CAD-CAM建模技术及产品数据模型
基于CADCAM技术的机械零部件设计与优化
基于CADCAM技术的机械零部件设计与优化在当今科技日新月异的背景下，计算机辅助设计与制造（CADCAM）技术在机械零部件设计与优化领域发挥了重要作用。
通过利用CADCAM技术，工程师们可以更加高效、精确地进行零部件设计与优化，从而提高产品质量、降低生产成本并缩短产品开发周期。
本文将就CADCAM技术在机械零部件设计与优化中的应用进行探讨。
首先，CADCAM技术可以帮助工程师们进行机械零部件的三维建模。
通过使用专业的CAD软件，工程师们可以在计算机上建立真实、精确的零部件模型，包括各种几何形状、尺寸和特征。
这种三维建模的优势在于，工程师们可以更加方便地观察和修改设计，避免了传统手绘图纸所带来的工作不便和错误。
同时，三维建模还可以为后续的分析和优化提供基础。
其次，CADCAM技术使得机械零部件的分析和仿真更加容易。
在传统的设计过程中，工程师们需要通过实验或者制造样件来评估零部件的性能和强度。
而借助于CADCAM技术，工程师们可以在计算机上进行各种仿真分析，例如应力分析、热力学分析和流体力学分析等。
通过这些仿真分析，工程师们可以更早地发现问题、改进设计，并且避免了实验过程中的大量时间和资源浪费。
同时，仿真分析还可以为优化设计提供数据支持，使得零部件的设计更加合理和可靠。
另外，CADCAM技术还支持机械零部件的优化设计。
在传统设计过程中，工程师们通常采用试错法，通过多次尝试和修改来不断改进设计。
而CADCAM技术则可以通过优化算法来实现自动优化设计。
通过设定设计目标和约束条件，CADCAM软件可以自动搜索最优解，并给出满足设计要求的最佳设计方案。
这不仅节省了大量的设计时间和人力成本，还可以提高设计效率和设计质量。
最后，CADCAM技术还支持机械零部件的制造和加工。
通过使用CAM软件，工程师们可以将设计模型转化为机床程序，实现零部件的数控加工。
CAM软件可以根据设计模型自动生成刀具路径、加工顺序和进给速度等信息，并生成相应的机床代码。
CADCAM课后习题答案
第一章绪论1、什么是CAD、CAM、CAPP？什么是CAD/CAM集成？答：CAD (Computer Aided Design System)是指以计算机为辅助手段来完成整个产品的设计过程、分析和绘图等工作。
CAD的功能包括：概念设计、结构设计、装配设计、曲面设计、工程图样绘制、工程分析、真实感和渲染、产品数据接口。
CAM( Computer Aided Manufacturing System) 通过计算机与生产设备直接的或间接的联系，完成从生产准备到成品制造整个过程的活动。
狭义的CAM指NC数控程序编制，包括：刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成。
CAPP（Computer Aided Process Planning）借助计算机根据设计阶段的信息，人机交互的或自动完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计，称为CAPP。
CAPP的功能包括：毛坯设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计、刀夹量具设计等。
CAD产生的图纸直接被CAPP，CAM 以及以后的CIMS所利用，这就是CAD/CAM集成。
2、一般所说的CAD/CAM过程链主要包括哪些内容？答：CAD/CAM过程链是一个串行的过程链，在此过程链中包括从市场需求到产品整个的产品生产过程，具体包括：1）市场需求2）产品设计（任务规划、概念设计、结构设计、施工设计）3）工艺设计（毛坯设计、工艺路线设计、工序设计、刀夹量具设计）4）加工装配（NC编程、加工仿真、NC加工、检测、装配、调试）3、CAD/CAM集成方案有哪几种？答：1）通过专用数据接口实现集成2）利用标准格式接口文件实现集成3）基于统一产品模型和数据库4）基于产品数据管理（PDM）的系统集成4、CAD/CAM的发展趋势如何？答：1）CAD/CAM系统的集成化方向发展（CIM）2）并行工程3）智能化CAD/CAM系统4）虚拟产品开发5）网络化CAD/CAM第二章CAD/CAM系统的支撑环境1、CAD/CAM系统应具备哪些基本功能答：1）交互图形输入及输出功能。
模具CAD、CAM
