计算机辅助设计技术概述.ppt
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1、第一章 计算机辅助设计技术概述,机电工程学院 周斌,Click to add your text,E_mail,CAD应用领域,机械CAD数学CAD控制系统CAD建筑CAD服装CAD影视动画CAD,CAD应用领域机械CAD,CAD应用领域影视、动画,CAD应用领域建筑,CAD应用领域服装,学习目标,概括了解CAD/CAM技术的产生发展;通过对传统的设计制造过程的分析,理解CAD/CAM系统的基本功能和工作过程;掌握CAD/CAM的基本概念;学习CAD/CAM系统的基本组成;了解硬件的类型、配置形式和软件种类、功能;掌握CAD/CAM系统的选用原则。了解CAD/CAM技术应用领域和发展前景。,主
2、要内容,CAD/CAM系统的硬件和软件 CAD/CAM系统的支撑技术 CAD/CAM技术的发展和应用,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD(Computer Aided Design):工程技术人员以计算机为工具,利用自身的专业知识,对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文件等设计活动的总称,是一项综合性技术。几何建模、工程分析、模拟仿真、自动绘图,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAM(Computer Aided Manufacturing)广义CAM:利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动。包括工艺准备、生产作
3、业计划、还包括制造活动中与物流有关的所有过程(加工、装配、检验、存贮、输送)的监视、控制和管理。狭义CAM:通常指数控程序的编制,包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹的仿真以及后置处理和NC代码生成等。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAPP(Computer Aided Process Planning):是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计,要完成毛坯设计、工艺路线规划、工序设计、工装设计等任务。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM技术:从产品需求分析开始,在产品设计、工艺设计和制造各个过程阶段内,如果应用计算机信息集成技术,为CAD/CA
4、M提供一个集成工作环境,将CAD、CAPP、CAM有机的联系起来,则称为CAD/CAM技术。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM系统与CNC的连线,CAD的发展1)准备和酝酿时期(20世纪50-60年底初)1946年MIT研制成功第一台计算机1952年MIT首次研制成功数控机床,产生CAD的最初概念1963年交互式图形生成技术的出现,促使了计算机辅助设计技术的迅速发展MIT研究生(伊凡苏泽兰)在人机对话图形通信系统中首次提出了计算机图形学、交互技术及图形符号的存储采用分层的数据结构等思想,对CAD技术的应用起到了重要的推动作用。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的
5、发展2)蓬勃发展和进入应用时期(60-70年代)60年代末到70年代中期是CAD技术趋于成熟的阶段,计算机性价比不断提高、数据库管理等软件陆续开发、以小型计算机为主机的CAD系统进入市场并形成主流60年代末显示技术的突破使CAD系统的性价比大幅度提高仍以二维绘图和三维选课图形系统为主。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的发展3)突飞猛进的时期(20世纪80年代)80年代超大规模集成电路的出现使得计算机硬件成本大幅度下降,计算机外围设备已成系列产品,为推进CAD技术的发展提供必要的条件同时,相应的人机如数据管理技术、有限元分析、优化设计等技术也迅速发展,出现了商品化软件,促进CAD从
6、大中型企业向小型企业发展,从发达国家向发展中国家发展。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD的发展4)标准化、智能化、集成化和网络化的发展时期(20世纪90年代),1.1 CAD/CAM技术的基本概念,标准化:图形接口、图形功能日趋标准化。计算机图形接口(CGI)、计算机图形文件标准(CGM)、计算机图形核心系统(GKS)、面向程序员的层次交互式图形标准(PHIGS)等图形标准智能化:知识工程;专家系统集成化:系统构造由过去单一功能变成组合功能;多处理机、并行处理技术用于CAD;网络技术在CAD中被普遍采用网络化:基于Web的资源共享、设计评估、协同工作,CAM技术的发展1952年数控
7、机床研制成功奠定CAM的硬件基础1955年研制成功APT语言,实现编程自动化1958年研制成功自动换刀镗铣加工中心,一次装夹完成多工序的集中加工,提高加工效率和质量1962年第一台工业机器人诞生,实现物流搬运柔性化;第一台通用计算机集成控制多台数控机床实现,降低数控装置制造成本,提高工作可靠性1967年英国莫林公司建造第一条计算机集成控制的自动化制造系统,包括6台加工中心和一条自动运输线,用计算机编制程序、作业计划和报表;美国辛辛那提公司研制类似系统,于70年代初定名为FMS70年代后期,几何造型技术、图形显示技术和数控编程后置处理技术的发展和应用,出现了交互式图形编程系统,为CADCAM集成
8、奠定了基础,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAPP技术的发展1969年,挪威工业公司开发AutoPros系统,是最早的CAPP系统20世纪70年代后期,创成式CAPP成为研究重点20世纪80年代中期,创成式CAPP系统的研究转向具有人工智能的专家系统方面,这是CAPP未来的发展趋势目前,CAPP系统主要应用于零件的机械加工方面,但已逐渐向其他工艺领域扩展。,1.1 CAD/CAM技术的基本概念,CAD/CAM技术的发展 几个里程碑事件20世纪40年代MIT研制成功第一台计算机1952年美国MIT试制成功第一台数控铣床1963MIT教授成功研制第一套实时交互的计算机图形系统 发展阶段单元
9、技术的发展和应用阶段:20世纪6070年代CAD/CAM的集成阶段:20世纪80年代面向产品并行设计制造环境的CAD/CAM阶段:20世纪90年代后,1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,CAD/CAM技术在我国的应用20世纪80年代:5个CAD支持系统、8个机械产品共性数据库、24个专用CAD系统。20世纪90年代:CAD应用工程、甩图版工程、示范企业差距:CAD/CAM的应用集成化程度较低CAD/CAM系统的软、硬件均依靠进口,自主版权的软件较少缺乏人才和技术力量,1.4 CAD/CAM技术的发展和应用,附:自顶而下的智能化轴系设计制造,三维几何模型,二维图纸,工艺规划,自动输出的结果,
