1、第三篇 机电一体化制造系统 第六章 计算机辅助设计与辅助制造系统（CAD/CAM） （Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing）,第一节 CAD、CAM及CAD/CAM的概念,一、CAD的定义使用计算机系统来辅助一项设计的建立、修改、分析或优化，叫做计算机辅助设计。,二、CAM的定义通过直接或间接地把计算机与工厂生产设备联系起来，实现用计算机对加工制造系统进行计划、管理、控制及操作的过程，叫做计算机辅助制造。,三、CAD/CAM的定义从设计到制造的整个过程应用计算机进行有关信息处理的技术，叫做计算机辅助设计与辅助制造。,这里有两个需要
2、强调的常识性问题：1. CAD/CAM和CAM是机电一体化制造系统，而CAD不是机电一体化制造系统。,2. CAM出现在先（20世纪50年代）， CAD出现在后（20世纪60年代）。,第二节 CAD系统一、CAD系统完成的任务CAD系统完成的设计任务主要有以下四个方面：几何建模、工程分析、设计审查与评价、自动绘图。,1几何建模几何建模是把物体的几何形状转换为适合于计算机的数学描述。,在几何建模时，通过以下方式在计算机屏幕上构成物体图形：（1）产生基本的几何元素，例如点、线和圆等；（2）对这些元素进行比例（放大、缩小）、平移、旋转或其它变换；（3）把这些元素连接成所要求的物体形状，这个物体形状则
3、在交互计算机系统中产生。,2工程分析（也称为CAE，计算机辅助工程（分析）,在工程分析中包括结构分析的“应力应变”计算，或用微分方程来描述所设计系统的动态特性。,例如，大部分CAD系统中都有有限单元法的分析功能；有些CAD系统有优化软件包；有些CAD系统还有质量特性分析功能（计算物体的表面积、重量、体积、重心、转动惯量，对平面计算周长、面积或截面惯性矩）。,3设计审查与评价（1）将设计图形密集的部分放大后进行审查、修改；（2）对装配图中的零件空间位置进行干涉检查。,4自动绘图自动绘图过程是直接从CAD数据库中产生出硬拷贝工程图（图纸或胶片等），通常是用绘图机、打印机以喷墨、激光打印等方式打印出
4、图纸。,二、CAD系统的组成CAD系统如图所示。,CAD系统,CAD硬件系统,应用 软件,CAD软件系统,支持 软件,系统 软件,外部设备,计算机,图中所示的组成部分有：外部设备：硬盘、显示器、打印机、绘图机、数字化仪、扫描仪等。,系统软件：与硬件相配合工作，用来管理和控制计算机各部分运行的软件，如Windows操作系统等。,支持软件：是用户进行计算机辅助设计的开发平台，用户使用支持软件来开发用于各种具体用途的应用软件，如类似于AutoCAD的开发软件。,应用软件：是为各个领域的各种专门用途开发的软件，一般由用户自行开发。,三、CAD系统的类型按所用计算机的规格分类,1基于大中型计算机的CAD
5、可进行汽车外形、车体、底盘以及飞机外形等的设计。,2基于中小型计算机的CAD系统用于减速机、电机等的设计。,3基于超级微机的CAD系统（工作站类型）可以胜任中小型计算机的CAD工作。所谓超级微机是指运算速度、内存、硬盘都远超过普通台式微机的工作站类型的计算机。（90年代初期，超级微机时钟速度2533MHz，内存128M，硬盘418840M，外接硬盘621G）。,4基于PC机的CAD,第三节 CAM系统一、CAM系统完成的任务1工艺准备（计算机辅助工艺设计，CAPP，Computer Aided Process Planning）,（1）工艺规程的制定*确定毛坯形状*决定零件加工工序,（2）工艺