1-1模具CAD/CAM的基本概念模具CAD/CAM现阶段应该指广义的计算机技术在模具设计与制造中的应用，一般包括计算机辅助设计[CAD]、计算机辅助工程分析[CAE]、计算机辅助制造[CAM]、计算机辅助工艺过程设计[CAPP]、产品数据管理系统[PDM]等内容。
计算机辅助工程分析是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，从而及早发现设计缺陷，是实现模具优化的主要支持模块。
计算机辅助工艺过程设计是指根据产品设计阶段给出的信息，人机交互或自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。
产品数据管理系统是以软件、计算机网络、数据库、分布式计算等技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源的一体化集成管理的技术。
1-2模具CAD/CAM系统的组成一个完善的CAD/CAM系统应具有的7大功能：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。
模具CAD/CAM系统的运行环境由硬件、软件和人三大部分组成。
硬件主要包括计算机及其外围设备，广义上讲硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床等。
硬件是CAD/CAM系统运行的基础。
软件是CAD/CAM系统的核心，包括系统软件、支撑软件和应用软件等。
模具CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络设备和自动化生产装备等组成。
由专门的输入及输出设备来处理图形的交互输入与输出问题，是CAD/CAM系统与一般计算机系统的明显区别。
根据CAD/CAM系统的运行环境，所用计算机的类型、规模和性能等级，可归纳为主机系统、小型成套系统、分布式工程工作站系统和微型机系统四种配置形式。
主机是CAD/CAM系统的硬件核心，主要由中央处理器[CPU]和内存储器[简称内存]组成。
4CADCAM建模技术
4CADCAM建模技术CADCAM建模技术4 CAD/CAM建模技术建模技术建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部数字化表达的原理和方法。
CAD/CAM中部数字化表达的原理和方法。
在CAD/CAM中，建模技术是定义产品在计算机内部表示的数字模型、数字信息以及图定义产品在计算机内部表示的数字模型、形信息的工具，是产品信息化的源头，它为产品设计分析、形信息的工具，是产品信息化的源头，它为产品设计分析、工程图生成、数控加工编程与加工仿真、工程图生成、数控加工编程与加工仿真、数字化加工与装配中的碰撞干涉检查、配中的碰撞干涉检查、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与表达方法，息描述与表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实现CAD/CAM一体化的核心内容。
条件，也是实现CAD/CAM 一体化的核心内容。
CAD/CAM一体化的核心内容CADCAM建模技术4 CAD/CAM建模技术建模技术概述线框建模表面建模实体建模特征建模CADCAM建模技术4.1 概述建模的基本概念几何建模与特征建模CAD/CAM建模的基本要求建模的基本要求CADCAM建模技术4.1.1 建模的基本概念计算机内部表示就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描述、存储和表达现实世界中的物体及其相就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描述、存储和表达现实世界中的物体及其相关的属性。
关的属性。
产品数据模型将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内部，经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型，称为产品数据模型。
算机内部，并经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型，称为产品数据模型。
模使用的产品模型产品数据模型型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。
