计算机辅助设计与制造

1. 根据产品设计过程的特点，可将设计划分为:功能设计确定产品功能和结构之间的对 应关系。布局设计完成技术实体部分（零部件）的排列组合。参数设计定义零部件的几 何形状及尺寸参数。公差设计制定形状、位置及尺寸精度。2. 根据各设计任务所占的比重不同，又可将设计划为：新设计适应性设计参数化。3. 计算机辅助设计简称CAD，是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体设计、绘图、仿真、 分析及编写技术文档等设计活动的总称。4. 计算机辅助制造简祢CAM，是指使用计算机系统进行生产规划、管理和控制产品制造的全过程，它既包括与加工过程直 接联系的计算机监测与控制，也包括使用计算机来管理生产经营，提供计划进度表等。6. CAD/CAM系统的功能与任务：功能：人机交互功能（即人机接口）图形显示处理功能信息存贮与管理功能信息输入 输出功能工程信息传输与交换 任务:产品几何建模工程绘图工程计算分析有限元分析优化设计计算机辅助工 艺规程设计（CAPP）数控编程动态仿真工程数据管理应用软件二次开发7. 常见的CAD/CAM单项技术:计算机辅助工程分析简称CAE计算机辅助数控编程简称NCP计算机辅助质量控制简称CAQ虚拟设计简称VR-CAD 虚拟制造，简称VM计算机辅助绘图，简称CAG计算机辅助工艺设计简称CAPP企业资源计划简称ERP产品数据管理简称PDM8. CAD/CAM的发展趋势为：智能化、数字化、信息化（网络化）、柔性化。第二章CAD/CAM系统的组成：硬件系统、软件系统、技术人员。CAD/CAM硬件系统组成：计算机及其外围设备（主机、存储器、输入输/出设备、网络通信设备以及生产加工设备等有形物质设备）软件系统：包括系统软件、支撑软件和应用软件。CAD/CAM系统的软件：控制CAD/CAM系统运行，并使系统发挥最大功效的计算机程序、数据及相关文档资料的总和。CAD/CAM系统软件的主要作用：为用户提供一个清晰、简洁、易于使用的友好界面： 尽可能使计算机中的各种资源得到充分而合理的应用CAD/CAM系统软件具有两个特点：通用性。基础性。CAD/CAM系统软件主要包括：操作系统、编程语言、网络通讯及其管理三大部分。操作系统：是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的 最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。计算机编程语言：是用户将所要完成的任务转化为计算机所能识别并执行作业的基本工具。支撑软件：是各类应用软件的基础。CAD/CAM系统中的支撑软件诵常可包括：8. 各种高级语言编译系统、面向应用的二次开发环境、数据库系统、人机界面与人机交互系 统、零件造型系统、真实感图形显示系统、图形标准和软件包等。CAD/CAM系统中的支撑软件通常可包括： 几何建模软件绘图软件数据库系统软件有限元分析软件优化方法软件系统运动学/动力学模拟仿真软件数控编程软件系统计算机辅助工程集成软件第五章有限元分析步骤： 物体离散化：将形状复杂的连续体离散为有限个单元组成的等效组合体，这个过程称为离 散化。 单元特性分析：在对连续结构体进行离散化后，进一步根据工程问题的实际需要，采用 有限个节点参数来描述和分析单元的动力学或其它方面的物理特性，称为单元分析. 单元组合:利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的物体结构重新连接起来， 组装成整体的有限元方程。求解未知量有限元分析软件一般由三部分组成：前置处理、解算、后置处理。优化设计的数学模型包含三个要素：设计变量、目标函数和约束条件。建立数学模型的一般过程： 分析设计问题，初步建立数学模型。抓住主要矛盾，确定设计变量。 根据工程实际提出约束条件。对照设计实例修正数学模型。数学模型的建立不是一蹴而 就的。正确求解计算，估价方法误差。进行结果分析，审查模型灵敏性。优化设计的一般过程： 根据机械产品的设计要求，确定优化范围分析优化对象，准备各种技术资料建立合理而实用的优化设计数学模型选择合适的优化方法选用或编制优化设计程序计算机求解，优选设计方案分析评价优化结果第六章二次开发的一般原则I： 工程化原则模块化原则继承性原则标准化原则机械CAD软件二次开发工作主要包括如下内容： 交互式系统的完善。 交互式系统、数据库管理系统、有限元分析系统间的连接和相互调用，主要是各个系统不 高级语言的接口设计。 参数化设计模块的设计，主要包括常见零件的参数化绘图、参数化设计计算和校核计算几 个子程序。 界面设计，主要包括图标菜单设计、对话框设计等。 