10、CAD/CAM系统的组成,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,包括硬件、软件和人组成。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统的硬件主机外存储器输入设备输出设备生产装备计算机网络,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统主要硬件设备主机 主机是计算机硬件的核心,用于指挥、控制整个计算机系统完成运算、分析工作。主机的类型及性能很大程度亡决定了CAD/CAM系统的使用性能。主机由中央处理器(CPU)和内存贮器以及输入/输出(I/O)组成。外存 内存直接与CPU相连,能够快速存取,何其价格较高,为了提高计算机的经济件,不可能配置很大的内存,故计算机系统都配置
11、了外存贮器以长期保留程序及数据。常用的外存有磁盘、磁带、光盘、U盘、移动硬盘等。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统主要硬件设备输入设备键盘鼠标数字化仪图形扫描仪数码相机其它输入设备 输出设备图形显示器打印机自动绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,静电绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,彩色喷墨绘图机,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,CAD/CAM系统的软件系统软件是指与计算机硬件直接关联的软件,用于计算机的管理、控制、运行和维护。具有公用性和基础性特点。操作系统:是指挥计算机运行和管理用户作业的软
12、件,是用户和计算机之间的接口。工作站上主要采用UNIX、WindowsNT/2000/XP等操作系统,微机上主要采用Windows系列操作系统。编译系统:是将用汇编语言、高级语言编写的程序翻译成计算机能够直接执行的机器指令。高级语言,如PASCAL、Visual C+、Visual Basic等均有各自的编译系统。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,支撑软件单一功能型支撑软件综合集成支撑软件应用软件 在系统软件和支撑软件基础上,针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。,图形处理软件工程分析和计算软件模拟仿真软件 数据库管理系统网络工程软件NC编程软
13、件,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,常用CAD/CAM软件SolidWorksAutoCADUnigraphics(UG)Pro/ENGINEER I-DEAS CATIA Surfcam Master CAM,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Unigraphics(UG)Unigraphics Solutions公司的UG本身起源于航空、汽车企业(麦道航空),以Parasolid几何造型核心为基础,采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。在三维实体造型时,由于几何和尺寸约束在造型的过程中被捕捉,生成的几何体总是完全约束的,约束类型是3D的,而且可用于控
14、制参数曲面。UG具有统一数据库,实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由转换,一般认为UG是业界最好、最具有代表性的数控软件,它提供了功能强大的刀具轨迹生成方法。采用分模块销售办法,目前我国很多航空企业都在使用这种软件。对微机要求较高,使用起来比较复杂,软件相对较难掌握。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,SolidedgeSolidedge是真正windows软件,充分利用windows基于组件对象模型(com)的先进技术重写代码。Solidedge与office兼容,与ole技术兼容,这使得设计师们在使用cad系统时,能够进行windows下字处理、电子报表、数据库操作等。S
15、olidedge具有友好的用户界面,它采用一种称为smart ribbon的界面技术,用户只要按下一个命令按钮,既可以在smart ribbon上看到该命令具体内容和详细步骤,同时在状态条提示用户下一步该做什么。Solidedge是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计cad系统,它是为设计人员专门开发的,易于理解和操作的实体造型系统。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,AutoCADAutoCAD系列是Autodesk公司产品,也是最早进入国内市场的CAD软件之一,从最早的2.0版到以后的R13、R14、2000直到如今的2006版,是大家所最熟悉的CAD软件。AutoCAD软件最早针
16、对二维设计绘图,已经比较完善,在随后的发展如AutoCADR12,R13等版本中加入了三维设计的部分。Autocad提供AutoLisp、Ads、Arx作为二次开发的工具。该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理;三维设计中的实体造型能力不足等缺陷。价格较便宜,对微机要求较低,使用比较简单,总的来说该软件作为一套二维的绘图软件还是非常好用的。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,mdtmdt是autodesk公司在pc平台上开发的三维机械cad系统。它以三维设计为基础,集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体;为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。mdt主要功能如下:(
17、1)基于特征的参数化实体造型。用户可十分方便地完成复杂三维实体造型,可以对模型进行灵活地编辑和修改。(2)基于nurbs的曲面造型,可以构造各种各样的复杂曲面,以满足如模具设计等方面对复杂曲面的要求。(3)可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。(4)mdt提供相关联的绘图和草图功能,提供完整的模型和绘图的双向联结。该软件的推出受到广大用户的普遍欢迎。由于该软件与autocad同时出自autodesk公司,因此两者完全融为一体,用户可以方便地实现三维向二维的转换。mdt为autocad用户向三维升级提供了一个较好的选择。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Solidworks生信