型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。
CAD-CAPP-CAM集成的关键技术
CAD/CAPP/CAM集成的关键技术1.产品的建模技术为了实现信息的高度集成，产品的建模是非常重要的。
一个完善的产品设计模型是CAD/CAPP/CAM系统进行信息集成的基础，也是CAD/CAPP/CAM系统中共享数据的核心，传统的基础基于实体造型的CAD系统仅仅是几何形状的描述、难以在模型中表达特征及公差、精度、表面粗糙度和材料热处理等工艺信息，从而导致CAD/CAPP/CAM系统集成的困难，基于特征的产品定义模型不仅能支持设计与制造各阶段所需的产品定义（几何信息、工艺和加工信息），而且还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语—特征，是目前被认为最适合于CAD/CAPP/CAM集成系统的产品描述方法。
因此，产品的特征建模技术已成为集成过程中必须研究和解决的一项关键技术。
2.存储和处理公用信息的工程数据库技术目前在商业领域广泛应用的数据克管理系统大多是用于处理商用事务数据的，对于处理数量大、形式多样、结构烦琐、关系复杂、活动规律差、动态的CAD/CAM过程中的工程数据，还不能满足要求。
而已有的CAD/CAM集成系统，主要是通过文件来实现CAD与CAM之间的数据交换的。
不同子系统的文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。
为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享，尽量避免数据文件和格式转化，消除数据冗余，应努力建立能处理复杂工程数据的数据管理环境。
因此，研究和采用工程数据库管理方法将成为开发新一代CAD/CAPP/CAM—体化系统的又一关键，也是系统集成的核心。
3.进行数据交换的借口技术数据交换的任务是，在不同的计算机之间，不同的操作系统之间，不同的数据库之间和不同的应用软件之间进行数据通信。
由于历史上各种CAD、CAM系统，甚至同一系统中的各功能模块在最初开发过程中的”孤岛”现象，导致可它们的机内数据表示格式不统一，使不同系统间、不同模块间的数据交换难以进行，影响了用户应用软件效益的发挥。
机械制造中的CADCAM技术
机械制造中的CADCAM技术CADCAM技术，即计算机辅助设计与计算机辅助制造技术，是一种将计算机科学与机械制造工艺相结合的技术。
它在机械制造领域起到了重要的作用，极大地提高了机械制造的效率与精度。
本文将从CADCAM技术的基本原理、应用案例以及发展前景等方面进行论述。
一、CADCAM技术的基本原理CADCAM技术的基本原理是通过计算机软件和硬件的协同作用，将产品设计和制造加工过程进行数字化的集成。
具体而言，CADCAM 技术包括了计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）两个方面。
CAD是指利用计算机软件辅助进行产品设计的过程。
通过CAD技术，设计人员可以通过三维建模、可视化和虚拟仿真等功能，快速、准确地完成产品设计。
CAD技术不仅可以提高设计效率，还可以进行产品优化，节省材料和成本。
CAM是指利用计算机控制机床进行加工制造的过程。
通过CAM技术，设计好的产品模型可以直接转换为机床的加工程序，并通过数控设备实现自动加工。
CAM技术的应用可以减少人为因素的干扰，提高加工精度，降低制造成本。
二、CADCAM技术在机械制造中的应用案例1. 零部件设计与制造：CADCAM技术可以帮助设计人员快速完成产品零部件的设计。
例如，在汽车制造中，工程师可以使用CAD软件设计发动机、轮胎等零部件，然后通过CAM技术将设计好的模型转化为数控机床的加工代码，实现自动化生产。
2. 刀具路径优化：在数控机床的加工过程中，CADCAM技术可以通过优化刀具路径，实现更高效、更精准的加工。
它可以考虑到机床的运动特性、材料的物理特性等因素，从而最大限度地提高加工效率和质量。
3. 工艺规划与模拟：CADCAM技术可以对整个制造过程进行数字化模拟和可视化展示。
通过模拟，制造商可以在实际加工前预先规划工艺流程，并进行工艺参数的调整和优化，以降低生产中的风险和成本。
三、CADCAM技术的发展前景随着信息技术的飞速发展，CADCAM技术也在不断演进和创新。
CAM capp及 cad
工程训练中心
