计算机辅助设计与制造(CADCAM)

一、CAD/CAM概论

本章主要是讲解CAD/CAM的基本概念、基本功能和工作原理等。

CAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术，是20世纪制造领域最杰出的技术之一。1．1 CAD/CAM的基本概念

CAD(Computer Aided Design):是指工程技术人员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等；

CAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根据产品制造工艺要求，交互或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法的选择、工艺路线和工序的设计等；

CAM(Computer Aided Manufacturing):制造人员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程、制造过程控制、质量检测等。

1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM

传统制造概念与过程如图1。1

现代制造概念与过程

利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM

几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人的工作，特别是创造性的工作。

2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制与质量控制等内容。

3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息流。

4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。

1.1.2 CAD/CAM的基本功能

在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信息管理等工作。因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能：

1、产品与过程的建模

如何用计算机能够识别的数据（信息）来表达描述产品。如产品形状结构的描述、产品加工特性的描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件描述出来等等。

2、图形与图象处理

在CAD/CAM系统中，图形图象仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达图形、对图形进行各种变换、编辑、消隐、光照等处理是CAD/CAM的基本功能。

3、信息存储与管理

设计与制造过程会产生大量、种类繁多的数据，如设计分析数据、工艺数据、制造数据、管理数据等。数据类型有图形图象、文字数字、声音、视频等；有结构化和非结构化的数据；有动态和静态数据等。怎样将CAD/CAM系统产生这些大量的电子信息存储与管理好，是CAD/CAM的必备功能。采用工程数据库。

4、工程分析与优化

计算体积、重心、转动惯量等，机构运动计算、动力学计算、数值计算，优化设计等。CAE

5、工程信息传输与交换

信息交换有CAD/CAM系统与其他系统的信息交换和同一CAD/CAM系统中

不同功能模块的信息交换。

6、模拟与仿真

为了检察产品的性能，往往需要对产品进行各种试验与测试，需要专门的设备与生产出样品，并具有破坏性，时间长，成本大。通过建立产品或系统的数字化模式，采用计算机模拟技术可以解决这一问题。如加工轨迹仿真，机构运动仿真，工件、刀具和机床碰撞与干涉检验等。

7、人机交互

数据输入、路线与方案的选择等，都需要人与计算机进行对话。人机对话交互的方式有软件界面与设备（键盘、鼠标等）

8、信息的输入与输出

信息的输入与输出有人机交互式输入输出与自动输入输出。

CAD/CAM的具体功能见图1.3 P4

1.1.3 CAD/CAM系统的组成与工作过程

如图1.4 P5

1.2 CAD/CAM技术的发展回顾

1.2.1CAD技术的发展

1．形成期1950 MIT CRT(阴极射线管) →计算机能够处理图形→计算机图

形学。

2. 发展期50年代光笔→交互式会图60年代屏幕菜单点击、功能键盘、光笔定位、图形动态修改。1962 美国Ivan Sutherland 第一个交互式图形系统（SketchPad）2D系统

3、成熟期

1973实体造型技术实体造型软件3D系统

4.集成期

信息分散、不能共享，不能发挥合力效益，开发专用接口，成本大，自动化程度不高等等集成CAD/CAM.

1.2.2 CAM技术的发展

1952年数控机床→1955自动编程工具（APT）1958自动换刀系统→加工中心（MC）1962工业机器人→物料搬运自动化，利用一台计算机控制多

台数控设备→(直接数控系统)DNC →FMS.

70年代，交互式图形编程系统，CAM成熟

智能化，集成化，自动化。

1.2.3 CAPP技术的发展

1969年，挪威，成组技术，零件分类归族，典型样件与典型工艺AutoPros

1980年，英国AutoCAP. 派生式CAPP系统。简单，实用，成本低，周期短；但与企业的特性相关度高，一般不适合于其他企业。

采用规则，推理，根据工艺的特性，自动生成工艺路线，成为创成式CAPP，自动化程度高，适合于多种企业。但由于工艺过程涉及的因素多，开发周期及

成本高，目前仍然在研究阶段。

80年代中期，CAPP专家系统。

1.2.4 CAD/CAM的集成技术

CAD、CAPP、CAM技术长时间独立发展，使数据结构、软件结构、平台等方面有很大差异。系统之间不能进行自动的数据交换，需要大量的人工参

与以完成数据传输工作，严重阻碍CAD、CAPP、CAM技术的效益与发展。

80年代，人们致力于CAD、CAPP、CAM技术集成研究。相继推出了CADAM、

CATIA、UG、Pro/E等。