CAD／CAM的基本概念
CAD／CAM的基本概念
CAD/CAM的根本概念一、概念CAD(计算机辅助设计)和CAM(计算机辅助制造)是60年代以来迅速开展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术。
计算机辅助设计和制造，简称CAD/CAM，指的是以计算机作为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动。
计算机辅助设计是人相计算机相结合、各尽所长的新型设计方法。
从思维的角度看，设计过程包含分析和综合两个方面的内容。
人可以进展创造性的思维活动，将设计方法经过综合、分析，转换成计算机可以处理的数学模型和解析这些模型的程序。
在程序运行过程中，人可以评价设计结果，控制设计过程；计算机那么可以发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务。
人和计算机相结合，在设计过程中两者发挥各自的优势，有利于获得最优设计结果，缩短设计周期。
计算机辅助制造是利用计算机对制造过程进展设计、管理和控制。
一般说来．计算机辅助制造包括工艺设计、数控编程和机器人编程等内容。
工艺设计主要是确定零件的加工方法、加工顺序和所用设备。
近年来，计算机辅助工艺设计(CAPP)已逐渐形成了一门独立的技术分支。
当采用NC(Numerical control数控)机床加工零件时，需要编制NC机床的控制程序。
计算机辅助编制NC程序，不但效率高，而且错误率很低。
在自动化的生产线上，采用机器人完成装配相传送等项任务。
利用计算机也可以实现机器人编程。
在这里的CAM局部，主要阐述NC加工原理与程序编制，而不涉及机器人编程问题。
计算机辅助设计和计算机辅助制造关系十分密切。
开场，计算机辅助几何设计和数控加工自动编程是两个独立开展的分支。
但是随着它们的推广应用，二者之间的相互依存关系变得越来越明显了。
设计系统只有配合数控加工，才能充分显示其巨大的优越性。
另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥其效率。
所以，在实际应用中二者很自然地严密结合起来，形成了计算机辅助设计与制造集成系统。
CADCAM发展历程及基本概念
CADCAM发展历程及基本概念CADCAM是计算机辅助设计与计算机辅助制造的缩写，它由计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）两个部分组成。
CAD是使用计算机进行产品设计和绘图的技术，而CAM则是利用计算机来控制和管理产品制造的技术。
CADCAM技术的发展历程可以追溯到计算机的发展以及制造业的转型。
1.1960年代至1980年代初期：这一阶段的CADCAM技术主要应用于航空航天、汽车和国防等高端制造领域。
最早的CADCAM系统是通过主机与绘图台等外围设备进行交互的，设计师通过绘图板进行草图设计。
此阶段没有专门的CAD软件，设计师主要通过自定义编程进行设计。
2. 1980年代中期至1990年代：此阶段出现了更多的CAD软件，如AutoCAD和Pro/ENGINEER等。
这些软件提供了更多的功能和用户友好的界面，使得设计师可以更方便地进行设计。
同时，随着计算机的性能提高，CADCAM系统开始支持三维模型的设计。
3.1990年代至今：随着计算机硬件和软件技术的不断发展，CADCAM技术开始广泛应用于各个行业。
设计师可以通过CAD软件进行虚拟设计和仿真，在产品制造前进行全面的测试和分析。
CAM技术也得到了快速发展，通过数字化控制（CNC）系统，计算机可以直接控制机床、激光切割机等制造设备进行加工。
基本概念：3.三维建模：三维建模是CAD中最基本的操作之一，通过三维建模可以创建具有三维形状的物体。
设计师可以通过建立三维模型来进行更直观的设计和仿真。
4.仿真和分析：CAD软件提供了各种仿真和分析工具，可以对产品在实际环境中的性能进行模拟和测试。
例如，可以对产品的强度、运动学特性和流体力学特性进行分析，以优化设计和提高产品质量。
