《cadcam技术》第1,2章new

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1、第1章CAD/CAM技术概述随着人们生活水平的提高，消费者的价值观正在发生结构性的变化，呈现出多样化和个性化。用户对各类产品的质量、产品更新换代的速度，以及产品从设计制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要求。为了适应这种变化，企业的产品也向着多品种、中小批量方向发展。要适应这种市场需求，企业的生产必须具有柔性。CAD/CAM技术是近20多年来迅速发展、广泛应用的一门新兴综合性计算机和自动化应用技术，这项技术从根本上改变了过去从设计到产品的整个生产过程中的技术管理和工作方式，给设计和制造领域带来了深刻变革。因此，许多国家都把发展CAD/CAM技

2、术作为战略目标。CAD/CAM技术的发展与应用程度已成为衡量一个国家科技进步和工业现代化水平的重要标志之一。1.1CAD/CAM技术基本概念计算机辅助设计和计算机辅助制造（ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing，简称CAD/CAM）技术作为传统技术与计算机技术的结合，以不同的方式广泛应用于各项工程实践中，例如:绘图和设计、生成着色图和动画显示、应用几何模型完成有限元等工程分析、生成工艺规划及零件数控加工程序等。随着计算机技术与现代设计制造技术的发展，CAD/CAM技术作为现代产品设计制造

3、方法及手段的综合体现，在产品生产过程中发挥了重要的作用。然而，关于CAD/CAM技术相关概念的解释至今没有统一的规定，本章结合现代产品的生产过程对CAD/CAM技术的基本概念作一概述。1.1.1现代产品生产过程产品的生产过程是基于消费用户和市场的需求而开始的。从抽象的产品概念到生成具体的产品，主要经过两个过程，即产品设计和制造。如图1-1所示，现代产品的生产过程包括产品设计、工艺设计、生产实施等阶段。图1-1现代产品的生产过程现代产品设计是一个多学科相交融的综合性学科。所谓产品设计，是指根据使用要求确定产品应具备的功能，构思产品的工作原理、总体

4、布局、运动方式、力和能量的传递、结构形式、产品形状以及色彩、材质、工艺、人机工程等，并转化为工程描述（工程图纸、设计文件等），以此作为产品制造的依据。产品设计主要经过概念设计、初步设计和详细设计等环节完成。1.概念设计根据市场用户需求分析，在产品可行性研究的基础上，确定产品的功能，构思产品设计方案，并进行反复分析和论证，最后确定一组可行的原理性方案。概念设计主要包括功能设计、原理设计、形状设计、布局设计和人机工程设计等内容。2.初步设计从概念设计获得的一组可行方案中选出最优方案，进行总体布置，绘制草图，并确定各部件的基本结构和形状，建立相应的数

5、学模型，进行主要设计参数的分析计算和优化。3.详细设计确定设计对象的细节结构，进行详细的产品总体设计和零部件设计，最终完成产品的工程描述（产品总装图、零部件图及技术文件等）。详细设计的结束并不意味着最终获得了一个好的设计，还需要完成样机生产和测试、批量生产，并根据产品投入市场后的用户意见和批量生产中的问题反馈，对产品进行完善设计和修改。由此可见，整个产品设计就是将创新构思转化为有竞争力产品的一个创新过程，是一个“设计—评价—再设计”的反复迭代、不断优化的过程。工艺设计是连接产品设计和生产实施的中间环节。长期以来，工艺设计一直是由工艺师根据个人的

6、经验通过手工设计完成的。工艺师首先通过读图，得到零件的形状、尺寸、公差、表面粗糙度及材料等信息;然后确定加工工艺路线和工序内容;选择加工机床、刀具;确定毛坯、夹具、走刀路线、切削速度、进给量等;计算加工费用、工时定额;最后形成一系列的工艺文件（如工艺卡、工序卡等）。正是由于该环节涉及具体的加工环境，过分依赖经验，所以在该过程中应用计算机辅助技术一直都是比较薄弱的环节，这也使我国的工艺水平长期落后于工业发达国家，制约了我国制造业的发展。1.1.2计算机辅助设计（CAD）计算机辅助设计（CAD）是集计算机科学与工程科学为一体的综合性学科。近40年来

7、，CAD技术得到迅速发展，已成为以“计算机技术”和“计算机图形学”为技术基础，并融合各工程学科知识的一种应用技术。CAD技术是CAD/CAM的基础，亦是一项理论与实践相结合的技术。可以这样理解CAD技术:⑴它是一个过程，在计算机环境下完成产品设计的创新、分析和修改，以达到预期的设计目标;⑵它是一项产品建模技术，把产品的物理模型转化为产品数据模型，并将其储存在计算机内供后续的计算机辅助技术（CAX）所共享，驱动产品生命周期的全过程。在CAD技术研究与应用的最初阶段，主要是在几何造型方面开展的，经历了线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型等发展阶段

8、。几何造型技术解决了设计对象在计算机内部表达的问题，但一个完整的机械产品设计不仅仅对几何形状有要求，还有诸如力学特性、运动学特性等方面的要求。随着计算