ch01 数控加工自动编程技术概述

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1、第1章数控加工自动编程技术概述教学提示：●CAD/CAM将产品的设计与制造作为一个整体进行规划和开发，实现了信息处理的高度一体化，具有高智力、知识密集、综合性强和效益高等特点。●CAD/CAM系统需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理，包括设计、制造过程中的数值计算、设计分析、绘图、工程数据库、工艺设计及加工仿真等各个方面。●数控编程一般可分为手工编程和自动编程。在产品的设计和制造中，有关几何形状的描述、结构分析、工艺过程设计和数控加工等方面的技术都与几何形状有关，几何形状的定义和描述即建立系统的数据模型是其中的核心部分，它

2、为设计、分析计算和制造提供了统一的数据和有关信息。教学要求：通过学习，了解CAD/CAM技术发展的历史与未来、CAD/CAM的软件和硬件及系统结构组成、常用CAD/CAM软件的功能和特点，了解CAD/CAM一般的作业流程，从而对先进制造技术的框架内容有一个比较完整、清晰的了解，为后续学习奠定基础。1.1CAD/CAM基础知识1.1.1基本概念CAD/CAM就是计算机辅助设计与计算机辅助制造(ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing)，是一项利用计算机作为主要技术手段，通过

3、生成和运用各种数字信息与图形信息，帮助人们完成产品设计与制造的技术。CAD主要指使用计算机和信息技术来辅助完成产品的全部设计过程(指从接受产品的功能定义到设计完成产品的材料信息、结构形状和技术要求等，并最终以图形信息的形式表达出来的过程)。CAM一般有广义和狭义两种理解，广义的CAM包括利用计算机进行生产的规划、管理和控制产品制造的全过程；狭义的CAM仅包括计算机辅助编制数控加工的程序。本书所说的CAM一般是指狭义的CAM。CAD/CAM技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CAD/C

4、AM技术应用的实际效果是：提高了产品设计的质量，缩短了产品设计制造周期，由此产生了显著的社会经济效益。目前，CAD/CAM技术广泛应用于机械、汽车、航空航天、电子、建筑工程、轻工、纺织、家电等领域。1.1.2历史与未来CAD/CAM技术从产生到现在已经发展了50多年，无论是硬件技术、软件技术还是应·2·CAD/CAM数控编程与实训(CAXA版)用领域都发生了巨大变化。CAD/CAM技术的发展大致经历了如下3个阶段。1.单元技术的发展和应用阶段在这个阶段，分别针对某些特殊的应用领域，开展了计算机辅助设计、分析、工艺、制造等单一功

5、能系统的开发及应用。这些系统的通用性差，系统之间数据结构不统一，系统之间难以进行数据交换，因此应用受到了极大的限制。关于NC技术的发明，首先应提到美籍瑞士人Parson，他为了制造直升机螺旋桨叶片的样板，研制了一种坐标镗床，这种机床能按一系列坐标值确定刀具的位置，刀具中心位置分别由一系列坐标点确定，机床在一次次定位中加工出波纹形轮廓，再经人工修锉，最后制成轮廓形状精确的样板。Parson不是NC机床的发明人，他自己也并没有认识到这种方法就是NC加工的思想。直到1952年，美国麻省理工学院才研制出第一台NC机床。NC加工发展初期

6、，控制程序都是由手工编制的，效率很低。1955年，美国麻省理工学院的D.T.Ross发明了APT(AutomaticallyProgrammedTools)NC语言系统，应用这种语言，通过对刀具轨迹的描述，就可以自动实现计算机辅助编制NC加工程序。在发展这一程序系统的同时，人们提出了一种设想：能否不描述刀具轨迹，而是直接描述被加工工件的轮廓形状和尺寸，由此产生了人机协同设计产品零件的设想，开始了计算机图形学(ComputerGraphics)的研究，1963年，年仅24岁的麻省理工学院研究生I.E.Sutherland在美国春

7、季联合计算机会议(SJCC)上宣读了他的题为“人机对话式图形通信系统”的博士论文。他开发了人机对话式的二维图形系统SKETCHPAD，第一次证实了人机对话式工作的可能性。这一研究成果具有划时代的意义，为发展CAD/CAM技术做出了巨大贡献。CAD技术的发展，引起了工业界的重视。也是在1963年，第—个正式的CAD系统DAC(DesignAugmentedbyComputers)在美国通用汽车公司问世，IBM公司也发展了2250系统图形显示终端。这些产品在今天看来尽管还是粗糙和不完善的，但在当时却大大推动了人们对CAD的关注和兴

8、趣。首先做出响应的是美国的汽车工业，随后日本、意大利等国的汽车公司也开始了实际应用，并逐渐扩展到其他部门。计算机辅助设计(CAD)是在20世纪60年代初期发展起来的。当时的CAD技术特点主要是交互式二维绘图和三维线框模型。利用解析几何的方法定义有关图素(如点、线、圆等)，来绘