1、机械CAD/CAM技术,江汉大学机电 与建筑工程学院,第一章 CAD/CAM技术概述,1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.2 CAD/CAM系统的功能和作业过程 1.3 CAD/CAM技术的硬件和软件 1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,设计制造过程分析,第一节 CAD/CAM的基本概念,1.0产品的生产过程,如图为产品生产过程与CAD/CAM的应用过程,1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.1.1 CAD技术,CAD含义：以计算机为工具，通过人机交互，处理产品设计过程中的图形和数据信息，辅助完成整个产品设计过程的一门综合技术。,计算机辅助设计,计算机辅助设计（Computer Ai
2、ded 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,广义的CAD-包括设计和分析,CAD是Computer Aided Design System的缩写，是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程，广义的CAD包括设计和分析两个方面。,1.1 CAD/CAM技术基本概念 1.1.1 CAD技术,CAD基本功能,几何 造型,工程 分析,仿真 模拟,图形 处理,1.1.1 CAD技术,CAD 系统组成,CAD系统,设计数据库,应用程序库,交互图形库
3、,硬件,软件,1.1.2 CAPP技术,CAPP含义：CAPPComputer Aided Process Planning是根据产品设计结果,进行产品的加工工艺过程的设计，是一项重要的生产准备工作。,计算机辅助工艺过程设计,计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, 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。,1.1.2 CAPP技术,CAPP功能,毛坯 设计,工艺 路线,工序 设计,工时 定额,工装 设计,余量 分配,切削 用
4、量,工时 定额,机床刀 具选用,工序图 绘制,1.1.2 CAPP技术,CAPP组成,人机交互模块,零件信息 描述获取,工艺工序 决策,工艺文件 生成与管理,零件 对象,零件 信息库,数据库 知识库,工艺 文件库,1.1.3 CAM技术,CAM含义：CAM- Computer Aided Manufacturing 广义CAM：利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量保证等。 狭义CAM：数控加工程序编制。,计算机辅助制造,计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM)计算机辅助制造有广义和狭
5、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。,2CAMCAM是Computer Aided Manufacturing System 的缩写，通过计算机与生产设备直接的或间接的联系，进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。主要包括使用计算机来完成数控编程、加工过程仿真、数控加工、质量检验、产品装配、调试这些工作。,1.1.4 CAD/CAM集成技
6、术,CAD/CAM集成技术：利用数据库技术、网络技术、数据交换和接口技术，实现3C各模块之间信息自动传递、转换和共享的相关技术。,CAD技术与CAM技术结合起来,CAD技术与CAM技术结合起来，实现设计、制造一体化，具有明显的优越性，主要体现在： 有利于发挥设计人员的创造性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来。 减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了设计周期。 由于采用了计算机辅助分析技术，可以从多方案中进行分析、比较、选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化。 有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。 减少了零件在车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间，提高了加工效
7、率。 先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大范围内适应加工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。 提高了产品的质量和设计、生产效率。 CAD、CAM的一体化，使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体，通过信息的集成，在经济上、技术上给企业带来综合效益。,1.1.4 CAD/CAM集成技术,CAD,CAPP,CAM,工程 图样,工艺 文档,NC代码,非集成3C系统输入输出信息流,1.1.4 CAD/CAM集成技术,CAD/CAPP/CAM集成信息流,CAD,CAPP,CAM,概念设计 几何造型 工程分析 图形处理,毛坯设计 工艺准备 工序设计 工时定额,工艺准备 作业计
