第一讲-CAD-CAM技术概述

一、数据管理技术
机械CAD／CAM涉及的数据包括产品 机械CAD／CAM涉及的数据包括产品 的物理特征，材料性能、数学模型，零件 规格、几何形体描述、测试数据、各种设 计标准和规范等，内容极为广泛。数据表 现形式除了数值、文字信息之外，还有大 量的几何图形信息，具有数据量大、种类 量的几何图形信息，具有数据量大、种类 多，结构复杂的特点。如何管理这些数据 多，结构复杂的特点。如何管理这些数据 信息，直接影响CAD／CAM系统的应用水 信息，直接影响CAD／CAM系统的应用水 平和工作效率。其数据管理已从文件管理 模式发展为工程数据库管理模式。 模式发展为工程数据库管理模式。
机械CAD/CAM技术
中南林业科技大学机械设计制造及 自动化教研室 易春峰
CAD/CAM技术的重要性
♦ 随着计算机技术的飞速发展，传统的手 随着计算机技术的飞速发展，
工设计正逐渐被计算机辅助设计所代替； 工设计正逐渐被计算机辅助设计所代替； 而传统的制造领域也被计算机技术所深 刻地改造。 刻地改造。 ♦ 企业要想在激烈的市场竞争获得优势就 必须不断实现技术创新和产品创新， 必须不断实现技术创新和产品创新，发 展和应用现代设计制造技术是实现产品 创新的关键，因此机械CAD/CAM技术 创新的关键，因此机械 技术 已成为工科类学生和工程技术人员必须 掌握的一门重要技术。 掌握的一门重要技术。
二、CAD/CAM系统的组成
CAD/CAM支撑软件 CAD/CAM支撑软件一般包括以下5种类型： 1）、绘图软件：AutoCAD、凯图、开目 CAD、PCCAD 2）、几何建模软件：Pro/Engineer、UG、 CATIA、I-deas、Solid Workers、Solid Edge、Inventor、MDT
基于PDM的集成平台 基于PDM的集成平台
二、CAD/CAM系统的组成 二、CAD/CAM系统的组成
（一）硬件组成 计算机及配件设备（数字化仪、光笔、打 印机、绘图机、数控机床、机器人等） 计算机系统：主机系统、成套系统、工作 站、微机 系统组织方式：单机系统、联机系统
C A D C A M 系 统 的 硬 件 组 成 示 意 图
工作站
微机
网络计算机
－用户层
用户界面开发工具 系统 工作 文档 工作流 产品配 零件分 项目 管理 环境 管理 程管理 置管理 类管理 管理
－功能层
面向对象管理系统
－对象层
关系数据库管理系统
－支持层
PDM系统的体系结构 系统的体系结构
PDM功能 PDM功能
电子资料室管理和检索 。 产品配置管理 以电子资料室为底层支持， 以电子资料室为底层支持 ， 以物料清 PDM最基本的功能 PDM核心 PDM 最基本的功能 ， PDM 核心 最基本的功能，
如何学习本课程
♦ 在掌握基本理论的基础上加强实践（做 在掌握基本理论的基础上加强实践（
好实验）。 好实验）。 ♦ 分清重点、主次。 分清重点、主次。 ♦ 乐于收集相关资料，乐于尝试，主动拓 乐于收集相关资料，乐于尝试， 宽专业知识面。 宽专业知识面。
第一讲 CAD/CAM技术概述
本章主要介绍 ♦ CAD/CAM的基本概念 的基本概念 ♦ CAD/CAM的基本功能 的基本功能 ♦ CAD/CAM的发展历史 的发展历史 ♦ CAD/CAM的应用状况及发展方向 的应用状况及发展方向
三、 CAD/CAM系统的功能
（一） CAD/CAM系统的主要功能 ♦ 几何建模 ♦ 模型的工程分析处理：运动学动力学分析，有 限元分析，优化设计等 ♦ 工程绘图 ♦ 计算机辅助工艺设计（CAPP） ♦ NC自动编程 ♦ 加工过程模拟仿真 ♦ 工程数据管理
三、 CAD/CAM系统的功能
（二）CAD/CAM系统的作业过程 创意构思--〉计算机辅助设计——〉快速原 型制造——〉计算机辅助工艺规程——〉 计算机辅助NC编程——〉虚拟制造（制 造）
CAD/CAM技术概况
♦ 计算机技术在设计制造中的应用已经从
往日的计算、绘图、 加工发展到当今 往日的计算、绘图、NC加工发展到当今 的三维建模型、优化设计、 的三维建模型、优化设计、计算机辅助 工程分析和虚拟设计， 工程分析和虚拟设计，计算机辅助工艺 设计CAPP、CAD/CAM一体化自动数控 设计 、 一体化自动数控 编程、柔性制造系统FMS、计算机集成 编程、柔性制造系统 、 制造系统CIMS、计算辅助生产管理与控 制造系统 、 智能制造与虚拟制造等技术。 制、智能制造与虚拟制造等技术。