国家标准数据库的建立。工程符号和汉字的处理。工程数据的计算机处理主要包括三种方法： 工程数据程序化建立数据文件将建立数据库数据库定义:一个在数据库管理系统控制下的通用化的、综合性的有序数据集合。它可为各 类用户提供共享数据而又具有最小的信息冗余度，并能够保证数据与应用程序高度的独立性、 安全性和完整性。数据库的数据结构独立于使用数据的程序，其对数据的各种操作由系统进 行 统一的控制。数据库系统组成：是由数据库、数据库管理系统(DBMS)、数据库管理员和应用程序四部 分组成。第四章建模：将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部的数字化表示、分析、控制和输出的 几何形体的方法。建模技术应满足以下要求： 建模系统应具备信息描述的完整性。 建模技术应贯穿于产品生命周期的整个过程。 建模技术应为企业信息集成创造条件。设计人员必须输入以下3种命令，几何建模才能得到使用： 输入命令产生基本的几何元素。 命令对这些元素进行放大、缩小、旋转等其他变换。 命令把各个元素连接成所要求的物体形状。建模方法是将对实体的描述和表达建立在对几何信息、拓扑信息和特征信息处理的基础上的。线框几何模型 二维表示法，用于平面物体。 简单形式的三维表示法，由二维轮廓线延伸成简单形式的三维模型。 三维表示法，可以描述完整的、复杂形状的三维模型。建模技术的应用:设计生成图形生产制造装配几何建模的基础知识包括： 几何信息点：点、边、环、面、体、体素。 拓扑信息：反映三维形体中各几何元素的数量及其相互之间的连接关系。 非几何信息：包括零件的物理属性和工艺属性等。 非形体的表示：体、壳、面、环、边、顶点。 正则集合运算欧拉检验公式等内容。三维几何建模系统可划分为线框建模、表面建模和实体建模三种主要类型。.表面建模：表面模型是将物体分解为组成物体的表面、边线和顶点，并用表面、边线和顶 点的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型。有平面建模和曲面建模曲而建模的优、缺点：优： 在描述三维实体信息方面比线框建模严密、完整，能够构造出复杂的曲面，如汽车车 身、飞机表面、模具外形等； 可以对实体表面进行消隐、着色显示，也能够计算表面积； 可以利用建模中的基本数据进行有限元划分，以便进行有限元分析或利用有限元网格划分 的数据进行表面造型； 可以利用表面造型生成的实体数据产生数控加工刀具轨迹。缺： 曲面建模理论严谨复杂，所以建模系统的使用较复杂，并需一定的曲面建模的数学理 论及应用方面的知识； 这种建模虽然有了面的信息，但缺乏实体内部信息，所以有时产生对实体二义性的理解。 实体建模原理（定义）：用基本体素的组合并通过集合运算和基本变形操作来建立三维立体 的过程称为实体建模。它是实现三维几何实体完整信息表示的理论、技术和系统的总称。实 体建模是以基本体素（球、圆柱、立方体等）为单元体，通过集合运算（并、交、差等）生成所 需几何形体。基本实体构造方法：包括体素法和扫描法。布尔运算：将由以上方法产生的两个或两个以上的初始实体模型，经过集合运算得到新实体 的表示称为布尔模型，这种集合运算称为布尔运算。常用的有边界表示法(B-Rep)、构造实体表示法(CSG)、CSG与B-Rep混合表示法、扫描变换法等。特征建模方法：交互式特征定义、特征自动识别和基于特征识别。交互式特征实现步骤为：搜索产品几何数据库，从中找出与之匹配特征的具体类型；从 数据库中，选择并确定已识别的特征信息；确定特征的具体参数；完成特征几何模型; 组合简单特征，以获得高级特征特征建模包括：形状特征模型、精度特征模型、材料特征模型、装配特征模型、管理特征模型等。 形状特征模型其主要包括几何信息、拓扑信息，如描述零件几何形状以及与尺寸相关的 信息集合，包括功能形状、加工工艺形状等。 精度特征模型用来表达零件的精度信息，包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。 材料特征模型用来表达与零件材料有关的信息，包括材料种类、性能、热处理方式、硬 度值等。 装配特征模型描述零部件有关装配信息，如零件的配合关系、装配关系等。 管理特征模型描述与零件管理有关的信息，如标题栏和各种技术要求等。特征建模的功能预定义特征，并建立特征库；利用特征库，实现基于特征的零件设计 支持用户去自定义特征，并完成特征库的管理操作；对已有的特征可进行删除和移动操 作；在零件设计中，能实现提取和跟踪有关几何属性。形状特征模型包括:几何属性、精度属性、材料热处理属性及关系属性。