8、划 物流控制 质量保证,1.1.4 CAD/CAM集成技术,CAD/CAM系统总体结构,1.3 CAD/CAM系统硬件和软件 1.3.1 CAD/CAM系统组成,软件 核心,人 关键,硬件 基础,CAD/CAM系统组成,人：有着不可替代主导作用 硬件：是基础，包括主机、计算机外部设备以及网络通讯设备等 软件：是核心，决定系统性能的优 劣，包括操作系统、支撑软件、 应用软件等；,1.3.2 CAD/CAM系统硬件,CAD/CAM系统硬件组成,1.3.2 CAD/CAM系统硬件,存贮器,计算机 主机,输入装置,生产装备,输出装置,计算机网络,CAD/CAM系统硬件组成,1.3.2 CAD/CAM系
9、统硬件,计算机主机：中小型计算机：由于大型复杂设计计算和分析；工程工作站：具有强大的图形处理、高速计算 和网络通信能力；微型计算机：性能价格比高，软件丰富，操作容易，是CAD/CAM主流机型。,1.3.2 CAD/CAM系统硬件,输入装置：键盘鼠标：最典型常用的输入装置；数字化仪：通过电磁感应原理进行图形坐标点输入；图形扫描仪：能快速完成图形信息的输入，生成位图信息，经矢量化处理将位图转换为矢量化图形；数码相机：将光学真实图象转换为数字图象；其他输入装置：如触摸屏、声响交互输入等。,1.3.2 CAD/CAM系统硬件,输出装置：图形显示器：最基本的输出装置，由图形卡支持；打印机：有针式、喷墨、
10、激光打印机之分；自动绘图仪：有笔式绘图仪、喷墨绘图仪，有滚筒绘图仪、平板绘图仪之分。,1.3.2 CAD/CAM系统硬件,存储器：内存储器：存储当前所需的数据和程序，半导体材 料，访问速度快，成本高，存储量有限，存储信息掉电丢失；外存储器：存储CPU暂时不用的数据和程序，存储量大，能长期保存。有软盘、硬盘、光盘、USB之分。,1.3.3 CAD/CAM系统的软件,应 件用 软,支 件撑 软,系统 软件,CAD/CAM系统的软件组成,1.3.3 CAD/CAM系统的软件,系统软件：操作系统：计算机软件核心，有CPU管理、内存管理、I/O管理、文件管理等功能，常用操作系统有DOS、Windows、
11、Unix、OS/2等。语言编译系统：如 Basic、C/C+、LISP等编译系统，是将高级语言转换为计算机机器语言。图形接口标准：如 GKS、PHIGS、GL/OpenGL等图形接口标准，独立于硬件设备和各种不同的计算机语言。,1.3.3 CAD/CAM系统的软件,支撑软件：交互绘图软件：主要完成二维工程图样的绘制， 如AutoCAD、PICAD 高华CAD 开目CAD等。三维造型软件：如 MDT、Solidworks、Solidedge等。数控编程软件：如 MasterCAM、SurfCAM等。工程分析软件：如 SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS等。综合集成支撑软件：如 I-DE
12、AS、UGII、PRO/E、CATIA等,具有CAD、CAE、CAM等综合功能。,1.3.3 CAD/CAM系统的软件,应用软件：在系统软件和支撑软件基础上，针对某一具体应用开发的软件，如机床设计、夹具设计、汽车车身设计等CAD或CAE软件系统。,1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,CAD/CAM技术的发展 50年代萌芽期：图形显示器(50),NC机床(52),绘图仪(58) 60年代成长期: CAD(63),FMS(67),CADAM,GRAPHI等大型CAD/CAM系统问世 70年代发展期：CAD/CAM软硬件系统商品化 80年代普及期：PC微机和工作站系统广泛使用，从大型企业向中小企
13、业扩展，从发达国家向发展中国家扩展 90年代集成期：CAD/CAM集成，CIMS集成,CAD/CAM技术的发展,单元技术的发展和应用阶段 6070年代如图形软件、数控编程、CADAM、CATIA、UNITGAPHICS、IDEAS等CAD/CAM系统；ADAN、ANSYS、NASTRAN工程分析系统。阶段特征：各功能模块基本形成，数据结构尚不统一，不具备集成性。 CAD/CAM的集成阶段 20世纪80年代实体造型成熟，特征建模、工程数据库发展；超级微机、工作站占领市场。阶段特征: CAD/CAE/CAM集成性好，应用向三维、集成化发展。 面向并行设计制造环境的CAD/CAM阶段 自20世纪90
14、年代由面向零件集成向面向产品并行设计发展，要求产品设计一次成功。阶段特征：面向产品全生命周期建模、企业PDM、计算机网络、协同工作模式。,CAD的发展1,准备和酝酿时期（20世纪50-60年代初） 自1946年世界上第一台电子计算机在美国出现后，人们就不断地将计算机技术引入机械设计、制造领域。早在50年代，首次研制成功数控机床，通过不同的数控程序就可以实现对不同零件的加工，产生了CAD的最初概念。 60年代，由于交互式图形生成技术的出现，促使了计算机辅助设计技术的迅速发展。麻省理工学院的研究生I.E.Sutherland在他的论文人机对话图形通信系统中首次提出了计算机图形学、交互技术及图形符号
15、的存储采用分层的数据结构等思想，对CAD技术的应用起到了重要的推动作用。 蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60-70年代） 60年代末期到70年代中期，是CAD技术趋于成熟的阶段。这一时期计算机硬件的性能价格比不断提高；数据库管理系统等软件陆续开发；以小型和超级小型计算机为主机的CAD系统进入市场并形成主流。20世纪60年代末，显示技术的突破使CAD系统的性能价格比大幅度提高，用户以每年30%的速度增加，形成CAD产业。当时的CAD技术还是以二维绘图和三维线框图形系统为主。,CAD的发展2,突飞猛进的时期(20世纪80年代) 80年代是CAD技术迅速发展的时期，超大规模集成电路的出现，使计算机
