cad+cam+cae系统原理_it168文库

《cad+cam+cae系统原理_it168文库》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第1章CAD/CAM/CAE系统导论1.1概述工业企业必须不断开发出具有高质量（Quality,Q）、低成本（Cost,C）、上市快（Delivery,D）的新产品，才能在国际竞争中生存和发展。因此，他们借助于计算机强大的存储能力、快速的处理速度和交互式界面友好的图形能力，实现复杂的、离散的工程设计或生产任务的自动化和集成化开发，以缩短产品开发的周期和降低生产的成本。计算机辅助设计（Computer-AidedDesign,CAD）、计算机辅助制造（Computer-AidedManufacturing,CAM）和计算机辅助工程（Computer-Ai

2、dedEngineering,CAE）就是在产品周期中实现这一目的的技术。为了理解CAD，CAM和CAE在生产中所起的作用，我们需要先看一看在产品设计和制造过程中必须完成的各种活动和功能，所有这些活动和功能构成了一个产品周期。这里，采用Zeid[1991]对产品周期进行描述，我们只进行了稍微的修改，如图1.1所示。设计过程综合收集设计信息设计需求设计规范进行可行性研究分析CAD+CAE设计文档设计评价设计优化设计分析分析模型概念设计工艺设计生产规划生产质量规划包装运输新工具的设CAM计与获得材料订购NC/CNC/市场营销DNC编程制造过程图1.1产品周

3、期在图1.1中，正如实线框所示，产品周期由两个主要过程构成：设计过程和制造过程。2CAD/CAM/CAE系统原理通常，设计过程开始于由市场部门确定的客户需求，结束于产品的完整描述，这种描述通常是工程图纸的形式。制造过程开始于产品设计规范，结束于实际产品的运输出厂。设计过程包含的活动大致可以分为两类：综合和分析。如图1.1所示，最初的设计活动（例如，市场需求的识别、设计细节的陈述、用所收集的有关设计信息进行可行性研究和概念化设计等）都属于综合子过程中的不同部分，也就是说，综合子过程的结果是对预期产品的概念设计，其形式是一个设计草图或布局图，用以表示产品各

4、组成部分之间的关系。在产品周期阶段，要确定产品的主要功能和制造该产品所需的主要资金投入。在综合子过程，所产生和处理的大多数信息都是定性的，因此，难以用计算机系统进行处理。概念设计完成后，活动就进入了分析子过程，这时，我们需要对设计进行分析和优化。因为分析子过程使用的是模型而不是设计本身来进行分析，所以，要进入分析子过程，首先要推导并建立分析模型。尽管工程领域计算机系统的功能发展迅速，且有很多选择，但是在可以预见的将来，抽象的分析模型仍然是需要的。我们可以通过删除设计中不必要的细节、减少维数、识别并使用对称等方法建立分析模型。例如，减少维数意味着可以用一

5、个具有厚度属性的等价面来表示一块薄片材料，或者可以用一条具有截面属性的线来表示一块细长板。在几何形状和载荷上具有对称性的物体，通常考虑模型的一部分，用这一部分进行分析。事实上，当在初等力学课程中分析一种结构时，读者已经自然而然地对这样一个抽象过程进行了实践。回想一下就可知道，我们在进行确切分析之前都是从画结构简图开始的。典型分析是校验设计强度的应力分析、检查装配体中运动零部件间是否会发生碰撞的干涉检验和检查机器是否能够实现所需运动的运动学分析。分析模型的选择与处理对分析结果有直接影响。设计工作完成，并进行了优化或一些折中以后，活动就进入了设计评估阶段。

6、为了实现这个目的，我们可以建立一些原型。一种被称为快速原型、用于构造原型的新技术开始流行起来。这种技术能够通过从底部到顶部逐层沉积的方法来建立原型，它只需要产品横截面的数据，因此，能够直接从其设计来建立原型。通过原型对设计进行评价，若评价结果不满意，则需重复上面的步骤进行重新设计。若设计评价结果满意，则开始准备设计文档，包括设计图、报告、物料清单（BillOfMaterial，BOM）。通常情况下，由设计图生成蓝图并传递到制造环节。如图1.1所示，制造过程开始于使用设计过程所形成的图纸进行的工艺设计，结束于生产出的实际产品。工艺设计的任务是建立制造产品

7、的工艺规程并选择适当的工艺参数，也包括执行这些工序过程所需设备的选择。工艺设计的结果包括生产计划、材料订单和加工程序。还有其他一些任务，如工装夹具的设计，也要在这个阶段完成。制造过程中的工艺设计与设计过程中的综合子过程有相似之处，在相当程度上依赖于个人经验和定性决策。这意味着计算机化工艺设计是困难的。工艺设计完成后，活动就进入了产品的生产阶段，并再一次检测是否满足质量要求。通过了质量检测的合格零部件，可进行装配以形成产品，接着进行功能测试、包装、贴标签，最后运输给客户。我们描述了一个典型的产品周期，现在可回顾一下，看一看计算机或者CAD，CAM和CAE

8、技术是如何应用于这个周期的。如前所述，计算机并没有被广泛地应用于设计过程中的综合分析阶段，这是