自下而上装配造型的基本步骤：零件设计装配规划装配操作装配管理和修改装配分析其他图形表示白上而下装配造型的基本步骤：明确设计要求和任务装配规划设计骨架模型部件设计及装配零件级设计第七章CAPP(计算机辅助工艺设计)系统的功能是指利用计算机软硬件作为辅助工具，依据产品设计所给出的信息，对产品的加工、装配等制造 过程进行设计。CAPP的应用具有重要的意义，主要表现在： 可将工艺设计人员从烦琐和重复性的劳动中解放出来，去从事新产品及新工艺开发等创造 性的工作。 节省工艺过程编制的时间和费用，缩短工艺设计周期，降低生产成本，提高产品在市场上 的竞争力。 有助于将工艺设计人员的宝贵经验进行集中、总结和继承，提高工艺过程合理化的程度， 从而实现计算机优化设计。 较少依赖于个人经验，有利于实现工艺过程的标准化，提高相似或相同零件工艺过程的一 致性。 降低对工艺过程编制人员知识水平和经验水平的要求。 减少所需的工装种类，提高企业的适应能力。 CAPP是CAD与CAM的桥梁，为实CIMS创造条件。CAPP系统应具有的基本功能为：输入设计信息选择工艺路线，决定工序内容及所使用 的机床、刀具、夹具等决定切削用量估算工时与成本输出工艺文件等。CAPP系统主要分为类型:检索式CAPP系统派生式CAPP系统，即基于成组技术或基于 特征的CAPP系统创成式CAPP系统CAPP的基本技术主要包括以下几个方面：成组技术零件信息的描述与获取。工艺设计决策机制。工艺知识的获取及表示。工序图及其他文档的自动生成。NC加工指令的自动生成及加工过程的动态仿真。 工艺数据库的建立CAPP的发展现状：CAPP系统零件信息的描述与输入CAPP系统的通用性问题CAPP系统的柔性工艺数据库与知识库的建造 探索和研究有效的工艺决策方法和系统结构 工序尺寸的自动确定和工序图的自动生成CAPP的发展趋势：集成化趋势工具化趋势智能化趋势。成组技术(GT):是一门生产技术科学，即研究和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利 用事物的相似把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时 间和精力以取得所期望的经济效益。编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种方法。零件分类的基本依据： 结构特征零件的几何形状、尺寸大小、结构功能和毛坯类型等。 工艺特征零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙度、加工方法、材料、定位夹紧方式， 选用的机床类型等。 生产组织与计划特征加工批量、制造资源状况和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情 况。派生式CAPP系统的开发过程：选择零件分类编码系统零件分类归族零主样件的设计标准工艺规程的制定标准工艺规程的表达与工艺规程的筛选建立必要的工艺数据库或数据文件，以存储工艺 数据和规范。进行系统总体设计，实现对标准工艺的存储、检索、编辑和结果输出等。第八章数控加工的基本过程:根据零件加工图样，首先按零件图所规定的工件形状和尺寸、材料、 技术要求，进行工艺程序的设计与计算，确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具数据（包 括加工顺序、刀具与工件相对运动的轨迹、行程和进给速度等）。使用数控编程规定的指 令代码，按数控装置所能识别的“代码”形式编制零件加工程序单。通过手动方式或直 接数字控制方式将加工程序输入到数控机床控制系统，该控制系统将加工程序编译成计算机 能识别的信息，进行一系列的控制与运算，将运算结果以脉冲信号形式送给数控机床的伺服 机构。伺服机构带动机床各运动部件按照规定的速度和移动量有顺序的动作，自 动地实现工件的加工过程。数控编程内容：分析零件图样、工艺处理、数学处理、编写程序、输入数控 系统和程序检验。数控编程的步骤：确定工艺过程数学处理 编制加工程序单程序校验和试切削 数控编程方法：手工编程APT语言自动编程交互式图形编程 图形交互自动编程的基本步骤：几何造型加工工艺分析与决策刀位轨迹生成后置处理程序输出机床坐标系的几种重要的参考点：机床原点机床参考点工作原点装夹原点。第九章信息集成方式： 通过专用接口实现CAD/CAM集成 利用数据交换标准格式接口文件实现集成 基于数据库的CAD/CAM集成TEP标准为三层结构，包括应用房、逻辑房和物理房。PDM的基本功能：文档管理a.文档管理提供下列功能b.文档管理的范围c.文档管理的文件类型d.文档管理 的文件操作。权限管理产品结构管理版本管理流程管理用户管理