計算機輔助設計與制造CAD/CAM主講：王菁飛行器制造工程專業0概述制造業的重要性傳統制造業的過程和存在的問題現代制造業的特點：CAD/CAM技術是基礎本課程的主要內容和學習的重要性。找工作考研考核方式和對大家的要求

PDMCAE/DFXCADCAPP/CAM產品研發過程詳細設計產品規劃概念設計分析仿真生產準備試驗設計優化設計評價市場信息設計信息(文檔模型)已有產品應用名稱內容人工方法計算機輔助方法需求分析捕捉產品市場需求人工資料檢索調研客戶關系管理外觀造型確定產品外形色澤石膏模型、木模曲面造型、人機工程結構設計確定產品機械結構作圖法或制造木模實體造型、仿真分析性能分析強度剛度振動分析估算或模型實驗有限元分析動態設計繪圖輸出繪制零、部件圖紙手工制圖、描圖計算機輔助繪圖、圖檔管理工程管理管理各種工程數據手工管理人工檢索PDM工藝編制制定加工工藝流程據經驗編制工藝卡片CAPP、專家系統工裝設計模具、夾具設計經驗設計并反復試驗計算機輔助工裝設計機械加工按要求加工零件車、銑、刨、磨等NC、加工中心計劃調度生產計劃和調度手工編制生產計劃計算機輔助生產管理產品裝配將零件裝配成產品手工裝配機器人裝配產品檢驗檢查產品性能用各種量具手工檢驗三坐標自動測量機產品出入庫庫房管理賬本、手推車數據庫、自動貨架數字化分析數字化設計數字化制造數字化生產準備第一章CAD/CAM技術概述本章內容：講解CAD/CAM的基本概念、運行環境、CAD/CAM技術的狀況與發展以及CAD/CAM技術的貢獻。重點掌握：1．CAD/CAM的含義、包含的內容、工作過程、意義；2．CAD/CAM硬件和軟件的構成和要求。

1.1CAD/CAM的基本概念CAD：計算機輔助設計ComputerAidedDesign

指在人和計算機組成的系統中，以計算機為輔助工具，完成產品設計、分析、繪圖、裝配等工作。（1）計算機：計算速度高、可編程因而可修改、存儲量大、記憶能力強、重復工作不會“疲勞”，但無創造能力。（2）工程技術人員：有知識、思想、經驗、創造性，但記憶能力有限、存儲有限，易疲勞、易失誤、計算速度慢對CAD的一些誤解（1）自動設計，從而完全替代人的作用。目前一些系統將人的經驗知識嵌入軟件，使得計算機有一定的“智能”，但只有有限的能力。（2）CAD只是將原先的圖紙搬到計算機上進行設計，而忽略了計算機在計算速度、修改、存儲方面的優勢。從CAD的定義引深兩個含義（1）CAD中，人與計算機的角色是互相不可取代的；（2）CAD的工作組中，應盡可能發揮人和計算機各自的特長。CAM：計算機輔助制造

ComputerAidedManufacturing

廣義CAM：包含了利用計算機輔助從生產準備到產品制造等整個過程的活動，包括工藝過程設計、工裝設計、NC自動編程、物料處理與控制、作業計劃、生產監控和質量控制等。狹義CAM：僅指應用CAM技術進行NC程序編制，包括刀具路徑規劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼生成等，即ComputerAidedMachining。CAPP：計算機輔助工藝過程設計

ComputerAidedProcessPlanning

指在人和計算機組成的系統中，根據產品設計階段給出的信息，人機交互地或自動地完成產品加工方法的選擇和工藝過程的設計。ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

指產品從設計到制造全過程的信息集成和信息流自動化。CAD/CAM：計算機輔助設計和計算機輔助制造1.2CAD/CAM系統的結構

產品生產過程：指產品從需求分析開始，經過設計、制造變成可供用戶使用的成品。市場需求產品產品設計施工設計結構設計概念設計任務規劃工藝設計刀夾量具設計工序設計工藝路線設計毛坯設計加工、裝配調試裝配檢測NC加工加工仿真NC編程CADCAPPCAM信息傳輸的實現1.專用數據接口2.標準格式接口文件3.統一產品模型和數據庫4.產品數據管理系統系統工作過程計算方法庫圖形庫工程數據庫產品模型定義工程分析計算方案評判決策詳細設計分析零部件圖繪制數控程序輸出幾何造型工程分析模擬仿真自動繪圖自動編程CAD/CAM系統的技術支撐CAD/CAM的產品設計過程CAD/CAM系統的功能CAD/CAM的特點1.CAD/CAM技術是一個系統工程2.工藝技術是核心3.設計與制造一體化4.產品生命周期的全過程5.人、組織、技術三結合1.3CAD/CAM的運行環境

硬件是物質基礎軟件是核心、靈魂人是關鍵系統的組成應用軟件支撐軟件系統軟件硬件系統軟件系統CAD/CAM應用軟件：AutoCAD、UG、Pro/E….編程語言、二次開發環境、人機界面、造型系統數據庫系統：Oracle、Sybase、Foxpro……網絡協議：TCP/IP、SPX/IPX操作系統：Windows2000/XP、UNIX、Linux硬件平臺：網絡設備、計算機、繪圖機、打印機、顯示器…..1.3.1CAD/CAM系統的硬件

主機輸入設備鍵盤、鼠標、數字化儀、掃描儀外存儲器U盤、磁帶、光盤、硬盤圖形顯示器NC機床、機器人通信接口網卡、modem等網絡設備輸出設備打印機、繪圖儀、快速原型機數字化儀