5.数字化控制（CNC）：数字化控制是一种利用计算机控制机床和其他制造设备进行自动化加工的技术。
CAM系统可以生成CNC程序，将设计的模型转化为机床的运动轨迹，以实现精确的加工。
模具CAD、CAM
1-1模具CAD/CAM的基本概念模具CAD/CAM现阶段应该指广义的计算机技术在模具设计与制造中的应用，一般包括计算机辅助设计[CAD]、计算机辅助工程分析[CAE]、计算机辅助制造[CAM]、计算机辅助工艺过程设计[CAPP]、产品数据管理系统[PDM]等内容。
计算机辅助工程分析是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，从而及早发现设计缺陷，是实现模具优化的主要支持模块。
计算机辅助工艺过程设计是指根据产品设计阶段给出的信息，人机交互或自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。
产品数据管理系统是以软件、计算机网络、数据库、分布式计算等技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源的一体化集成管理的技术。
1-2模具CAD/CAM系统的组成一个完善的CAD/CAM系统应具有的7大功能：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。
模具CAD/CAM系统的运行环境由硬件、软件和人三大部分组成。
硬件主要包括计算机及其外围设备，广义上讲硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床等。
硬件是CAD/CAM系统运行的基础。
软件是CAD/CAM系统的核心，包括系统软件、支撑软件和应用软件等。
模具CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络设备和自动化生产装备等组成。
由专门的输入及输出设备来处理图形的交互输入与输出问题，是CAD/CAM系统与一般计算机系统的明显区别。
根据CAD/CAM系统的运行环境，所用计算机的类型、规模和性能等级，可归纳为主机系统、小型成套系统、分布式工程工作站系统和微型机系统四种配置形式。
主机是CAD/CAM系统的硬件核心，主要由中央处理器[CPU]和内存储器[简称内存]组成。
计算机辅助设计及制造技术
• （2）常用的数据排序算法和查找算法
•
1）数据的排序算法。
•
2）常用的查找算法。
•
3）数据的插值。
•
4）曲线拟合。
一、概 述
计算机辅助设计（CAD）利用计算机 软硬件技术辅助设计人员对产品、工程进 行分析计算、几何建模、模拟仿真、优化 设计、绘制工程图样等的管理、生成技术 文件等的方法技术。
1．计算机图形显示输出设备
计算机图形的显示与相应的显示设备 有密切的关系，显示器分辨率的高低对 图形的生成质量和真实感有直接的关系。
常见的显示设备如：阴极射线管显 示器、液晶显示器、等离子显示器等等。
输出设备通常包括：打印机、绘图 仪、头盔显示器等。
2．图形元素生成的基本原理
计算机图形学的实质就是通过计算机将数 据转换为图形，并在显示器上进行实时显示。
Oracle数据库是一种大型数据库系统，一 般应用于商业，政府部门，它的功能强大，能 够处理大批量的数据，在网络方面也用的非常 多。
第3章
计算机图形处理及建模技术
• 基本内容 • 1．计算机图形显示输出设备 • 2．图形元素生成的基本原理 • （1）图形元素生成的基本算法。 • （2）图形的几何变换。 • （3）图形真实感处理简介。 • 3．几何建模方法 • （1）线框建模。 • （2）表面建模。 • （3）实体建模。 • （4）边界表示法。 • （5）实体结构几何法（CSG法）。 • （6）特征建模。
(3) 网状结构
网状结构是多对多得结构关系，比树结构更为复 杂的一种非线性结构，它的每个节点可能有多个前趋， 也可能有多个后继，节点的联系是任意的，它的每条 边具有相应的含义及权值。
3.数据库系统及应用
(1) 数据库系统的基本概念及分类
CADCAM简介
应用 数据库层
数据库系统 网络层 操作系统
