計算機輔助設計與制造劉極鋒主編馮廣智主講《CAD/CAM》的主要內容：第零章緒論第一章CAD/CAM系統的軟硬件

第二章計算機數據處理技術第三章計算機圖形處理技術

第四章CAD/CAM建模技術第五章基于特征化的機械設計第六章計算機輔助工程第七章計算機輔助工藝過程分析第八章計算機輔助數控編程第九章CAD/CAM系統集成（信息集成、功能集成）第零章緒論第一節CAD/CAM技術的發展CAD/CAM技術的歷史地位：1990年美國國家工程科學院將CAD/CAM技術評為當代最杰出的十大工程技術成就，CAD/CAM技術居第六位。CAD/CAM技術的發展和應用水平已成為衡量一個國家科技現代化和工業現代化水平的重要標志之一，從根本上改變了產品的技術管理模式和生產模式。應用領域日益廣泛最初：航空航天、汽車、船舶。現在：機械、電子、輕工、建筑、電影制作等等幾乎所有行業。一、CAD/CAM技術的發展1940s:1946年2月15日由賓州大學研制成功第一臺電子計算機（ENIAC），重達30噸，占地250m2，啟動工耗150000瓦，18000個電子管；1950s:1952年MIT首次研制成功數控機床；50年代，APT（自動編程工具）1960s:（萌芽階段）1963年MIT的I.E.Sutherland博士在其博士論文“人機對話圖形通信系統”以及開發的軟件SKETCHPAD系統中首次提出了“計算機圖形學”、“交互技術”等重要概念與思想。代表軟件：洛克希德飛機公司的CADAM(二維繪圖)系統。1970s:（初始階段）硬件以小型機、超小型機為主。軟件既有通用型的，又有專用型的。主要面向航空部門，商品化程度不高。軟件只是二維繪圖與三維線框系統。法國人提出了貝賽爾算法,推出了第一個三維曲面造型系統CATIA。1963年，SKETCHPAD（交互式圖形系統）

1980s:（蓬勃發展階段）32位字長的工作站及微機的性能已達到或超過了過去的小型機，而且價格低廉。軟件主要具有三維線框造型、曲面造型、機械制圖、有限元分析、數控自動編程等功能。1990s:（成熟階段）朝著標準化、集成化、三維可視化Interactive交互、智能化方向發展。數據標準和數據交換。典型軟件：法國達索航空公司(DassaultSystems）CATIA系統;美國麥道航空公司UGII系統，KBE(基于知識的工程)—UG；致力于從概念設計到功能分析、工程圖紙生成、數控代碼生成及加工的整個產品開發過程

；波音公司CV最先在曲面算法上取得突破，將軟件的運行平臺向價格較低的小型機轉移；美國美國國家航空及宇航局SDRC公司I-DEAS系統（于1979年發布了世界上第一個完全基于實體造型技術的大型CAD/CAE軟件，1993年第一個推出全體系結構的I-DEAS

Master

Series軟件，變量化技術成就了SDRC）美國PTC公司Pro/E系統；美國CNCSoftware公司MasterCAM系統；以色列Cimatron公司的Cimatron系統，注重型腔和模具；二、我國CAD/CAM技術現狀國家科委863計劃中的CIMS主題，促進了CAD/CAM技術的應用和發展1995年以來，由于“甩圖板工程”的實施，二維CAD應用已基本普及。使用最多的是AutoCAD以及在此基礎上二次開發的專業繪圖軟件（如：天河THCAD/THCAPP），也有部分自主開發的軟件（如：CAXA）。三維設計的需求越來越多，應用也越來越廣。用的較多的是Pro/ENGINEER、UG、CATIA、Cimatron、SolidWorks、MasterCAM等。國內自主版權的也有，如：CAXA、金銀花等。

系統集成程度低，引進技術與消化使用不配套，觀念有待改變。相關理論并不落后，但軟件商業化、產業化方面的工作做得一般，目前還沒有一個有影響的、可與國外軟件匹敵的大型一體化軟件。開發的主力軍在高校和相關研究所。力量較強的高校：清華、北航、華中、浙大、上海交大、北理工、南航、西安交大等。