繪圖機快速原型制造設備快速成型設備制作的產品包括系統軟件、支撐軟件、應用軟件。◆系統軟件：

MicrosoftWindows2000/XPUnixMacintosh1.3.2CAD/CAM系統的軟件

◆支撐軟件高級語言編譯系統有限元分析軟件

CAE實例說明

左圖下面的零件采用傳統注塑方法，但出現翹曲，注塑后需要有后續加工糾正這些缺陷；上圖采用氣體輔助注塑，改善了零件的質量。對傳統注塑方法的分析采用CAE分析注塑件的應力分布，可見在整個塑件上應力分布不均，這必然造成零件在成形后產生翹曲。對氣體輔助注塑的分析采用氣體輔助注塑的結果可用CAE方法進行分析。由圖上應力分布看，比傳統注塑的應力分布得到較好的改善。

將零件設置為透明，可以看到零件內部交叉形狀的氣體路徑對零件應力分布的影響。真實圖形生成系統真實感圖形例子---消隱處理、光源處理、渲染工程數據庫管理系統

Oracle

SQLserver

FoxProSybase數據接口標準

IGES、DXF、STEP等數據交換標準。以保證在不同的CAD/CAM系統中完成的文檔可以互相調用。

◆應用軟件AutoCADPCCADCAXAPro/EI-DEASUGCATIASolidWorks品牌生產廠家網址MasterCAMCNCＳＯＦＴWAREhttp://UGUGS（美）http://PRO/EPTC（美）http://Cimatroncimatron

（以色列）http://CAMWORKSteksofthttp://catiadassanlt

（法）http://autocadautodesk

（美）http://Solidworkssolidworks

（美）http://caxacaxa

（中）http://零件裝配及爆炸圖例子復雜產品的數控加工例子

如圖所示的鼠標模型，如果該模具重復制造。則只有采用CAD/CAM技術方能保證在形狀上的一致性和精度。計算機網絡的優點信息快速傳輸處理計算機資源共享協同工作、分布處理1.3.3計算機網絡

拓撲結構和網絡協議總線型結構星型結構HUB總線節點節點環型結構網狀結構混合結構HUBHUBHUB節點節點節點總線網絡協議網絡模型：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。

TCP/IP網絡工作模式服務器PCPCPCPCPCPC客戶機/服務器（C/S）系統網絡客戶機/服務器（C/S）系統瀏覽器/服務器（B/S）系統瀏覽器客戶程序Web服務器應用服務器其他服務數據庫Internet課堂練習某單位從事機械產品設計及新產品開發工作，試為其設計一套適用于中、小型產品開發的CAD/CAM系統，要求如下：

1.繪出系統網絡圖；2.簡述各部分在系統中的主要作用；3.為該系統配置系統軟件、支撐軟件和應用軟件1．根據要求，可采用局域網絡結構，由一服務器通過集線器連接若干PC工作站，如下圖所示。2.各組成部分的主要作用：服務器：安裝CAD/CAM軟件系統。集線器：連接服務器、PC工作站和互連網。工作站：完成設計任務。打印機：文檔輸出。繪圖機：圖紙輸出3.系統主要軟件：

系統軟件：Windows2000支撐軟件：數據庫：Oracle、Sybase、Foxpro……；編程工具：ＶＣ＋＋６.０應用軟件：AUTOCAD2000用于二維繪圖；Pro/E2000i用于三維建模和數控編程。1.4CAD/CAM技術的發展和貢獻

1962年美國MIT的I.E.Sutherland

發表題為：《SKETCHPAD－人機對話系統》的文章，被國際上公認為是計算機圖形學領域的第一篇具有重要價值的文章。

CAD/CAM技術在近50年發展過程中大致經歷了三個階段：（1）單元技術的發展和應用階段60－70年代大規模集成電路技術的發展使計算機應用進入實用階段；計算機圖形學的發展，出現了三維線框造型、曲面造型和70年代末的實體造型技術；應用方面主要是計算機繪圖、有限元分析和數控編程等單元技術；應用特點是圖形交換能力差、數據結構不統一。（2）集成化應用階段超級微型計算機的出現及32位圖形工作站的發展；幾何造型技術日趨成熟，成為CAD/CAM軟件的核心功能模塊；圖形交換接口的定義；基于圖形工作站的網絡系統；計算機數控CNC技術的發展。（3）面向產品并行制造環境的虛擬設計制造階段CAD/CAM技術從單一零件設計制造向著面向產品的并行制造環境CAPE（ConcurrentArttoProductEnvironment)發展；面向工程的參數設計和特征技術的發展；產品設計制造中的三維與二維變量相關；產品數據管理PDM技術（ProductDataManagement)。貢獻

隨著CAD/CAM技術的應用日益廣泛和深入，它對科學技術和工業發展的貢獻也就越來越顯著、巨大。這是因為CAD/CAM技術推動了幾乎一切領域的設計革命。

CAD/CAM技術從根本上改變了傳統的手工作業，以及用圖紙為介質驅動生產全過程的技術管理模式。將真實世界的物體轉變成數字化模型，以統一數字化產品模型驅動產品生命全過程。趨勢設計思想參數化設計平臺微機化應用模式集成化設計過程智能化應用手段網絡化設計模型實體化、可視化設計方法并行化設計技術標準化并行工程（CE)CEConcurrentEngineering是現代制造業組織產品設計和生產的一種哲理。CE是在CAD/CAM技術基礎上的管理模式，提倡群體協同工作（TeamWork）。CE使得產品設計的問題及時解決，從而降低成本，縮短了產品開發周期。模型設計模具設計分析工藝設計制造時間T模型設計模具設計分析工藝設計制造傳統過程并行工程CE例子---縮短模具生產周期虛擬新產品開發CAD/CAM技術為