16、硬件成本大幅度下降，计算机外围设备（例如彩色高分辨率图形显示器、大型数字化仪、自动绘图机等品种齐全的输入输出装置）已成系列产品，为推进CAD技术向高水平发展提供了必要的条件。同时，相应的软件技术如数据管理技术、有限元分析、优化设计等技术也迅速提高，商品化软件的出现，促进了CAD技术的推广和应用，使其从大中型企业向小企业发展，从发达国家向发展中国家发展；从用于产品设计发展到用于工程设计。这一时期，实体造型技术成为主流并走向成熟，大大拓展了CAD应用技术领域。 开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期(20世纪90年代) 90年代，CAD技术已不停留在过去单一模式、单一功能、单一领域的水平，而向着
17、标准化、集成化、智能化的方向发展。为了实现系统的集成，实现资源共享和产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的竞争能力，就需在企业、集团内的CAD/CAM系统之间或各个子系统之间进行统一的数据交换，为此，一些工业先进国家和国际标准化组织都在从事标准接口的开发工作。CAD、CAM在各自领域所产生的巨大推动作用被认同，加之设计和制造自动化的需求，出现了集成化的CAD/CAM系统。,CAM技术的发展,1952年，数控（Numerical control ，NC）机床首次研究成功，通过改变数控程序即可完成不同零件的加工，奠定了CAM的硬件基础。 1955年，研制成功在通用计算机上运行的自动编程工具（A
18、PT）语言，实现了NC编程自动化。 1958年，研制成功自动换刀镗铣加工中心（Machining Center ，MC），在一次装夹中完成多工序的集中加工，提高了NC机床的加工效率和加工质量。 1962年，第一台工业机器人诞生，实现了物流搬运柔性自动化；第一台通用计算机集中控制多台数控机床的实现，降低了数控装置的制造成本，提高了工作可靠性。 1967年，英国莫林公司建造第一条计算机集中控制的自动化制造系统，包括6台加工中心和一条自动运输线，用计算机编制程序、作业计划和报表。美国辛辛那提公司研制出类似系统，于70年代初定名为柔性制造系统（Flexible Manufacturing System
19、 ，FMS）。 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。,CAPP技术的发展,1969年，挪威工业公司开发AUTOPROS系统，是最早的CAPP系统。该系统以成组技术为基础把零件分类归并成族，制定出各零件族相应的典型工艺过程，根据每个零件的具体信息生成工艺规程，称为派生式CAPP。这类系统开发周期短、费用低、易于取得实效，适用于中小企业。 20世纪70年代后期，创成式CAPP成为研究重点。采用一定的逻辑算法，对输入的几何要素等信息进行处理，并确定加工要素，自动生成工艺规程。 20世纪80年代中
20、期，创成式CAPP系统的研究转向具有人工智能的专家系统方面，这是CAPP未来的发展趋势。系统可以模仿工艺专家的逻辑思维方式，利用专家的知识对非确定性的工艺过程设计进行逻辑决策。目前，各国学者正致力于专家系统的实用化和工具化。 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。,CAD/CAM目前研究热点,计算机辅助概念设计 需解决建模和推理两大技术难题。 计算机支持的协同设计 须解决：群体成员间实时、可靠、廉价的信息交换；保证异地、异构环境下协同设计系统可靠运行；群体成员冲突协调解决机制。 海量信息的存储、管理和检索技术
21、 智能CAD/CAM技术 CAD/CAM与虚拟现实技术的集成 计算机安全,CAD/CAM的发展趋势,1CAD/CAM系统的集成化方向发展2向CAD/CAM智能化方向发展3向CAD/CAM网络化方向发展4并行工程5面向先进制造技术的CAD技术的发展6虚拟设计技术,Unigraphics(UG) UG是UnigraphicsSolutions公司的拳头产品。该公司首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供一个全面的产品建模系统。在UG中，优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，这一结合被实践证明是强有力的，并被大多数CAD/CAM软件厂商所采用。 UG最早应用于美国麦道飞机
22、公司。它是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。90年代初，美国通用汽车公司选中UG作为全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主导系统，这进一步推动了UG的发展。1997年10月UnigraphicsSolutions公司与Intergraph公司签约，合并了后者的机械CAD产品，将微机版的SOLIDEDGE软件统一到Parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微机版的较完善的企业级CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。,目前国内国外流行的CAD/CAM软件,一、国外软件,SOLIDEDGE SOLIDEDGE是真正Wind
23、ows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows平台上，而是充分利用Windows基于组件对象模型(COM)的先进技术重写代码。SOLIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与Windows的OLE技术兼容，这使得设计师们在使用CAD系统时，能够进行Windows下字处理、电子报表、数据库操作等。 SOLIDEDGE具有友好的用户界面，它采用一种称为SmartRibbon的界面技术，用户只要按下一个命令按钮，既可以在SmartRibbon上看到该命令的具体的内容和详细的步骤，同时在状态条上提示用户下一步该做什么。 SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD
