1、第一章 CAD/CAM技術(shù)概述,1.1 CAD/CAM的基本概念 CAD/CAM是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（ComPuter Aided Desgin andComupter Aided Manufacturing）的縮寫(xiě)，是一項(xiàng)利用計(jì)算機(jī)協(xié)助人們完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)。把CAD、CAM寫(xiě)成CAD/CAM，作為專門(mén)術(shù)語(yǔ)出現(xiàn)在70年代初期，這意味著設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的自動(dòng)化和信息的集成化 。 CAD/CAM技術(shù)則是現(xiàn)代制造技術(shù)的核心技術(shù)之一。,1.1.1 什么是CAD 按CAD技術(shù)而言，CAD技術(shù)可以從兩個(gè)角度給予定義：狹義： 簡(jiǎn)單地講，CAD就是由計(jì)算機(jī)代替人在設(shè)計(jì)過(guò)程中的部分體力和腦力勞

2、動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)如下幾點(diǎn)： 支持快速、高質(zhì)量的工程圖繪制。 支持更精確、更廣泛的產(chǎn)品信息的生成、處理、交換和管理。 支持設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化。 支持制造過(guò)程的自動(dòng)化。,廣義： (1) CAD是一個(gè)過(guò)程 “在計(jì)算機(jī)環(huán)境下完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)造、分析和修改，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。”(2) CAD是一項(xiàng)產(chǎn)品建模技術(shù)“CAD技術(shù)把產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，并把產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)供后續(xù)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAX）所共享，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命周期的全過(guò)程?！?CAD的過(guò)程,1.1.2 什么是CAM CAM的定義也是在不斷發(fā)展的，可以從狹義和廣義兩個(gè)方面來(lái)定義： （l） 狹義 CAM指計(jì)算機(jī)輔助編制數(shù)控機(jī)

3、床加工指令。 （2） 廣義 CAM指應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行制造信息處理的全過(guò)程。它包括用計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作，如工藝過(guò)程規(guī)劃、工裝清單、數(shù)控編程、車(chē)間作業(yè)計(jì)劃編制、生產(chǎn)過(guò)程控制和質(zhì)量監(jiān)控等。,1.1.3 什么是 CAD/CAM CAD/CAM的定義：“產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造全過(guò)程的信息集成和信息流自動(dòng)化”。 在數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的支撐下，由CAD的產(chǎn)品建模系統(tǒng)生成的數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，為產(chǎn)品的性能分析計(jì)算、裝配、數(shù)控編程、機(jī)器人編程等等的子過(guò)程提供了產(chǎn)品的原始信息，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的全過(guò)程。并藉助于直接數(shù)控（DNC）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)和車(chē)間數(shù)控設(shè)備之間的集成。,1.1.4 什么是 CIM CIM（

4、Computer Integrated Manufacturing）的定義是：“CIM是信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)的綜合應(yīng)用。旨在提高制造型企業(yè)的生產(chǎn)率和對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力。由此，企業(yè)的所有功能、信息、組織管理都是一個(gè)集成起來(lái)的整體的各個(gè)部分。,CIM的通俗解釋是：“用計(jì)算機(jī)通過(guò)信息集成實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求得企業(yè)的總體效益?！?CIM核心思想： 全部生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)不可分割的整體； 整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工處理的過(guò)程。,CIM概念的實(shí)施稱為 CIMS（Computer Interated ufacturingSystem），即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。CIMS是在CAD/CAM技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、電子

5、通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、車(chē)間自動(dòng)化技術(shù)和現(xiàn)代化管理技術(shù)充分發(fā)展的基礎(chǔ)上實(shí)施，是未來(lái)工廠的模式。,l.2 CAD/CAM的運(yùn)行環(huán)境 CAD/CAM的運(yùn)行環(huán)境由硬件、軟件和人三大部分組成：1.2.1 CAD/CAM的硬件系統(tǒng) 1）CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)硬件系統(tǒng)的要求 （l）高性能的計(jì)算機(jī) 大容量?jī)?nèi)存和外存 高運(yùn)行速度,（2）人機(jī)交互設(shè)備 由輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、軌跡球和圖形輸入板）和圖形顯示裝置組成。 圖形顯示裝置（顯示器和顯卡）的要求： 高分辨率 真實(shí)感色彩 實(shí)時(shí)顯示速度顯存容量,（3）輸出設(shè)備 顯示器 繪圖儀 打印機(jī) 影像輸出設(shè)備 語(yǔ)音輸出 通訊接口,4）網(wǎng)絡(luò)化CADCAM技術(shù)的實(shí)施涉及產(chǎn)品生命周