根据执行任务和处理对象的不同，CAD/CAM系 统的软件可分系统软件、支撑软件和应用软件三个不 同层次。 系统软件与计算机硬件直接关联，起着扩充计算 机的功能和合理调度与运用计算机硬件资源的作用。
支撑软件运行在系统软件之上，是各种应用软件 的工具和基础，包括实现CAD/CAM各种功能的通用 性应用基础软件。 应用软件是在系统软件及支撑软件的支持下，实 现某个应用领域内的特定任务的专用软件。
2013-7-15
工程训练中心 3）.有效提高企业应变能力和管理水平， 适应多品种、小批量高效生产，满足市场瞬 息多变的需求，是参与国际合作和竞争的重 要条件。 4）.有利于产品的标准化。系列化、通 用化； 5）.有利于实现生产自动化，如实现计 算机集成制造。
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工程训练中心 1.7 CAD/CAM技术的发展趋势
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工程训练中心 1.5 CAD/CAM的软件组成 计算机软件是指控制CAD/CAM系统运行、 并使计算机发挥最大功效的计算机程序、数据 以及各种相关文档。程序是对数据进行处理并 指挥计算机硬件工作的指令集合，是软件的主 要内容。文档是指关于程序处理结果、数据库、 使用说明书等，文档是程序设计的依据，其设 计和编制水平在很大程度上决定了软件的质量， 只有具备了合格、齐全的文档，软件才能商品 化。
工程训练中心2020727计算机数字控制装置cnc系统构成cnc装置控制软件软件功能硬件电路硬件功能主轴伺服单元主轴驱动装置可编程控进给驱动装置测量装置位置速度mst辅助指令信号主轴电机完成进给动作plc完成开关动作伺服驱动系统进给电机信号转换放大工程训练中心202072732数控机床的坐标系在数控机床上根据数控加工指令刀具与工件在确定的坐标系中产生相对运动
模具CADCAM技术
02
数控编程需要熟练掌握各种编 程语言和指令，如G代码、M 代码等，以确保加工程序的准 确性和高效性。
03
数控编程过程中，需要考虑刀 具、切削参数、加工顺序等因 素，以优化加工效率和保证加 工质量。
五轴加工技术
五轴加工技术是一种先进的加工技术，它可以在一次装夹中完成多面加工，提高加 工效率和加工精度。
标准化
参数化设计有利于实现标准化，降低生产成 本。
快速修改
通过修改参数即可快速实现产品模型的修改， 提高设计效率。
模块化设计
通过参数化设计实现模块化设计，便于产品 的维护和升级。
逆向工程技术
01
数据采集
通过测量设备获取产品表面数据。
模型重构
基于处理后的数据重构产品模型。
03
02
数据处理
对采集的数据进行去噪、拼接、重 构等处理。
优化改进
对重构的产品模型进行优化改进， 提高产品质量和性能。
04
有限元分析技术
离散化
将连续的产品模型离散化为有限个单元。
建立方程
为每个单元建立数学方程。
求解分析
对建立的方程进行求解和分析。
结果评估
根据求解和分析的结果评估产品性能和优化设计方案。
03
模具CAM技术
数控编程
01
数控编程是模具CAM技术中的 基础环节，它涉及到将模具的 设计图纸转换为数控机床可执 行的加工程序。
目前常用的加工仿真软件有Mastercam、Fusion 360等，它们具有强大的仿真功能和优化算法，能够为 模具加工提供可靠的保障。
04
模具CAD/CAM技术的应用
汽车制造业
01
汽车覆盖件模具
02
CADCAM技术及其发展趋势
CAD/CAM技术及其发展趋势摘要随着市场竞争的日益激烈及全球市场的形成，对制造业来说，21世纪企业竞争的核心将是新产品的开发能力及制造能力的发展，CAD/CAM技术是提高产品设计质量，缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段。
CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图；CAM包括数字化控制、工艺过程设计、柔性制造系统等。
另外，CAD/CAM 技术随着其推广应用和数字化设计与制造技术的发展成为一种高新技术产业，它的应用和发展引起了社会生产的重大变革。
目前CAD/CAM技术广泛应用在于机械、电子、航天、汽车、船舶、纺织、轻工及建筑等应用，它的应用水平已成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要指标。