24、系统，它是为设计人员专门开发的，易于理解和操作的实体造型系统。,3AutoCAD AutoCAD是Autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大PC软件公司。目前在CAD/CAE/CAM工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软件供应商，也是全球规模最大的基于PC平台的CAD和动画及可视化软件企业。Autodesk公司的软件产品已被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、视频游戏开发以及Web网的数据开发等重大领域。 AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。AutoCAD有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开
25、发等功能，同时有部分三维功能。AutoCAD提供AutoLISP、ADS、ARX作为二次开发的工具。在许多实际应用领域(如机械、建筑、电子)中，一些软件开发商在AutoCAD的基础上已开发出许多符合实际应用的软件。目前，Autodesk公司已经发布AutoCAD2005。,4MDT MDT是Autodesk公司在PC平台上开发的三维机械CAD系统。它以三维设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体；为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。 MDT 具有基于特征的参数化实体造型功能。基于NURBS的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模具设计等方面对复杂曲面的要求。可
26、以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。MDT提供相关联的绘图和草图功能，提供完整的模型和绘图的双向联结。 该软件的推出受到广大用户的普遍欢迎。至今为止，全世界累计销售已达万套，国内已销售近千套。由于该软件与AutoCAD同时出自Autodesk公司，因此两者完全融为一体，用户可以方便地实现三维向二维的转换。MDT为AutoCAD用户向三维升级提供了一个较好的选择。,5SolidWorks SolidWorks是生信国际有限公司推出的基于Windows的机械设计软件。生信公司是一家专业化的信息高速技术服务公司，在信息和技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。该公司提
27、倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统“是以Windows为平台，以SolidWorks为核心的各种应用的集成，包括结构分析、运动分析、工程数据管理和数控加工等，为中国企业提供了梦寐以求的解决方案。 SolidWorks是微机版参数化特征造型软件的新秀，该软件旨在以工作站版的相应软件价格的1/41/5向广大机械设计人员提供用户界面更友好，运行环境更大众化的实体造型实用功能。 SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为
28、主的机械产品设计及生产准备工作中，其价位适中。,6Cimatron CimatronCAD/CAM系统是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM产品，是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统。该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。 CimatronCAD/CAM系统自从80年代进入市场以来，在国际上的模具制造业备受欢迎。近年来，Cimatron公司为了在设计制造领域发展，着力增加了许多适合设计的功能模块，每年都有新版本推出，市场销售份额增长很快。1994年北京宇航计算机软件有限公司(BAC
29、S)开始在国内推广Cimatron软件，从8版本起进行了汉化，以满足国内企业不同层次技术人员应用需求。用户覆盖机械、铁路、科研、教育等领域，目前已销售200多套，市场前景看好,7. Pro/Engineer Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(PTC)的产品。PTC公司提出了单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，这种全新的概念已成为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准。利用该概念开发出来的Pro/Engineer软件能将设计至生产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工作，即实现所谓的并行工程。 Pro/Engineer系统实现了真正的全相关性