分布式关系数据库系统（、OpenBASE、DM） TCP/IP、Intranet/LAN Windows、Unix
CAM有广义和狭义两种定义。广义的CAM是指工程技 术人员在计算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完 成从准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设 计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控 制、质量检测与分析等。狭义的CAM通常是指数控 (Numerical Control，简称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。在生产过程中，使用CAM技术能提高生产质量、 减低成本、缩短生产周期、改善劳动条件等。
真实感模型
比例油土模型
复杂曲面设计
CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结
构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传
导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析
计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近
似数值分析方法。可对产品的实体模型进行评
估，及早发现设计缺陷，并能正确评价计算分
析结果。
波音777的研发过程中采用CAE数字化样机技术， 节省了大量物理样机试飞次数，仅一次试飞即获 得成功，而每次物理样机实验需花费1亿美元。 CAE技术在汽车工业中的应用，使新车开发周期 由原来的5~6年缩减到现在的1~2年。
“鲨鱼皮”背后的神秘技术
北京奥运会 “水立方”在 9天内我们见证了19项新 的世界纪录和7项新的奥运会纪录的诞生，见证了 泳坛巨星菲尔普斯身着“鲨鱼皮”泳衣勇夺8金的 奥运传奇…… “鲨鱼皮”在水立方掀起的夺金狂潮，让这款泳衣在 国人心中愈加神秘；其实“鲨鱼皮”泳衣正是应用 了CAE技术，下面让我们来了解CAE技术是如何铸 就“鲨鱼皮”的传奇的。
CADCAM发展历程及基本概念
CADCAM发展历程及基本概念CAD-CAM发展历程及基本概念CAD/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing），即计算机辅助设计与计算机辅助制造，是⼀门基于计算机技术⽽发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术。
第⼀节CAD/CAM发展历程及基本概念⼀、CAD/CAM发展历程1. CAD、CAM技术的发展历程CAD技术从出现⾄今⼤致经历了五个阶段：（1）孕育形成阶段（20世纪50年代）。
（2）快速发展阶段（20世纪60年代）。
（3）成熟推⼴阶段（20世纪70年代。
（4）⼴泛应⽤阶段（20世纪80年代）。
（5）标准化、智能化、集成化阶段（20世纪80年代后期）2. CAE技术的发展历程CAE技术的发展⼤致经历了三个阶段：（1）技术探索阶段（20世纪60~70年代）。
（2）蓬勃发展时期（20世纪70~80年代）。
（3）成熟推⼴时期（20世纪90年代）。
⼆、CAD/CAM基本概念⼀般认为，CAD是指⼯程技术⼈员在⼈和计算机组成的系统中，以计算机为辅助⼯具，通过计算机和CAD软件对设计产品进⾏分析、计算、仿真、优化与绘图，在这⼀过程中，把设计⼈员的创造思维、综合判断能⼒与计算机强⼤的记忆、数值计算、信息检索等能⼒相结合，各尽所长，完成产品的设计、分析、绘图等⼯作，最终达到提⾼产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品⽣产成本的⽬的。
CAD的功能可以⼤致归纳为四类，即⼏何建模、⼯程分析、动态模拟和⾃动绘图。
为了实现这些功能，⼀个完整的CAD系统应由科学计算、图形系统和⼯程数据库等组成。
