件在车间停留时间的1.5%。要提高零件的加工效率、改善经济性,就要减少零件在车间的流通时
11、间和在机床上 装卸、调整、测量、等待切削的时间。而做到这一点必须综合考虑生产的管理、调度、零件的传送和装卸方法等多方面因素。这需要通过计算机辅助人们作全面安排,控制加工过程。上述设计、制造过程分析说明了 CAD/CAM技术应用的可能性、必要性和迫切性。6思考题1.简述CAD/CAM的基本概念。2.简述CAD/CAM发展经历的阶段。3.简述CAD/CAM系统的基本功能。4.简 述 CAD/CAM系统的工作过程。5.与传统设计制造方法相比,说明CAD/CAM的工作特点。6.试分析采用CAD/CAM技术的优越性。7.简述制造环境变化的新特点。7第二章CAD/CAM系统学习目标:在了解了 C A D/
12、C A M 系统工作过程之后,学习系统的基本组成;了解硬件的类型、配置形式和软件种类、功能;掌握C A D/C A M 系统的选用原则。通过本知识点的学习,能够为一个具体部门(企业或公司),根据工作性质配置一个相对完整的C A D/C A M 系统。学习内容:软件选用原则内容知识点系统基本组成系统的组成与分类系统的分类系统的网络结构主机存储设备CAD/CAM系统的典型硬件输入设备输出设备网络设备基本组成系统软件支撑软件应用软件系统设计的总体原则CAD/CAM系统选用原则硬件选用原则学习重点:C A D/C A M 系统的组成与分类;C A D/C A M 系统选用原则。学习建议:参阅流行的电脑
13、类报纸或杂志,了解市面软、硬件行情利相关技术发展动态;积极参观各种计算机应用方面的展览,开阔眼界。8第一节CAD/CAM系统的基本组成与分类CAD/CAM系统的基本组成基本组成所谓系统,是指为完成特定任务而由相关部件或要素组成的有机的整体。个完整的CAD/CAM系统必须具备硬件系统,软件系统。一个CAD/CAM系统是山计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序及文档即软件组成,通常包含若干功能模块。功能 存储大量程序、信息及快速检索的能力;人机交互通信的操作功能;输入、输出图形及信息的能力。CAD/CAM系统的分类独立式C A D/C A M系统按照所用计算机的不同又可
14、划分为以下四种类型:主 机 型 工程工作站 微机系统 基干雨括环境定 也总算中式.以一台大中室 具有较张针对性的轨硬件陶套系统 以个人计真机环境和分布式网络环境为前 以中占微机为壬的用户系统计耳机为主机,支 持 多 个 终 端 运(交用匙系统)接的高性粒计直机.I 义 f i._ I _匚 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _bt 一个主机,务 仲 斌 共
15、 享 T 供应商按用户需费提供,无需用户遗 超高用户的工傕效率,具有分市式计宜功 投资少见效快.支撑软件及应用CPU.共享资源,集中管理,计声行折的开发,双率校高,具有艮好的人缸能.泥筋支持复杂的CAD作业,支持多任务进 软件十分丰富I具有艮好的可r充1 库烹见面.程,P C f f l晟本底.性.缺 主机故何,所有用尸中断,r展能力差.逆度慢.处理能力差.用户增加,系统明应变馁.点9网络分布式10第二节CAD/CAM系统的典型硬件硬 件定义硬件是一切可以触摸到的物理设备。硬件系统是实现系统各项功能的物质基础,它由计算机,存储设备,显示设备,人机交互设备和输出设备等组成。1、主机3、输出设备4
16、、网络设备服务器、工作站、电缆、网卡、网关、集线器、中继器、网桥、路由器等。11第二节CAD/CAM系统的软件系统定义支撑软件是在系统软件基础上开发出来的满足CAD用户一些需要的通用软件或工具软件,是CAD/CAM系统的核心。主要内容 儿何建模软件:提供一个完整,准确地描述和显示三维儿何造型的方法和工具。具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。举例:Pro-E,UG 等。计算机辅助工程软件:集几何建模,三维绘图,有限元分析,产品装配,公差分析,机构运动学,N C自动编程等功能分析系统为体的集成软件系统。由数据库进行统一的数据管理,使各分系统全关联,支持并行工程并提供产品数据
17、管理功能,信息描述完整,协助用户完成大部分工作。绘图软件:具有基本图形元素(点、线、图)绘制等,图形变换(缩放、平移、旋转等),编 辑(增、删、改等),存贮,显示控制以及人机交互,输入/输出设计驱动等功能。举例:AUTOCAD软件。数 据库系统软件:能够支持各子系统中的数据传递与共享,其中工程数据库是CAD/CAM系统和C1MS系统中的重要组成部分。举例INGRES,PB,ORACLE,SYBASE,FOXPRO等关系型数据库管理系统。有限元分析软件:可以进行静态、动态、热特性分析,通常包括前置处理、计算分析及后置处理三部分。举例:SAP,ANSYS等有限元分析软件。优化方法软件:将优化技术用
18、于工程设计,综合多种优化计算方法,为选择最优方案、取得最优解、求解数学模型提供强有力的数学工具软件。系统运动学/动力学模拟仿真软件:在产品设计时,实时、并行地模拟产品生产或各部分进行的全过程,以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。举例:ADAMS机械系统动力学自动分析软件。12思考题1.简要说明CAD/CAM系统的基本组成。2.计算机在CAD/CAM系统中的作用是什么?选择计算机主要考虑哪些性能指标?3.CAD/CAM系统中常用的存储设备有哪些?各有什么特点?4.CAD/CAM系统中常用的输入设备有哪些?各有什么特点?5.CAD/CAM系统中常用的输出设备有哪些?简要说明其工作原理
