计算机辅助设计与制造(第一章).ppt

计算机辅助设计与制造第一章 CAD/ CAM概述 刘德良 交通运输装备与海洋工程学院机械工程系 内容提要 1.1 CAD/CAM技术的基本概念 1.1 CAD/CAM技术的基本概念 CAD是指工程技术人员以计算机为工具，借助计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，用各自的专业知识，对产品进行的总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。一般认为，CAD的功能包括草图设计、零件设计、装配设计、工程分析、自动绘图、真实感显示及渲染等。 CAPP是指工程技术人员以计算机为工具，根据产品设计所给出的信息，对产品的加工方法和制造过程进行的工艺设计。一般认为，CAPP的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计和工时定额计算等。其中，工序设计又包括装夹设备的选择或设计、加工余量分配、切削用量选择以及机床、刀具、夹具的选择和生成必要的工序图等。 1.3 CAD/CAM技术的应用 ：CAD/CAM应具备的基本功能 （1）. 产品建模 几何建模功能是CAD/CAM的核心功能。几何建模提供所提供的有关产品设计的各种信息是后继作业的基础，几何建模包括以下三部分内容： 1）零件的几何造型：在计算机中构造出零件的几何结构模型，并能够以真实感很强的方式显示零件的三维效果，供用户随时观察、修改模型。2）产品的装配建模：在计算机中构造出产品及部件的三维装配模型，解决三维产品模型的复杂的空间布局问题，完成三维数字化装配及干涉分析，分析和评价产品的可装配性，避免真实装配中的种种问题：对运动机构进行机构内部零部件之间及机构与周围环境之间的干涉碰撞分析检查，避免各种可能存在的碰撞问题。 3）DFX分析：包括DFA(面向装配的设计)、DFM(面向制造的设计)、DFC(面向成本的设计)、DFS(面向服务的设计)等。在零部件设计时，运用DFX技术在计算机中分析和评价产品的可装配性和可制造性，可以避免一切导致后继制造困难或制造成本增加等不合理的设计。 1.3 CAD/CAM技术的应用 ：CAD/CAM应具备的基本功能 （2）工程分析与优化 常用的工程分析内容包括：： （1）运动学、动力学分析（Kinematics Dynamatic）。对机构的位移、速度、加速度以及关节的受力进行自动分析，并以形象直观的方式在计算机中进行运动仿真，从而全面了解结构的设计性能和运动情况，及时发现设计问题，进行修改。 （2）有限元分析（Finite Element Analysis）。结构分析常用的方法是有限元法，用有限元法对产品结构的静态特性、动态特性、强度、振动、热变形、磁场、流场等进行分析计算。 （3）优化设计（Optimization）。为了追求产品的性能，不仅希望设计的产品是可行的，而且希望设计的产品是最优的，比如，体积最小、重量最轻、寿命最合理等。因此，CAD/CAM应具有优化设计的功能。优化包括总体方案的优化、产品零件结构的优化及工艺参数的优化等。 （3）. 工程绘图 CAD/CAM系统应具备处理二维图形的能力，包括基本视图的生成、标注尺寸、图形的编辑及显示控制等功能，以保证生成合乎生产实际要求、符合国家标准的产品图样。 CAD/CAM系统应具有二、三维图形之间的转换功能，即从三维几何造型直接生成二维图形，并保持二维图形和三维造型之间的信息关联。 （4）. 计算机辅助工艺规程设计 CAPP系统应能根据建模后生成的产品信息及制造要求，自动决策出加工该产品所应采用的加工方法、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采用，生成工艺卡片文件；另一方面能直接输出一些信息，为CAM中的NC自动编程系统接收、识别，直接转换为刀位文件。 （5）. NC自动编程 CAD/CAM系统应具备三、四、五坐标机床的加工产品零件的能力，能够直接产生刀具轨迹，完成NC加工程序的自动生成。 （6）. 模拟仿真 通过模拟仿真软件代替、模拟真实系统的运行，避免了现场调试带来的人力、物力的投入以及加工设备损坏的风险，减少成本并缩短了产品的设计周期。 （7）. 工程数据处理和管理 CAD/CAM系统应能提供有效的管理手段，采用工程数据库作为统一的数据环境，实现各种工程数据的管理，支持工程设计与制造全过程的信息流动与交换。 1.4 CAD/CAM系统的组成 1.5 CAD/CAM系统的硬件 一个典型的CAD/CA