机电一体化概论 第6章

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1、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）（ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing）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

2、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

3、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

4、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C

5、AD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25～33MHz，内存128M，硬盘418～840M，外接硬盘6～21G）。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，ComputerAidedProcessPlanning）（1）工艺规程的制定*确定毛坯形状*决定零件

6、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

7、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