6、期的全過(guò)程，這就必然涉及到多個(gè)部門(mén)和多方面的使用人員。這些部門(mén)很可能分布在全廠各個(gè)不同的建筑物內(nèi)，甚至不在同一地區(qū)或國(guó)境，而且它們所配備的計(jì)算機(jī)軟硬件可能是相互不相同的，這樣就構(gòu)成了一個(gè)異構(gòu)環(huán)境。為達(dá)到CAD/CAM信息流集成的目的，就必須藉助于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把分散在各個(gè)地點(diǎn)、相同或不相同的CADCAM硬件系統(tǒng)按一定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系聯(lián)接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息流的自動(dòng)化。,2）CAD/CAM系統(tǒng)計(jì)算機(jī)配置形式 有以大型或小型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集中式系統(tǒng)（Mainhaln）、工程工作站或微型計(jì)算機(jī)的獨(dú)立型和由工程工作站、微型機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,（l）主機(jī)型集中式系統(tǒng)各終端上并不配備有CPU，只有依靠主機(jī)的CPU進(jìn)

7、行各種處理和運(yùn)算，因此該類系統(tǒng)按分時(shí)批處理的方式運(yùn)行，效率低；大型機(jī)價(jià)格昂貴。 （2）工程工作站多為64位機(jī)，具有高速網(wǎng)絡(luò)通訊能力（l000MBS），采用多CPU并行處理技術(shù)，高性能的圖形顯示和多媒體功能等優(yōu)越性能，適用于復(fù)雜產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)、大型電子裝配和大型分析計(jì)算、仿真模擬。,工作站主機(jī),（3）微型計(jì)算機(jī) 90年代初出現(xiàn)了 Pentium 芯片，使微型機(jī)成為 32位機(jī)。引入了工程工作站的 RISC芯片技術(shù)，采用了64位傳送的PIC總線，使微型計(jì)算機(jī)與工作站、小型計(jì)算機(jī)的性能差距縮小，價(jià)格上卻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的客戶機(jī)，大大降低系統(tǒng)的投資。成為中、小型企業(yè)CAD/CAM系統(tǒng)選擇的主要硬

8、件平臺(tái)。,（4）客戶/服務(wù)器系統(tǒng) 客戶/服務(wù)器（C/S）系統(tǒng)是90年代CAD/CAM系統(tǒng)運(yùn)行的主流模式，把應(yīng)用放在客戶端上，而共享的數(shù)據(jù)放在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)資源共享?？蛻?服務(wù)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分布和處理分布及數(shù)據(jù)的集中監(jiān)控和管理，易于保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和完整性?？蛻?服務(wù)器系統(tǒng)是一種開(kāi)放型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可方便地增加或更新客戶機(jī)，也可增加服務(wù)器的數(shù)量或提高檔次，以及配置相應(yīng)的軟件，從而擴(kuò)大系統(tǒng)容量和處理的能力，以適應(yīng)新的需求。,1.2.2 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件 CAD/CAM系統(tǒng)的軟件由系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件組成。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、高級(jí)語(yǔ)言編譯系統(tǒng)等。 圖形軟件支持系統(tǒng)如 Gr

9、aphics Library（ GL），它是三維圖形系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具。事實(shí)國(guó)際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)OPEN GL。 CAD/CAM系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)需要基于CAD/CAM軟件系統(tǒng)提供的用戶編程語(yǔ)言（UPL）。如 UGll的GRIP、AutoCAD的 lisp語(yǔ)言和ADS環(huán)境等。CAD/CAM系統(tǒng)軟件中的支撐軟件通常簡(jiǎn)稱CAD/CAM軟件系統(tǒng)。,1）工程工作站級(jí)CAD/CAM軟件系統(tǒng) 工程工作站級(jí)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)絕大多數(shù)是從大型機(jī)或小型機(jī)集中式系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)上移植過(guò)來(lái)的。功能模塊：（l）CAD部分 二維圖形設(shè)計(jì)和繪圖模塊三維幾何造型模塊真實(shí)感圖形顯示模塊裝配模塊,（2）CAE部分 有限元分析模塊 機(jī)構(gòu)動(dòng)