30、，任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方；具有真正管理并发进程、实现并行工程的能力；具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图；容易使用，可以极大地提高设计效率。 Pro/Engineer系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。Pro/Engineer建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植,8.I-DEAS I-DEAS是美国SDRC公司开发的CAD/CAM软件。I-DEASMasterSeries5于2004年6月20日在美国首次展示，引起了广泛的注意。该软件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工
31、程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。 I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。 SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I-DEASCAMAND是CAM行业的顶级产品。I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2轴、2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化。,1.高华CAD 高
32、华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统的研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、机械设计及绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的 CAD/CAE/CAM集成系统，它具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。G
33、HGEMS5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。,二、国内软件,2CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师 CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)。该公司是从事CAD/CAE/CAM软件与工程服务的专业化公司。 CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合所有需要二维绘图的场合，使设计人员可以把精力集中在设计构思上，彻底甩掉图板，满足现代企业快速设计、绘图、信息电子化的要求。CAXA-ME是面向机械制造业的自
34、主开发的、中文界面、三维复杂形面CAD/CAM软件。CAXA制造工程师1.0版于1996年推出，CAXA-ME2.0版于1998年3月发布，CAXA-ME2000版业已发布。目前的最新版本为CAXA实体设计2006和CAXA电子图版2005r3。,3GS-CAD98 GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统。该公司是国家科委高技术研究发展中心、浙江大学和中国航天总公司CAD/CAM中心在杭州联合创建的高新技术研究、开发和应用企业。大天公司集软件开发、工程应用、信息系统集成和计算机类产品销售为一体，是从事CAD/CAPP/CAM工程数据库和MIS/OA的开发、
35、应用、销售和服务的专业化高技术公司。 GS-CAD98是一个具有完全自主版权、基于微机、中文Windows95/NT平台的三维CAD系统。该软件是在国家“七五”重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上，参照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它实现了三维零件设计与装配设计，工程图生成的全程关联，在任一模块中所做的变更，在其他模块中都能自动地做出相应变更。,4金银花系统 金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。该系统是国家科委863/CIMS主题在“九五”期间科技攻关的最新研究成果。 该软件主要应用于机械
36、产品设计和制造中，它可以实现设计/制造一体化和自动化。该软件以STEP为系统设计的依据，采用面向对象的技术，使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、SDAI标准数据存取接口的技术;具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能;同时还具有多种标准数据接口，支持产品数据管理(PDM)。目前金银花系统的系列产品包括:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。 机械设计平台MDA(MechanicalDesignAssistant)是金银花系列软件之一，是二维和三维一体化设计系统。目前，MDA1.7版已投放市场，MDA99版也已发布。“
37、金银花”MDA在国内率先实现商品化，并向国外三维CAD软件发出了强有力的挑战。,5.开目CAD 开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件，它面向工程实际，模拟人的设计绘图思路，操作简便，机械绘图效率比AutoCAD高得多。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成，适合我国设计人员的习惯，是全国CAD应用工程主推产品之一。,第四节 我国CAD/CAM的发展状况,我国CAD/CAM技术发展较晚，发展速度较快。在“七五”期间国家提供了大量资金