关键字飞速发展自动绘图数字化控制自动化技术引言计算机辅助设计和制造简称为CAD/CAM，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员或产品的设计制造，达到预期的目的，并取得创新成果的一种技术。
目前已在机械、电子、建筑以及能源交通等领域广泛应用。
20世纪60年代初，CAD技术首先被应用在机器制造行业，如飞机制造、汽车制造、船舶制造等。
到20世纪70年代后期，微型计算机、大容量存储技术和计算机图形学的飞速发展，使CAD技术在工程上的应用从单独的分析计算变成大量信息存储、制造、管理的全过程中。
近年来，数据库技术的飞速发展，使设计从工艺流程计划、加工数据及数控程序，再到控制机器人的活动路径，实现设计、制造、生产的自动化管理已经开始进入实用阶段。
目前，世界上工业发达国家的制造业，其CAD/CAM技术应用的比重越来越大，如美国的汽车行业达100%，电子行业60%。
我国CAD/CAM技术的运用也在逐步发展中，已广泛应用于分析计算、数据编程、计算机辅助工艺编程和管理等方面。
1.介绍CAD/CAM技术1.1定义CAD/CAM即计算机辅助设计（Computer Aided Design ）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture）。
CADCAM建模技术
八叉树用于三维物体描述 八叉树最大优点是便于作出局 部修改及进行集合运算
计算机辅助设计与制造
空间单元表示法
算法比较简单，便于进行几何 运算及做出局部修改，常用来描 述比较复杂，尤其是内部有孔， 或具有凸凹等不规则表面的实体
要求有大量的存储空间，没有
关于点、线、面的概念，不能表 达一个物体两部分之间的关系
基本实体构造是定义和描述基本的 实体模型，包括体素法和扫描法。
计算机辅助设计与制造
体素法
用CAD系统内部构造的基本体素的实体信息（如长方体、 球、圆柱、圆环…）直接产生相应实体模型的方法
基本体素的实体信息包括基本体素 的几何参数（如长、宽、高、半径 等）及体素的基准点
计算机辅助设计与制造
扫描法
将平面内的封闭曲线沿某一路径“扫描”(平移、旋转、 放样等)形成实体模型 扫描法可形成较为复杂的实体模型
计算机辅助设计与制造
扫描变换法
扫描变换以沿着某种轨迹移 动点、曲线或曲面的概念为 基础，它要求定义移 动的形体和轨迹
形体可以是曲线、曲面或实体 轨迹应是可分析、可定义的
在扫描表示中，只要二维集合无二义性， 实体就不会有二义性
链接
计算机辅助设计与制造
几何建模技术比较
线框
数据结构 工程图 剖面图 消隐 真实感图形 物性计算 干涉检查 有限元 计算机要求 内存 点和边 较好 不可能 不可能 不可能 有限制 不行 人机交互 低 1
• 曲面建模理论严谨复杂，所以建模系统使用较复杂，并需一 定的曲面建模的数学理论及应用方面的知识 • 此种建模虽然有了面的信息，但缺乏实体内部信息，所以有 时产生对实体二义性的理解。
计算机辅助设计与制造
4. 实体建模
第三章 产品的数字化设计与仿真_精典
第三章产品的数字化设计与仿真第一节产品的数字化建模一、基本概念1．建模技术建模技术是CAD／CAM系统的核心技术，也是计算机能够辅助人类从事设计、制造活动的根本原因。
在传统的机械设计与制造中，技术人员是通过工程图样来表达和传递设计思想及工程信息的。
在使用计算机后，这些设计思想和工程信息是以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内，并经过适当转换可提供给生产过程各个环节，从而构成统一的产品数据模型。
模型一般有数据、结构、算法三部分组成。
所以CAD／CAM建模技术就是研究产品数据模型在计算机内部的建模方法、过程及采用的数据结构和算法。
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。
建模的步骤如图3-1所示：图3-1建模过程即首先研究物体的抽象描述方法，得到一种想象模型 (亦称外部模型)，如图3-1a中的零件，它可以想象成以二维的方式或以三维的方式描述的。
它表示了用户所理解的客观事物及事物之间的关系。
然后将这种想象模型以一定格式转换成符号或算法表示的形式，形成信息模型，它表示了信息类型和逻辑关系，最后形成计算机内部存储模型，这是一种数字模型。
因此，建模过程实质就是一个描述、处理、存储、表达现实世界的过程。
这一过程可抽象为图3—1b所示的框图。
