先进制造技术1

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1、第3章计算机辅助设计与制造技术3.1计算机辅助设计（CAD）技术3.2计算机辅助工艺过程设计（CAPP）3.3计算机辅助制造（CAM）技术3.4CAD/CAM集成技术3.1计算机辅助设计（CAD）技术3.1.1CAD系统的基本功能计算机辅助设计（ComputerAidedDesign,CAD）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称，CAD支持设计过程的方案设计、总体设计和详细设计等各个阶段，把整个设计过程，作为一个信息处理系统、计算机作为这个系统的中心环

2、节，对设计信息进行有效的存储、传递、分析和控制，对设计对象完成计算机内部和外部的描述。完整的CAD系统具有图形处理、几何建模、工程分析，仿真模拟及工程数据库的管理与共享等功能，见表3-1。下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术目前，以计算机系统为支持的技术活动正向更大范围的集成化方向发展。将CAD、CAPP、CAM组织在一起，称之为CAD/CAM集成系统，见图3-1。在整个制造系统范围内，将设计、制造、管理、销售等环节信息通过计算机集成统一处理，称之为计算机集成制造系统（CIMS）。在CAD/CAM、CIMS中，C

3、AD都是其中的核心部分，它通过公共数据库与其它部分相联接。3.1.2CAD系统的类型1．CAD系统的软件类型上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术CAD系统的软件分为三个层次：系统软件，支撑软件和应用软件，其关系见图3-2。系统软件与硬件的操作系统环境相关，支撑软件主要指各种工具软件；应用软件指以支撑软件为基础的各种面向工程应用的软件。CAD系统的各种软件的功能见表3-2。2．CAD系统的配置类型CAD系统常以其硬件组成特征分类，按主机功能等级，CAD系统可分为大中型机系统、小型机系统、工程工作站和微型机系统

4、。通常，把用户可以进行CAD工作的独立硬件环境称作工作站，根据主机和工作站之间的配置情况、CAD系统可分为独立配置系统，集中式系统和分布式系统，见表3-3。上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术3.1.3几何建模技术1.几何建模过程在传统的机械设计与加工中，技术人员通过二维工程图纸交换信息。应用计算机辅助设计后，所有工程信息，如几何形状、尺寸、技术要求等都是以数字形式进行存取和交换的。正是由于将工程信息数字化、才使得计算机辅助设计的各个环节，如结构设计、分析计算，工艺规划、数控加工、生产管理使用同一个产品数据

5、模型，从而实现CAD/CAE/CAPP/CAM系统的集成。由此可知，设计对象的计算机内部表示是CAD/CAM系统的核心部分；所谓计算机内部表示就是要决定采用什么样的模型来描述、表达和上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术存储现实世界中的物体。模型一般由数据、结构和算法三部分组成。对于现实世界中的物体。从人们的想象出发，到完成它的计算机内部表示的这一过程称之为建模。建模步骤如图3-3所示，即首先研究物体的描述方法，得到一种想象模型（亦称外部模型)，它表示了用户所理解的事物及事物之间的关系，然后将这种想象模型转换

6、成用符号或算法表示的形式，最后形成计算机内部模型，这是一种数据模型。因此建模过程是—个产生、存储、处理，表达现实世界的过程。上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术建模技术是CAD/CAM系统的核心技术，是实现计算机辅助制造的基本手段。就机械产品CAD而言，最终产品信息的描述包括形状信息物理信息、功能信息及工艺信息等。其中形状信息是最重要、最基础的信息，对产品形状信息的处理表达称为几何建模(GeometricModeling)。所谓几何建模方法，即物体的描述和表达是建立在几何信息和拓扑信息处理基础上的，几何信息

7、—般是指物体在欧氏空间中的形状、位置和大小，而拓扑信息则是物体各分量的数目及其相互间的联接关系。上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术2.几何建模方法计算机内部的模型可以是二维模型，维模型和三维模型，这主要取决于应用场合和目的。如果任务仅局限于计算机辅助绘制三视图或是对回转体零件进行数控编程，则可采用二维几何建模系统。维模型能表示一个等截面的产品形体，即一个平面轮廓在深度方向延伸或绕一轴旋转形成三维的表示方法。三维模型可在空间任一角度，准确地、全面地描述产品形体，并且可进行任意组合和分析。根据描述的方法及存储

8、的几何信息和拓扑信息的不同，可将三维几何建模分为如图3-4所示的三种类型。上一页下一页返回3.1计算机辅助设计（CAD）技术（1）线框（又称线素）几何模型线框模型是CAD/CAM技术发展过程中最早应用的三维模型，这种模型表示的是物体的棱边，由物体上的点、直线和曲线组成，在计算机内部以边表和点表表达和存储，实际物体是边