机电一体化概论第6章.ppt

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 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NC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,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。,