2.建模的方法及其发展由于对客观事物的描述方法、存储内容、存储结构的不同而有不同的建模和不同的产品数据模型。
目前主要的建模方法有几何建模和特征建模两种；主要的产品数据模型有二维模型、三维线框模型、曲面模型、实体模型、特征模型、集成产品模型以及最新的生物模型等。
二、几何建模（一）几何建模的定义就机械产品的CAD／CAM系统而言，最终产品的描述信息包括形状信息、物理信息、功能信息及工艺信息等，其中形状信息是最基本的。
因此自70年代以来，首先对产品形状信息的处理进行了大量的研究工作，这一工作就是现在所称的几何建模(Geometric Modeling)。
汽车零件生产中的CADCAM应用技巧
汽车零件生产中的CADCAM应用技巧CADCAM的应用在汽车零件的生产中起着重要的作用。
它能够提高生产效率、节约生产成本，并且保证产品的质量和精度。
本文将介绍一些汽车零件生产中常见的CADCAM应用技巧，以及它们在提高生产效率方面的作用。
一、三维建模技术三维建模技术是CADCAM中最基础的技术之一，它能够帮助工程师将二维的设计图纸转化为三维模型。
在汽车零件的生产中，工程师可以使用三维建模技术来设计和验证汽车零件的形状和尺寸。
通过三维模型，工程师可以更直观地了解零件的外观和内部结构，从而更好地进行设计和改进。
此外，三维建模技术还能够为后续的工艺设计和加工提供参考。
二、材料选择与分析在汽车零件的生产中，材料的选择对产品的质量和性能有着重要影响。
通过CADCAM技术，工程师可以根据产品的需求和要求，选择合适的材料。
同时，CADCAM还可以进行材料的力学性能分析和模拟，以确保选取的材料能够满足汽车零件的使用环境和要求。
通过材料的选择与分析，可以有效提高产品的安全性和可靠性。
三、模具设计与分析汽车零件生产中，大部分零件都需要通过模具进行生产。
通过CADCAM技术，工程师可以进行模具的设计和分析，以确保模具能够准确且高效地制造零件。
CADCAM技术可以帮助工程师进行模具的三维设计和装配，模拟模具的使用过程，并进行强度和刚度的分析。
这些技术可以提高模具的制造质量和效率，减少生产中的错误和损失。
四、加工路径规划在汽车零件的生产中，加工路径的规划对零件的加工精度和效率有着直接影响。
通过CADCAM技术，工程师可以进行加工路径的规划和优化。
CADCAM技术可以帮助工程师模拟零件的加工过程，根据零件的形状和加工要求，自动生成最佳的加工路径。
这样不仅可以提高加工的精度和效率，还可以减少人为因素对加工质量的影响。
五、数字化的生产管理在汽车零件的生产中，CADCAM技术可以与数字化的生产管理系统相结合，实现零件生产的全过程监控和管理。
对CAD CAM的理解
CAD/CAM技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术。
CAD/CAM技术是先进制造技术的重要组成部分，它的发展和应用使传统的产品设计、制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化。
CAD/CAM技术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。
1. CAD技术计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）技术是指工程技术人员以计算机为工具，运用自身的知识和经验，对产品或工程进行方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的总称，是一门多学科综合应用的新技术。
CAD是一种新的设计方法，它采用计算机系统辅助设计人员完成设计的全过程，将计算机的海量数据存储和高速数据处理能力与人的创造性思维和综合分析能力有机结合起来，充分发挥各自所长，使设计人员摆脱繁重的计算和绘图工作，从而达到最佳设计效果。
CAD对加速工程和产品的开发、缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企业创新能力发挥着重要作用。
CAD系统应具有几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能。
一个完整的CAD系统应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。
人机交互接口是设计、开发、应用和维护CAD系统的界面，经历了从字符用户接口、图形用户接口、多媒体用户接口到网络用户接口的发展过程。