10、態(tài)仿真模塊,（3）CAM部分 數(shù)控加工的前置處理模塊數(shù)控加工編程模塊數(shù)控加工的后置處理模塊切削加工檢驗(yàn)?zāi)KDNC模塊,（4）數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和接口 CAD/CAM系統(tǒng)均提供數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IGES、DXF、STEP，以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的圖形數(shù)據(jù)交換。接口是指與第三方軟件公司所提供的軟件系統(tǒng)的通信接口。,（5）用戶編程工具 用戶編程工具包括用戶編程語(yǔ)言（UPL）和圖形庫(kù)等。用戶可利用CAD/CAM軟件系統(tǒng)提供的開(kāi)發(fā)工具對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 （6）數(shù)據(jù)庫(kù)部分 核心組成部分之一。統(tǒng)一管理 CAD/CAM全過(guò)程的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息共享。,2）微機(jī)級(jí)的CAD、CAM軟件 Master CAM UG PRO/E

11、 等等,1.2.3 人才 人才是企業(yè)的秘密武器，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是人才的競(jìng)爭(zhēng)。在CAD/CAM系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境中人才是關(guān)鍵。CAD/CAM人員是具有計(jì)算機(jī)應(yīng)用和工程專業(yè)知識(shí)相結(jié)合的綜合性人才。,1.3 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。對(duì)40年代中期美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）研制成功世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，由于它的高速運(yùn)算能力和大容量的信息存儲(chǔ)能力，使得數(shù)值分析方法、有限元方法（FEM）等能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。50年代中期計(jì)算機(jī)已應(yīng)用于工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分析計(jì)算，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)(CAE)的發(fā)展。,1952年在美國(guó)MIT試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控銑

12、床，它的誕生解決了形狀復(fù)雜零件，尤其是由自由曲面組成的復(fù)雜零件的自動(dòng)加工，促使了數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展。同期，MIT研制開(kāi)發(fā)了自動(dòng)編程工具（APT）語(yǔ)言，解決了如何方便 地將被加工零件的形狀輸入到計(jì)算機(jī)中去進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算和數(shù)控指令的自動(dòng)生成。,1962年美國(guó)MIT教授IESutherland發(fā)表了題為SKETCHPAD一人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)一文，是第一篇世界公認(rèn)的計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)論文，為發(fā)展CAD技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。1963年，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了該論文中提出的很多技術(shù)思想，如屏幕菜單的拾取、功能鍵操作。光筆定位、圖面動(dòng)態(tài)修改等交互設(shè)計(jì)技術(shù)。1966年價(jià)格較低的實(shí)用交互式圖形顯示裝置的出現(xiàn)，促使計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（C

13、omputer GraPhics-簡(jiǎn)稱CG）和 CAD技術(shù)的迅速發(fā)展。,CAD/CAM技術(shù)在30余年的發(fā)展過(guò)程中大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： （1）單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段特點(diǎn)：是CAD/CAE/CAM各功能模塊已基本形成，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，集成性差。企業(yè)尚處于單元技術(shù)的應(yīng)用階段，主要是計(jì)算機(jī)輔助繪圖、有限元分析計(jì)算和數(shù)控編程等單項(xiàng)功能。,（2）CAD/CAM的集成化階段 特點(diǎn)：幾何造型技術(shù)已日趨成熟，成為CAD/CAM軟件系統(tǒng)的核心功能模塊；具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和工程數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)集成性好等。流行的硬件運(yùn)行平臺(tái)是基于工程工作站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。企業(yè)的應(yīng)用已從二維計(jì)算機(jī)繪圖向著三維CAD建模、CAD/CA

14、E/CAM集成化應(yīng)用方向發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已取得了顯著的效益。,（3）面向產(chǎn)品并行制造環(huán)境的CAD/CAM階段 90年代，CAD/CAM技術(shù)從傳統(tǒng)的面向一個(gè)零件的CAD/CAM集成系統(tǒng)向著面向產(chǎn)品的并行制造環(huán)境（CAPE）的CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展。CAPEA的軟件系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是電子產(chǎn)品建模（EPD），它包括產(chǎn)品生命全過(guò)程中的完整信息和基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的企業(yè)級(jí)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）。該階段的CAD/CAM系統(tǒng)流行的硬件環(huán)境是由工程工作站或微機(jī)組成的（C/S）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,l.4 CAD/CAM技術(shù)的貢獻(xiàn) CAD/CAM技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)，以及用圖紙為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)全過(guò)程的技術(shù)管理模式。 這是制造業(yè)的信息革命。可實(shí)現(xiàn)： （l）并行工程 并行工程提倡群體的協(xié)同工作（Team Work），采用并行方法處理產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程，縮短了生產(chǎn)周期。,（2）虛擬新產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 傳統(tǒng)的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，從人工設(shè)計(jì)、繪圖到樣機(jī)試制需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的周期。倘若樣機(jī)不能滿足客戶要求，還需