19、和特点。13第三章计算机辅助图形处理学习目标:图形处理是CAD/CAM中的关键技术,要求学习者全面掌握图形处理技术的基础知识,包括图形生成、编辑和图形变换;学会使用典型的矢量绘图软件;学会编写简单的绘图程序。学习内容:知识点图形几何变换的基本照理,堆图形的基本变换二维图形的组合变换三维图形的变换工程图的生成消防的梃念与作用前附算法的墓本测试方法常用消隐宜法窗口与视区二维图形技典图形的生成面介图形生成方法学习重点:图形的几何变换。学习难点:消隐算法。学习建议:在学习过程中,结合绘图软件,如:AutoCAD2004的使用,加深对本知识点的理解;注意利用课件中的功能,通过学习时的交互操作(例如图形生
20、成)理解知以内容。14第一节图形的几何变换一、二维图形变换在二维空间中,图形变换矩阵可表示为:a b pT-e d qe/$其中a、b、c、d 是对图形进行缩放、对称、旋转、错切等变换;c、f 是对图形进行平移变换;p、q 对图形进行透视变换;s 是对图形进行整体伸缩变换。当 s l时,图形缩小;当 s=l时,图形大小不变。即 变 换 后 的 坐 标 均 为 原 坐 标 x,y的 1/s倍。二维图形的基本变换包括以下几种:平移变换、比例变换、对称变换、错切变换。实际上,图形变换中常常是相对于任意点或线变换。解决这个问题的思路是这样的:先将任意点移向坐标原点(任意线则移向与X 或 Y 轴重合的位
21、置),再用前述变换矩阵加以变换,最后反向移回任意点(任意线移回原位)。可见,这是经过平移、某种变换、再平移的多次变换构成,而不仅仅是种独立的变换,故而称为组合变换。组合变换中,多个变换矩阵之积称为组合变换矩阵。二、三维图形变换和二维图形样,用适当的变换矩阵也可以对三维图形进行各种几何变换。对三维空间的点如(x,y,z),可用齐次坐标表示为(x,y,z,1),或(X,Y,Z,H),因此,三维空间里的点的变换可写为口 ,l=x y*必 其中 M 是 4X4阶变换矩阵,即:15此方阵可分为四部分,其中左上角部分产生比例、对称、错切和旋转变换:左下角部分产生平移变换;右上角部分产生透视变换;右下角部分
22、产生全比例变换。三维图形的基本变换有:三维比例变换、三维对称变换、三维错切变换、三维评议变换、三维旋转变换。16第二节图形的消隐技术一、消隐的概念与作用在使用显示设备描绘物体的图形时,必须把三维信息经过某种投影变换,在二维的显示表面上绘制出来。例如,轴测图和透视图,就是通过轴测变换或透视变换,求出所有顶点的投影点,再把各点连结起来。下图中第一个图形代表的是后边哪一个呢?由于投影变换失去了深度信息,往往导致图形的二义性。要消除二义性,就必须在绘制时消除实际不可见的线和面,习惯上称作消除隐藏线和隐藏面,或简称为消隐。二、消隐算法的测试方法针对不同的显示对象和显示要求,会有不同消隐算法与之相适应。重
23、叠测试许多物体的投影是由若干个多边形构成的,将这些多边形两两判别,看它们是否有重叠部分,如果不重叠,说明它们肯定不互相遮挡。这种方法就叫重叠测试。包含性测试测试点与多边形的包含关系有两种方法:1.射线交点数算法 2.夹角求和算法 深度测试深度测试是用来测试一个物体遮挡另一个物体的基本方法。常用的有优先级测试和物体空间测试。17可见性测试可见性测试主要用来判别物体自身各部分哪些部分没有被其自身其它部分遮挡即可见的,那些部分被其自身其它部分遮挡即不可见的。三、常用消隐算法根据消隐对象不同,消隐算法可分为两类:若消除的是物体上不可见的线段,称为线消隐;若消除的是物体上不可见的面,称为面消隐。根据消隐
24、空间的不同,消隐算法又可分为两类:物体空间的消隐算法 这类算法是将物体表面上的k 个多边形中的每一面与其余的 k-1个面进行比较,精确地求出物体上每条楂边或每个面的遮挡关系。图形空间的消隐算法 在消隐算法中,图像空间就是上述的屏幕坐标空间。这类算法对屏幕的每一像素进行判断,以决定物体上哪个多边形在该像素点上是可见的。若屏幕上有m*n个像素点,物体表面上有k 个多边形,则该类消隐算法的计算量将正比于m*n*k。消隐的基本思想很简单,但要真正实现却要耗费很长的判别和运算时间。消隐算法的处理效率将是决定能否被有效采用的关键。18第三节图形的裁剪技术窗口在计算机绘图中,常常遇到这样的情况:不同时刻、针
25、对不同目的、只关心整幅图形的不同部位,而对其它部分暂时不感兴趣,此时,希望关心的这部分图形能够尽量清晰地显示出来。于是,大多数的图形软件都提供了这样一个功能:即用户可以在输入的图形上选定一个观察区域。这个观察区域被称为窗口。下面图中的左侧方框就是窗口的一个例子。ID/CAY数 与在二维平面,通常定义窗口为一矩形区域,它的大小和位置在用户坐标上表示,用四个变量代表窗口左下角和右上角点的坐标,即:视区在显示窗口内图形时.,可能占用整个屏幕,也可能设想屏上有一个方框,要显示的图形只出现在这个方框内。那么,在图形输出设备上用来复制窗口内容的矩形区域被称为视区。上面的动画右边的显示器是一个占整屏的视区的


- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机辅助设计 制造 教案

限制150内