图形系统是CAD系统的基础，主要有几何（特征）建模、自动绘图（二维工程图、三维实体图等）、动态仿真等。
科学计算是CAD系统的主体，主要有有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等。
工程数据库是对设计过程中使用和产生的数据、图形、图像及文档等进行存储和管理。
就CAD技术目前可实现的功能而言，CAD作业过程是在由设计人员进行产品概念设计的基础上从建模分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析、计算和修改，最后编辑全部设计文档，输出工程图。
CAD.CAM复习资料
一、CAM的基本概念1、CAD、CAE、CAPP、CAM的基本概念计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD）：工程技术人员以计算机为辅助工具，完成产品的设计、分析、绘图等工作。
计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE):用计算机辅助求解复杂工程和产品的各种性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。
计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, CAPP）：工程技术人员以计算机为辅助工具，根据产品设计阶段给出的信息，人机交互地或自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。
计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM）：有广义和狭义两种定义。
广义CAM一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动。
工艺过程设计、工装设计、NC 自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制。
狭义CAM通常是指NC程序编制。
刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真机NC代码生成等。
2、CAD/CAM系统的工作过程、主要任务CAD\CAM的工作过程：1.构造产品几何模型；2.进行详细设计计算及结构方案优化分析，将设计的初步结果以图形方式在屏幕上输出；3.通过人机交互的方式进行修改；4.进行工艺过程设计，将设计的结果在屏幕上显示输出；5.对工艺过程设计以人机交互的方式进行修改，生成工艺卡片或以数据接口文件；6.利用外部设备输出工艺卡片，或CAM系统生成NC加工指令；7.进行仿真、模拟，进行刀具、夹具、工件之间的干涉、碰撞检验；8.在数控机床或加工中心上制造出产品。
CAD\CAM的主要任务：1.几何造型（或几何建模）2.工程分析3.工程绘图4.优化设计5.计算机辅助工艺过程设计（CAPP）6.计算机辅助NC编程7.模拟仿真8.工程数据管理9.应用软件二次开发 10.计算机辅助工艺过程设计（CAPP） 11.计算机辅助NC编程3、CAD/CAM系统的结构与典型类型、主要硬件配置与软件层次及主流支撑软件。
CAD-CAM概述
第15页，共20页。
CAPP应用开发平台——CAPPFreamwork
CAPPFramework系统
产品工 综合工艺编 艺管理 制与管理
工艺设计
工艺管理
系统支持功能
用
户
产 工 工 材 工 快 工序 工艺 工 工 工艺 工 典 工序 工艺 工 工艺 角
第3页，共20页。
CAD系统的功能
草图设计
零件设计
装配设计
真实感模型
比例油土模 型
第4页，共20页。
复杂曲面设 计
第5页，共20页。
第6页，共20页。
CAE（Computer Aided Engineering）-计算机辅助工程 用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲 稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力 学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种 近似数值分析方法。
第13页，共20页。
CAPP的基本定义