一、CAD/CAM的基本概念 一、CAD/CAM的基本概念
♦ CAD/CAM集成 CAD/CAM集成
将CAD、CAM、CAE、CAPP、PPC（生产 计划与控制）等各种功能不同的软件有 机结合起来，用统一的执行机制来组织 各种信息的提取、交换、共享和处理， 以保证系统内的信息畅通。（各模块间 进行信息的自动传递和转换）目的是为 目的是为 了全面提高效率。
CAD/CAM集成的方法 CAD/CAM集成的方法
CAD/CAM系统集成包括三个方面： CAD/CAM系统集成包括三个方面： ♦ 硬件集成：CAD系统网络与CAM系统网 硬件集成：CAD系统网络与CAM系统网 络互连 ♦ 信息集成：CAD/CAM系统双向数据共享 信息集成：CAD/CAM系统双向数据共享 与集成 ♦ 功能集成：PDMS产品数据管理系统 功能集成：PDMS产品数据管理系统
及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态监控， 及相关数据的管理与配置 ， 进行项目运行状态监控 ， 完 成计划反馈。 成计划反馈。
PDM集成平台 PDM上可以集成或封装CAD、CAE、CAPP、 PDM集成平台 在PDM上可以集成或封装CAD、CAE、CAPP、
CAM等多种开发环境和工具， CAD、CAPP、CAM可从PDM中 CAM等多种开发环境和工具，使CAD、CAPP、CAM可从PDM中 提取各自所需要的信息，处理结果再放回PDM中去， 提取各自所需要的信息，处理结果再放回PDM中去，从而可实现 CAD/CAPP/CAM之间的信息集成。 CAD/CAPP/CAM之间的信息集成。
PDM定义 PDM定义：
PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。 PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。 是管理所有与产品相关的信息 的技术 与产品相关的信息：CAD/CAM文件、材料清单、产品配置、 与产品相关的信息：CAD/CAM文件、材料清单、产品配置、 文件 电子表格、供应商及用户清单等。 电子表格、供应商及用户清单等。 与产品相关的过程：设计过程、加工工序、工作流程、 与产品相关的过程：设计过程、加工工序、工作流程、 审批发放过程、产品变更过程等。 审批发放过程、产品变更过程等
第二节 CAD/CAM系统的支撑技术 CAD/CAM系统的支撑技术
CAD/CAM是一项计算机应用技术， CAD/CAM是一项计算机应用技术， 是一项计算机应用技术 所涉及的内容极其广泛。 所涉及的内容极其广泛。需要多种技术 的支持，如数据管理技术、网络技术、 的支持，如数据管理技术、网络技术、 成组技术、工程分析技术、仿真技术等。 成组技术、工程分析技术、仿真技术等。 随着CAD／CAM技术应用范围的深入和 随着CAD／CAM技术应用范围的深入和 扩大， 扩大，数据管理技术和网络技术将占据 越来越重要的地位。 越来越重要的地位。
工程数据库管理系统
工程数据库是指能满足人们在工程活 工程数据库是指能满足人们在工程活 动中对数据处理要求的数据库，它与一 般商用数据库的主要差别表现在对复杂 般商用数据库的主要差别表现在对复杂 数据类型的支持，对工程数据动态的定 义和管理。 机械CAD／CAM系统面临整个设计 机械CAD／CAM系统面临整个设计 和制造过程的数据，包括文字的和图形 和制造过程的数据，包括文字的和图形 的。静态的和动态的，非常复杂。 的。静态的和动态的，非常复杂。
第一节 CAD/CAM的基本概念
一、CAD/CAM的基本概念 CAD/CAM的基本概念
♦ CAD——Computer Aided Design System CAD——Computer
以计算机为辅助手段完成整个产品的设计 过程。 过程。 广义的CAD包括设计与分析两个方面 包括设计与分析两个方面。 广义的CAD包括设计与分析两个方面。 其基本功能包括几何建模、工程分析、 其基本功能包括几何建模、工程分析、模 拟仿真、自动绘图四大类。 拟仿真、自动绘图四大类。