科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等；图形系统则包括⼏何造型、⾃动绘图、动态仿真等；⼯程数据库对设计过程中需要使⽤和产⽣的数据、图形、⽂档等进⾏存储和管理。
CAM是指应⽤电⼦计算机来进⾏产品制造的统称，有狭义CAM和⼴义CAM。
CADCAM-第一章.概述
一、CAD/CAM的基本功能
交
图
存
输
互
形
储
入
功
显
功
输
能
示
能
出
功
功
能
能
1.交互功能
人机接口是CAD/CAM系统中用户与系统连接的
桥梁
友好的用户界面，是用户直接而有效地
完成复杂设计任务的必要条件
除软件中界面设计外，还必须有交互设 备实现人与计算机之间的不断通信
2.图形显示功能
CAD/CAM是一个人机交互的过程，从产品的造型、 构思、方案的确定，结构分析到加工过程的仿真，系 统随时保证用户能够观察、修改中间结果，实时编辑 处理。
产品设计阶段
设计人员以计算机为辅助工具完成各项工作， 即计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)。
生产准备阶段
工艺人员借助计算机根据产品设计阶段给出的 信息和产品制造的工艺要求，交互或自动地完成各 项工作，即计算机辅助工艺过程设计
(Computer Aided Process Planning，CAPP)。
空间的保障。
CAD/CAM系统运行时，数据
量很大，有很多算法往往生成
大量的中间数据，尤其是对图
形的操作、交互式的设计以及
IBM737Байду номын сангаасMagnetic core
storage unit
结构分析中的网格划分等。
4.输入输出功能
CAD/CAM系统运行中，用户需不断地将有关设计 的要求、各步骤的具体数据等输入计算机内，通过计 算机的处理，能够输出系统处理的结果。
生产人员完成从生 产准备到产品制造 出来的过程中的各 项活动，包括作业 计划、零件加工、 装配和性能检验。
cadcam概论
无 手工 （只有手工 编程 没有 编制） 编制）
CAD/CAPP集成的方法 集成的方法
一、两者集成的关键问题： 两者集成的关键问题： CAD系统提供的零件几何信息需重组成具有加工 系统提供的零件几何信息需重组成具有加工 意义的加工特征和加工表面信息 CAD系统还应能提供 系统还应能提供CAPP所需的材料表面粗糙 系统还应能提供 所需的材料表面粗糙 尺寸公差、 度、尺寸公差、形位公差等非几何信息 国内外对CAD/CAPP集成进行了大量的研 国内外对 集成进行了大量的研 概括起来有以下一些解决技术 解决技术： 究，概括起来有以下一些解决技术：
CAD/CAM系统集成度的分类
集成度 CAD
低
接口
CAPP
NCP
特点
中
高
设计与 绘图机 制造独 输出 立进行 工程图 效率低 实现了 几何模 几何数 具有几何 交互方式的 交互方 型的传 据连接 式的NCP 模型 CAPP 式的NCP 输 ，效率 较高 真正集 具有完备 产品模 自动 自动 成效率 的产品信 型的传 很高 CAPP NCP 输 息模型
二、计算机辅助图形设计的自动编程
将设计好的零件图显示在屏幕上，由编程 将设计好的零件图显示在屏幕上， 人员指定要加工的表面， 人员指定要加工的表面，并回答软件提出 的一些问题，诸如对刀点、走刀方式、 的一些问题，诸如对刀点、走刀方式、切 削用量参数等，然后由系统进行自动编程， 削用量参数等，然后由系统进行自动编程， 形成刀位数据文件或APT程序，再经后处 程序， 形成刀位数据文件或 程序 变成机床所需的NC代码 代码。 理，变成机床所需的 代码。 三、从CAD获取信息的自动编程 获取信息的自动编程 NCP所需的零件形状信息直接从 所需的零件形状信息直接从CAD那 所需的零件形状信息直接从 那 里得到， 里得到，但这样的集成系统大部分缺乏工 艺分析能力，而是靠工艺人员输入所需的 艺分析能力， 工艺信息。因此，只有CAD/CAPP/NCP集 工艺信息。因此，只有 集 成在一起才能实现真正的自动编程。 成在一起才能实现真正的自动编程。
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CAD／CAM的基本概念