第二節CAD/CAM的基本概念

一、CAD/CAM技術CAD:ComputerAidedDesign——計算機輔助設計：人機交互結合，人機各盡所長，最佳設計效率。CAPP：ComputerAidedProcessPlan——計算機輔助工藝設計；主要是確定零件的加工方法、加工順序和所用設備。CAM:ComputerAidedManufacturing——計算機輔助制造廣義的CAD/CAM技術：利用計算機輔助技術進行產品設計與制造的整個過程，以及與之直接間接相關的活動，包括產品設計、工藝準備、生產作業計劃、生產控制、質量控制及工程數據庫管理等。狹義的CAD/CAM技術：CAD主要功能：概念設計、結構設計、裝配設計、復雜曲面設計、工程圖繪制、工程分析、真實感及渲染、數據交換接口等。CAM主要功能：NC程序編制、刀具路徑規劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等。二、CAD/CAM與制造模式傳統的設計與制造方式：以技術人員為中心展開的，產品及其零件在進行加工過程中所處的狀態，設計、工藝、制造、設備等環節的延續與保持等，都由人工進行檢測并反饋，所有的信息均交匯到技術和管理人員處，由技術人員進行對象的相關處理。以CAD/CAM技術為核心的設計與制造方式：充分發揮了計算機存儲容量大、運行速度快、信息處理能力強的優勢，大大縮短了產品設計制造周期、提高了產品的質量。兩種設計與制造方式的實例比較：實例1：無線擴音機的設計（周期6人半年減少到3人20天，電子裝配無裝配超差、自動繪圖聯動修改）；實例2

：美國波音（Boeing）飛機公司采用CAD/CAM技術應用于Boeing777全機的設計與制造。（原設計周期為5~6年，并且有2萬多處超差！現在只需一年半左右，只有十幾處“人為”超差）。

·

CAD/CAM集成實質上是指在CAD、CAPP、CAM各模塊之間形成相關信息的自動傳遞和轉換。

CAD/CAM集成:運用公共工程數據庫、專用數據接口、網絡通信技術以及標準的中性文件接口,將分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集中起來,實現軟硬件資源共享，保證系統內信息流動暢通無阻。

CAD/CAPP/CAM集成基本步驟:CAD設計產品結構，繪制圖樣，準備數據經數據轉換接口，將產品數據轉換成中性文件

IGES、STEP等格式CAPP讀入中性文件，轉換為可識別格式生成零件工藝過程CAD、CAPP系統生成數控編程所需數據，轉換為中性文件CAM系統讀入中性文件，轉換格式后生成數控程序三、CAD/CAM集成四、CAD/CAM的生存環境1、操作系統(Windows或Unix)2、計算機網絡(主要是Intranet)3、數據管理平臺(PDM)4、集成制造環境(CIMS)五、CAD/CAM系統的工作過程基于CAXA的涂布機CAD/CAM一體化解決方案應用流程示例

第一階段，訂單確認即涂布機立項過程人物：項目主管內容：接到訂單開始立項過程步驟：新建機型→配置人員及權限→導入項目任務書→導入技術指標說明→完成立項

第二階段，涂布機原型設計過程人物：設計組長內容：接到設計任務開始概念設計步驟：新建三維零部件→新建涂布機二維示意圖→新建二維布局圖→三維導入二維布局圖→放置零部件→搭建總裝配→完成概念設計

第三階段，涂布機詳細設計過程人物：設計員A內容：三維設計、裝配及二維出圖步驟：三維零部件設計→三維部件裝配→導入三維部件→自動三維部件生成二維裝配圖

第四階段，涂布機零部件工藝設計過程人物：工藝員A內容：工藝編制過程步驟：選取自制件二維圖→編制工藝路線→填寫工序卡片→完成工藝編制

第五階段，涂布機生產過程人物：數控編程內容：工藝編制過程步驟：導入加工模型→定義毛坯、加工工藝參數→生成加工軌跡→數控仿真→輸出工藝清單、加工代碼→加工執行空調出風格珊（佛山飛鹿空調有限公司）5升油瓶（廣東健力寶飲料有限公司）500毫升飲料瓶模具（廣東健力寶飲料有限公司）第三節

CAD/CAM系統的功能與任務

一、CAD/CAM系統的基本功能人機交互功能圖形顯示功能存儲功能輸入輸出功能二、

CAD/CAM的主要任務幾何建模：三維模型為設計人員提供直觀的、正確的產品圖形，包括裝配和零件工程繪圖：CAD設計結果需要通過二維工程圖或其他方式輸出計算分析優化設計有限元分析計算機輔助工藝規程設計數控編程動態仿真計算機輔助測試技術工程數據管理第四節

CAD/CAM技術的應用

應用領域日益廣泛最初：航空航天、汽車、船舶。現在：機械、電子、輕工、建筑、電影制作等等幾乎所有行業沈陽變壓器廠用CAD技術輸出三峽工程項目三維彩色產品設計圖和計算機分析的數據，從而贏得了三峽工程的招標項目。瀘東造船廠應用CAD技術后，生產技術準備周期縮短1/3以上，造船的設計開發能力提高一倍。西北電力設計院用CAD系統建立了渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設計方案自動校驗，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當即進行了修改。寰球化工工程公司應用CAD技術，在盤綿乙烯裝置工程中，進行碰撞檢測后，使95%以上的錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設計中，施工結束后剩余鋼管不到10米。第四節

CAD/CAM技術的應用

CAD與CAM技術集成，實現了設計與制造一體化，具有明顯的優越性，主要體現在：

1、減少了設計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短了周期。

2、由于采用了CAE，可以從多方案中進行分析、比較，選出最佳方案。