18、国际有限公司Solidwoks系列软件是一套功能相当强大的三维造型软件,从98版开始,就提出了功能强大、易学易用、技术创新这三大特点,该软件完全采用Windows的窗口界面,操作非常简单,支持各种运算功能,可以进行实时的全相关性的参数化尺寸驱动。其界面友好,使用全中文的窗口式菜单操作。该软件能实现如碰撞检查、智能装配等,还可进行动态运动模拟、直观的干涉检查、照片级的产品处理效果、符合GB的二维图纸等功能。另外开发了CAM模块CAMWORKS,使用该模块能够很快的将设计好的产品转换为能够进行数控加工的G代码、M指令,使得CAD能和CAM有机的结合。该软件价格便宜。,1.2 CAD/CAM系统的硬
19、件和软件,Cimatron以色列Cimatron公司的Cimatron产品针对性较强,是较早在微机平台上实现三维cad/cam全功能的系统。提供比较灵活的用户界面,优良的三维造型、工程绘图,全面的数控加工,各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。被更多的应用到模具开发设计中,该软件能够给应用者提供一套全面的标准模架库,方便使用者进行模具设计中的分型面、抽芯等工作,而且在操作过程中都能进行动态的检查,在模具设计领域是非常出色的。其行业针对性强,而且价格相对较贵。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Pro/engineerParametric TechnologyCrop公司(PTC
20、)的Pro/Engineer以其参数化、基于特征、全相关等概念闻名于CAD界。整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型。应用领域主要是针对产品三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。该公司新推出的Pro/Engineer2000i2是在原Pro/E的产品上新增了柔性工程技术,包括可视化检查,行为建模技术,形状索引,特征灵活性,CDRE渲染,疲劳预测等等。其系统不是基于Windows平台开发,因此并非窗口式的对话框,学习比较麻烦。同时该软件不支持布尔运算以及其它局部造型操作。但其功能十分强大,采用分模块销售,价格相对较高。另外,该软件分为工作站版和微机版,微机版
21、对计算机的性能要求较高。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,I-deas美国SDRC公司的Ideas Master Series是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。(Integrated Design,Engineering and Analysis Software)。在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测量直至数控加工的产品研发全过程,附加的CAM部分Ideas Camand可以方便地仿真刀具及机床的运动,可以从简单的2轴,2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件,并可以对数控加工过程进行自动控制和优化据了解国外很多大型的制造企业都是使用两种设计软件,一种是
22、Ideas Master Series,用它来完成产品的设计,另一种是UG,用它来完成设计产品的制造。,1.2 CAD/CAM系统的硬件和软件,Mastercam Mastercam软件是美国CNCSoftware,INC开发的CAD/CAM系统,是最经济有效率的全方位的软件系统。包括美国在内的各工业大国皆一致采用本系统,作为设计、加工制造的标准。Mastercam为全球PC级CAM,全球销售量第一名,是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统,以美国和加拿大教育单位来说,共计有2500多所高中、专科大学院校使用此来作为机械制造及NC程序制作,在中国大陆及台湾,其业界及教育单位亦有领先地位。,
23、Catia 法国Dassault Systems(达索)公司开发,后被IBM公司收购的CATIA是一个全面的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统。CATIA具有一个独特的装配草图生成工具,支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零件之间的连接定义,可以进行快速得概念设计。支持参数化造型和布尔操作等造型手段,支持绘图与数控加工的双向数据关联。CATIA的外形设计和风格设计为零件设计提供了集成工具,而且该软件具有很强的曲面造型功能,集成开发环境也别具一格,可进行有限元分析。CATIA能够进行四维空间的观察,即该软件能够模拟观察者的视野进入到零件的内部去观察零件,并且它还能够模拟真人进行装配,比如使
24、用者只要输入人的性别、身高等特征,就会出现一个虚拟装配的工人。软件价格也不便宜,对微机的性能要求不太高。,1.高华CAD 高华CAD是由北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该公司是由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建的一个专门从事CAD/CAM/PDM/MIS集成系统的研究、开发、推广、应用、销售和服务的专业化高技术企业。高华CAD系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、机械设计及绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的 CAD/CAE/CAM集
25、成系统,它具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。GHGEMS5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。,国内软件,2CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师 CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师软件的开发与销售单位是北京北航海尔软件有限公司(原北京航空航天大学华正软件研究所)。该公司是从事CAD/CAE/CAM软件与工程服务的专业化公司。CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件,可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计,适合所有需要二维绘图的场合,使设计人员可以
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