cad/cam的基本概念
一、概念
cad(计算机辅助设计)和cam(计算机辅助制造)是60年代以来迅速发展起来的一门新
兴的综合性计算机应用技术。
计算机辅助设计和制造，简称cad/cam，指的是以计算机作
为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动。
计算机辅助设计是一种将人与计算机结合起来，充分利用两者优势的新型设计方法。
从思维的角度来看，设计过程包括分析和综合。
人们可以进行创造性思维活动，综合和分
析设计方法，并将其转化为数学模型，然后由计算机和程序处理以分析这些模型。
在程序
运行过程中，人们可以对设计结果进行评估，控制设计过程；计算机可以充分发挥其分析、计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、仿真、优化等数值分析任务。
人机结合可
以在设计过程中充分发挥各自的优势，有利于获得最优的设计结果，缩短设计周期。
计算机辅助制造是利用计算机对制造过程进行设计、管理和控制。
一般说来．计算机
辅助制造包括工艺设计、数控编程和机器人编程等内容。
工艺设计主要是确定零件的加工
方法、加工顺序和所用设备。
近年来，计算机辅助工艺设计(capp)已逐渐形成了一门独立
的技术分支。
当采用nc(numericalcontrol数控)机床加工零件时，需要编制nc机床的控
制程序。
计算机辅助编制nc程序，不但效率高，而且错误率很低。
在自动化的生产线上，采用机器人完成装配相传送等项任务。
利用计算机也可以实现机器人编程。
在这里的cam
部分，主要阐述nc加工原理与程序编制，而不涉及机器人编程问题。
计算机辅助设计和计算机辅助制造密切相关。
起初，计算机辅助几何设计和数控加工
自动编程是两个独立的分支。
然而，随着它们的普及和应用，它们之间的相互依赖性越来
越明显。
只有与数控加工相配合，设计系统才能充分发挥其巨大的优势。
另一方面，数控
技术只有依靠设计系统生成的模型才能发挥其效率。
因此，在实际应用中，二者自然紧密
结合，形成了计算机辅助设计与制造集成系统。
一般来说，CAD/CAM系统就是指这种集成
系统。
在CAD/CAM系统中，公共数据库中的数据可以用于设计和制造的各个阶段。
公共数
据库将整个设计和制造过程紧密联系在一起。
数控自动编程系统使用设计结果和生成的模
型来形成数控加工机床所需的信息。
CAD/CAM可以大大缩短产品的制造周期，显著提高产
品质量，产生巨大的经济效益。
cad/cam系统可以从不同的角度加以分类。
根据系统的功能范围，CAD/CAM系统可分为通用系统和专用系统。
通用CAD/CAM系统
功能齐全，应用广泛。
例如，CATIA、I-DEAS、CADDSS、Pro/Engineer、Euclid和其他系
统都属于这一类。
这种CAD/CAM系统通常包括线框、实体和曲面造型模块、绘图模块、装
配和零件设计模块、有限元分析模块、数据交换和传输模块以及数控加工模块。
特殊
CAD/CAM系统是指为特定应用开发的系统。
这种系统只能应用于特定的专业或解决特定的
问题。
例如，模具CAD/CAM系统和注射模CAD/CAM系统就属于这一类。
按运行方式，cad/cam系统可分为交互式系统和自动化系统。
虽然人们正在研究以人
工智能方法为基础的cad/cam系统，但在目前的技术发展水平方面计算机尚难以自动地完
成设计和制造中的全部工作。
因此，绝大多数cad/cam系统都属于交互式系统。
这种系统
以交互方式运行，由计算机检索数据，分析计
计算结果以图形或数据的形式显示在屏幕上。
用户可以使用键盘和图形板等交互设备
输入参数、选择方案、修改设计和控制运行过程。
另外，cad/cam系统从硬件角度可分为主机系统、工作站系统和微机系统;按软件的开放性可分为交钥匙系统(turn―keysystem)和可编程系统(programmablesystem)。
随着计算机软硬件技术的飞速发展，CAD/CAM技术越来越完善，已广泛应用于机械、
电子、航空航天、建筑等部门。