38、开展了CAD/CAM的研究，许多大厂，研究所、高校引进了不少的CAD/CAM系统，在引进的基础上，通过消化吸收，开发不同的接口软件和前后置处理程序等。随后结合各行业的不同需要二次开发了一些典型零件，典型产品的软件，并且应用到了生产实际。随后许多高校和研究所在消化的基础上，开始开发自主版权的软件。 工厂中比较典型的有：第一汽车制造厂和第二汽车制造厂，天津内燃机研究所完成的“建立汽车计算机 辅助设计和辅助制造系统”项目洛阳拖拉机厂开发的轮式拖拉机的计算机辅助设计系统杭州汽轮机厂的CAD/CAM系统可以大大提高工厂的市场的应变能力。,国内的高等院校和研究所成果有：华中理工大学的OPB及机械部分的优化
39、设计程序。典型二维自主版权软件软件有华中科技大学的开目CAD、凯图CAD， 北京航空航天大学的CAXA软件、PANDA软件，清华大学和华中科技大学共同研制的CADMIS系统实现了参数化特征造型、曲面造型、数控加工、有限元分析的集成。 在数控方面南京航空航天大学的超人CAD/CAM和华中理工大学的GHNC均实现了复杂曲面的造型和数控代码的自动生成。工程数据库方面有华中科技大学的GHEDBMS和浙江大学的OSCAR。,1、软件性能价格比2、与硬件匹配3、二次开发环境4、开放性5、软件商的综合能力,CAD/CAM系统的选择原则,一、硬件选择原则,二、软件选择原则,1、系统功能 2、系统的开放性和可移
40、植性 3、系统升级扩展能力、系统可靠性、可维护性和服务质量。,CAD/CAM功能与任务,1CAD/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),2 CAD/CAM系统的主要任务,2 CAD/CAM系统的主要任务 几何造型 能够描述基本几何实体（如大小）及实体间的关系（如几何信息），能够进行图形图像的技术处理。几何建模技术是CAD/CAM系统的核心，它为产品的设计、制造提供基本数据和原始信息。 计算分析包括几何特征（如体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量等）和物理特征（如应力、 温度、位移等）的计算分析。如图形处理中变换矩阵的运算；几何造型中体素之间的交、并、差
41、运算；工艺规程设计中工序尺寸、工艺参数的计算；结构分析中应力、温度、位移等物理量的计算等，为系统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。因此，要求CAD/CAM系统对各类计算分析的算法正确、全面，而且数据计算量大，还要有较高的计算精度。,CAD/CAM系统的主要任务,工程绘图工程绘图 这是CAD系统的重要环节，是产品最终结果的表达方式。CAD/CAM系统有处理二维图形的能力，包括基本图元的生成，标注尺寸，图形编辑（比例变换、平移、拷贝、删除等），除此之外，系统还应具备从几何造型的三维图形直接向二维图形转换的功能结构分析结构分析 CAD/CAM系统中结构分析常用的方法是有限元法，这是一种数值近
42、似解方法，用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性计算，强度、振动、热变形、磁场、温度场强度、应力分布状态等计算分析。,2 CAD/CAM系统的主要任务,优化设计优化设计CAD/CAM系统应具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品或工程设计中的预定指标达到最优。优化设计包括总体方案的优化、产品零件结构的优化、工艺参数的优化等。优化设计是现代设计方法学中的一个重要的组成部分。计算机辅助工艺规程设计 (CAPP)计算机辅助工艺规程设计（CAPP） 设计的目的是为了加工制造，而工艺设计是为产品的加工制造提供指导性的文件。因此， CAPP是CAD与CAM的中间环节。CAPP系统应当根据
43、建模后生成的产品信息及制造要求，人机交互或自动决策出加工该产品所采用的加工方法、加工步骤、加工设备及加工参数。CAPP的设计结果一方面能被生产实际应用，生成工艺卡片文件，另一方面能直接输出信息，为CAM中的NC自动编程系统接收、识别，直接转换为刀位文件。,2 CAD/CAM系统的主要任务,NC自动编程在分析零件图和制订出零件的数控加工方案之后，采用专门的数控加工语言（例如APT语言），制成穿孔纸带输入计算机。其基本步骤通常包括： 编程 手工或计算机辅助编程，生成源程序。 前处理 编译源程序，求出刀位文件。 后处理 将刀位文件转换成零件的数控加工程序。,模拟仿真,模拟:根据设计要求，建立一个工程
44、设计的实际系统模型，例：机构、机械手、机器人。仿真:通过对系统模型的试验运行，研究一个存在的或设计中的系统，通常有加工轨迹仿真，机构运动学仿真，机器人仿真，工件、机床、刀具、夹具的碰撞、干涉检验等。 目的在于：预测产品的性能，模拟产品的制造过程、可制造性，避免损坏，减少制造投资。,2 CAD/CAM系统的主要任务,工程数据管理 由于CAD/CAM系统中数据量大、种类繁多，又不是孤立的系统，因此，CAD/CAM系统应能提供有效的管理手段，支持工程设计与制造全过程的信息传输与交换。随着并行作业方式的推广应用，还存在着几个设计者或工作小组之间的信息交换问题，因此，CAD/CAM系统应具备良好的信息传输管理功能和信息交换功能。 特征造型 特征建模是一种建立在实体建模的基础上，利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法，它不仅包含与生产有关的信息，而且还能描述这些信息之间的关系。,