6、装备计划制定*选择加工所用机床*确定装夹方法*选择加工用刀具、夹具、量具*设计专用的刀具、夹具、量具,（3）加工数据的确定和生成*确定切削用量*计算工时定额及成本,2制造过程控制与管理（1）零件制造（数控机床加工）过程的控制（2）自动装配过程的控制（3）质量检验管理（4）运输和搬运管理（5）存储管理,二、CAM系统的分级结构一个工厂或车间的CAM系统是很复杂的。为了便于研究和发展，把整个系统划分成一系列具有特定功能的分系统，然后还可再分为更小的子系统。因此，一个大规模的CAM系统包含二级或三级计算机分级结构。,中央计算机,材料分配 工件传送 工夹具传送 维 修,工艺设计,工艺路线 加工计划 工
7、夹具计划 数控数据,机床加工 质量控制,加 工,过程控制,（多台计算机）,（多台计算机）,（1台计算机）,三、CAM软件系统的类型1生产管理软件其中包括生产调度计划、物料需求计划、生产能力管理等软件。,2生产过程控制软件其中包括自动加工控制系统、自动装配控制系统、自动监测控制系统、自动搬运控制系统等软件。,3生产技术的相关软件（1）工艺数据库该数据库是CAM系统中数据的总存储处。其中包括工艺设计数据、工程设计数据、NC生产数据、生产调度数据、监控数据、质量控制数据、切削数据和管理数据。,（2）工艺规划软件该类软件主要完成CAPP（制定工艺路线和加工计划，制定工、夹、量具设计制造计划）以及生成N
8、C加工指令。,（3）质量规划软件其中主要包括质量计划子系统、质量检测子系统、质量评估与控制子系统、质量信息管理系统等软件。,第四节 CAD/CAM系统在这里，“/”译作“与”或“和”，实际上表示了“能力的结合”、“使之成为一个整体”的含义。,一、CAD与CAM结合的必要性独立的CAD系统和CAM系统在产品设计和加工制造中已发挥了重要的作用。,所存在的问题是：CAD系统不能自然地与CAM系统相衔接（信息中断），必须用人工转换和重新输入，造成工作效率低、信息丢失和重输错误等一系列问题，降低了系统的可靠性。,因此，必须将CAD、CAM系统有机地结合成为一个整体。,二、CAD与CAM一体化技术目前，解
9、决CAD与CAM结合的问题一般可通过两种途径：,CAD,专用接口程序,CAM,对已有的CAD和CAM系统利用接口把二者连接起来,对没有的CAD和CAM系统的情况，开发集成的CAD/CAM系统,1通过接口实现CAD与CAM的连接相互独立的CAD与CAM系统的连接，实质上是两个不同软件系统之间的连接。通常有两种连接方式：,（1）专用数据接口,专用接口程序的作用是：接收来自CAD系统的几何信息和技术要求，将这些信息重新组织，转换成CAM系统所能接受的形式，输入到CAM系统。这样的数据接口无通用性。,（2）采用标准格式进行数据转换,后 置 处理器,标准数据交 换格式文件,CAM,CAD,前 置 处理器
10、,在这种方式下，CAD的图形数据经过前置处理器形成IGES ( Initial Graphics Exchange Specification，初始图形交换规范)文件，再由后置处理器把IGES文件进行处理，生成CAM系统的内部数据格式。,2CAD/CAM系统集成,传统的CAD系统的计算机内部模型主要致力于对几何形体的整体描述，但这种整体描述不能被CAM系统自动理解。,近年来，人们开始研究面向制造的特征造型技术，以求能够建立一种既能有效地进行CAD，又能为CAM系统所完全理解的计算机内部模型。特征造型技术通过形状特征、公差特征、加工特征、装配特征、材料特征、毛坯特征等对产品的几何信息和工艺信息进行全面的描述。,PDES（Product Data Exchange Specification，产品数据交换规范）是在IGES的基础上定义了更多的概念模型，具有特征造型的思想。,由于PDES采用了特征造型技术，它除了能够传递几何信息，还能够传递工艺信息（如加工方法、加工精度、尺寸公差等）。这些工艺信息是CAM系统所需要的。因此，应用PDES就能实现CAD/CAM系统的集成。,