单BOM为组织核心，把产品所有工程数据和文档联系起来 BOM为组织核心 为组织核心， ，对产品相互关系管理。 对产品相互关系管理。 工作流程管理 实现产品设计与修改过程的跟踪与控
制 ， 包括工程数据资料的提交 、 修改控制 、 监视审批 、 包括工程数据资料的提交、修改控制、监视审批、 文档的分布控制、自动通知控制等。 文档的分布控制、自动通知控制等。 项目管理功能 实现项目实施过程中的计划、 实现项目实施过程中的计划 、 人员以
机械CAD／CAM系统数据类型
1 、管理型数据主要包括产品设计与制造过程中 管理型数据主要包括产品设计与制造过程中 管理型数据 所用到的各种数据资料，如国家标准和规范。 产品目录。技术资料等。这类数据其数据结构 产品目录。技术资料等。这类数据其数据结构 不变，数据之间关系分明，数据相对稳定。 不变，数据之间关系分明，数据相对稳定 2、设计型数据是指生产设计过程所产生的数据， 设计型数据是指生产设计过程所产生的数据， 设计型数据 如产品功能描述数据，设计分析参数，各种资 源描述数据等。这类数据最大的特点是动态性 源描述数据等。这类数据最大的特点是动态性。 这类数据最大的特点是动态性。 包括数值、数据类型和数据结构，它们是随设 包括数值、数据类型和数据结构， 计过程的展开在不断的变化。 计过程的展开在不断的变化
本课程的特点与着重要介绍的 内容
♦ 本课程的特点是兼顾成熟性与先进性、 本课程的特点是兼顾成熟性与先进性、
理论性与实践性。着重介绍 理论性与实践性。着重介绍CAD/CAM 应用技术的理论基础知识， 应用技术的理论基础知识，另一方面也 对当前先进的CAD/CAM应用技术进行 对当前先进的 应用技术进行 了介绍。并通过实践教学环节（实验） 了介绍。并通过实践教学环节（实验） 初步了解典型的常用实际应用系统。 初步了解典型的常用实际应用系统。
一、CAD/CAM的基本概念 一、CAD/CAM的基本概念
♦ CAM——Computer Aided Manufacturing
System 通过计算机与生产设备直接或间接的 联系，进行规划、设计、管理和控制产 品的生产制造过程。 狭义CAM：数控编程与数控加工 广义CAM：指除数控外还包括CAPP、制 造过程仿真（MPS）、自动化装配 （FA）、车间生产计划、制造过程检测、 故障检测、产品装配等。
♦ 文件管理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
数据的冗余度大、缺乏数据的独立、没有 集中管理，数据的完整性和安全性差。 ♦ 数据库管理系统 数据的物理存储独立于应用程序、由于同 一数据可组织在不同的文件中，因此每 个数据在理论上只需要存储一次，因而 减少了数据的冗余。通过DBMS实现对 数据的统一控制，保证了数据的正确性 和保密性。
二、CAD/CAM系统的组成
CAD/CAM支撑软件一般包括以下5种类型： 3）、计算机辅助工程软件：ANSYS、 ABAQS、COSMOS、MSC NASTRAN、 ADAMS（包括有限元分析与运动学/动 力学仿真） 4）、优化方法软件：OPB 5）、数据库系统软件：ORACLE、SQL Server
CAD/CAM集成的方法 CAD/CAM集成的方法
CAD/CAM系统集成方案 CAD/CAM系统集成方案 ♦ 通过专用数据接口实现集成 ♦ 利用标准格式接口文件实现集成 ♦ 基于统一的产品模型和数据库的集成 ♦ 基于产品数据管理（PDM）的系统集成 基于产品数据管理（PDM）
产品数据管理PDM 产品数据管理PDM
二、CAD/CAM系统的组成
（二）软件组成 ♦ 系统软件：UNIX、Windows(NT、2000、 XP )——计算机的公共性底层管理软件 ♦ 支撑软件——实现CAD/CAM各种功能的通用 的应用基础软件，不针对具体设计对象，只提 供工作或开发环境，是各类应用软件的基础。 ♦ 应用软件——用户为了解决某个实际问题在支 撑软件的基础上经过二次开发出来的软件，工 厂根据本厂的特点设计的专用软件就属于此类。