CAD/CAM技术给传统的产品设计、制造和组织生产模式带
来了深刻的变化。
它已成为产品升级的关键技术，被称为工业革命的引擎。
在工业发达国家，CAD/CAM已经形成了一个具有相当规模的新工业部门，以促进各个行业的技术进步。
模具的设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。
随着制造工业的发展，产品对模具的要求越来越高。
传统的模具设计与制造方式已无法适应工业发展的需要，cad/cam技术成为解决模具设计与制造中的撂弱环节的有效途径。
随着模具cad/cam技术
的广泛应用，必将给模具行业的技术改造和发展带来深刻影响，从而大大促进制造业的发展。
二、计算机在设计和制造中的辅助作用
计算机辅助设计与制造这一术语本身包含了这样的意思，即在人能有效发挥作用的地
方不用计算机，反之在计算机可被有效利用的场合不用人。
计算机在设计和制造过程中起
重要的辅助作用，但不是取代人的作用。
为了弄清二者的作用，使人和计算机更好地结合，共同完成产品的设计与制造，有必要比较一下人和计算机的特点。
表1为人机特点的比较，由表中可以看出人和计算机的能力在绝大多数方面是互补的。
在某些地方人胜过计算机，
在另一些地方计算机则优于人。
表1人机特性对比项目人机项目人机可以通过经验判断逻辑推理信息的强度，想要模拟，系统提取重要推理和逻辑图像进行直觉，以及非格式化的组织感有多大，逻辑推理的
直接格式化和错误机会信息。
详细的非直观分析信息的存储能力随着时间的推移而变差变强，与时间分析相关的直观分析能力，与数值力相关的独立力能力强，分析能力差，对重
复工作的承受能力强。
计算机在设计和制造中的辅助作用主要体现在三个方面：数值计算、数据存储和管理以及绘图。
计算机作为计算工具使用的优越性显而易见。
人工计算容易发生错误的问题在这里得
到了完全的克服。
许多需要多次迭代的复杂运算，只有用计算机才能完成。
一些设计分析
方法、例如优化方法、有限元分析，离开计算机便难以实现。
计算机作为计算工具提高了
计算精度，保证了结果的正确性。
计算机可靠的存储能力使其能够在数据存储和管理中发挥重要作用。
例如，在传统设
计中，设计师必须从相关技术文件或设计手册中找到数据，这不仅昂贵
时，而且容易出错。
使用cad/cam系统时，标准的数据存放在统一的数据库中，检索
存储方便迅速。
有了数据库，设计人员便不再需要记忆具体的数据，也不必关心数据的存
储位置，可以全神贯注于创造性的工作。
绘画是工程语言，也是人们交流思想的工具。
尽管cam将逐渐消除图纸在制造中的作用，但图纸在审查设计方案和检查产品中的作用仍然存在。
图纸的绘制占整个设计工作量
的60%以上，因此计算机绘图是设计工作的有力辅助。
这就是为什么计算机绘图被广泛使
用的原因。
此外，实际设计中的大部分图纸仅在现有设计的基础上进行了部分修改。
图形
数据存储在图形库中后，可以重新使用、修改和编辑这些数据以生成新图形。
人和计算机相结合，恰当地发挥二者的作用对cad/cam十分重要。
在建立一个
cad/cam系统时，应在以下几个方面考虑人机的特点。
在产品和工艺设计中，经验和判断的结合是必不可少的，因此设计过程必须由人控制。
设计师应该能够在设计的所有阶段进行控制，并使用他们的直觉进行设计，而不必遵循计
算机的设计逻辑。
计算机的学习能力很差，学习任务应该由人来完成***
对于费时费力的数值分析工作，计算机可以高速精确地完成。
在设计中应尽可能多地
让计算机完成数值分析工作，使人有更多的时间利用数值分析的结果和他本身的直觉分桥
能力完成决策性的工作。
计算机具有永久存储信息的能力，并且对重复性工作有很强的耐力。
因此，在设计和
制造过程中，信息的存储和管理应该在人的指导下由计算机完成。
像画画这样乏味而累人
的工作适合计算机来完成，并将人们从重复的工作中解放出来。
计算机具有系统检错的能力，人则可用直觉方式检错。
一般说来，让计算机自动改正
错误是困难的。
因此，改正错误、修改设计的任务应由人来完成。
简而言之，计算机可以在设计和制造中起到重要的辅助作用。
正确处理人机关系，充
分发挥人机优势，是CAD/CAM中的一个重要问题。