CAPP（Computer Aided Process Planning）计算机 辅助工艺设计：指在人和计算机组成的系统中， 根据产品设计阶段给出的信息，人机交互地或自 动地确定产品的加工方法和工艺过程的技术
它在分析和处理大量信息的基础上进行加工方法、 机床、刀具、加工顺序的选择或决策等，并计算加 工余量、工序尺寸、公差、切削参数、工时定额、 绘制工序图以及编制工艺文件。
输出图样、文件 CAPP
NC自动编程 加工模拟仿真
CAM
工艺知识检索 派生式CAPP 创成式CAPP
2-5维自动编程
评价 不满意 满意
加工制造
第2页，共20页。
《机械CADCAM》讲义演示课件
03
CAD/CAM的应用领域
汽车工业
汽车设计
CAD/CAM技术用于汽车外观设计、内部结 构设计和零部件设计，提高设计效率和精度 。
汽车制造
通过CAM编程和数控加工，实现汽车零部件的高效 、高精度加工，提高生产效率。
汽车试验
利用CAD/CAM技术建立汽车模型，进行虚 拟试验，减少物理试验次数，降低研发成本 。
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THANKS
CAD/CAM技术用于模具结构设计、成型面设计和加 工工艺规划，提高设计效率和精度。
模具制造
通过CAM编程和数控加工，实现模具的高效、高精 度加工，缩短制造周期。
模具检测
利用CAD/CAM技术进行模具的虚拟装配和检测，确 保模具质量和生产稳定性。
电子工业
电子元件设计
CAD/CAM技术用于电子元件、电路板和封装 设计，提高设计效率和精度。
详细描述
建模技术是计算机辅助设计（CAD）的核心，它使用数学模型表示产品形状和结构。通过使用三维几何模型，可 以精确地表示物体的形状和尺寸。在CAD中，建模技术可以分为线框建模、表面建模和实体建模三种类型。
CAD/CAM的基本原理 建模技术
总结词
参数化设计可以提高设计的灵活性和可修改性。
详细描述
参数化设计是一种设计方法，它通过定义参数和参数之间的关系来描述几何形状。这种方法可以提高 设计的灵活性和可修改性，因为设计可以通过修改参数来快速地进行修改。参数化设计在机械设计和 制造中特别有用，因为它可以快速地生成和修改零件的几何形状。
3
智能化制造
增材制造技术可以与智能化技术相结合，实现智 能化制造，提高制造的自动化和智能化水平。
06
CAD/CAM实践案例
CADCAM概述
CADCAM概述CADCAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）是指利用计算机技术辅助进行产品设计和制造的工艺方法。
它结合了计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）两个概念，旨在提高设计和制造过程的效率和精度。
本文将概述CADCAM的概念、原理、应用和未来发展趋势。
一、概念CADCAM是现代工程领域中普遍采用的一种技术，它将计算机和软件技术与传统的设计和制造工艺相结合。
CAD技术在设计过程中用于建立和修改产品的几何模型，CAM技术在制造过程中用于将设计模型转化为具体的产品加工工艺。
二、原理CADCAM系统的核心是计算机软件，它能够解析和处理设计数据并自动生成工艺指令。
首先，设计人员使用CAD软件创建产品的几何模型，再将模型导入CAM软件，通过选择适当的加工工艺参数，生成产品的加工路径和指令。
最后，通过将指令传输给加工设备，实现产品的自动加工。
三、应用CADCAM技术在多个领域得到广泛应用。
在制造业中，它可以用于数控机床、激光切割机、3D打印机等机械设备的控制和操作。
在建筑和土木工程领域，CADCAM技术可以用于建筑模型的设计和施工方案的生成。
此外，CADCAM技术在汽车、航空航天、医疗器械等诸多行业都发挥着重要作用。
四、未来发展随着计算机技术的不断发展，CADCAM技术也在不断演进。
未来，CADCAM系统将更加智能化，能够更好地适应复杂产品的设计和制造要求。
与AI技术的结合，可以实现自动化设计和制造的目标，提高生产效率和质量。
总结CADCAM技术是一种利用计算机辅助进行产品设计和制造的工艺方法，它结合了CAD和CAM的概念。
通过计算机软件的应用，CADCAM能够提高设计和制造过程的效率和精度。
该技术在多个领域得到广泛应用，包括制造业、建筑和土木工程等。
未来，CADCAM技术将继续发展，实现更高水平的智能化设计和制造。
CADCAM05-几何建模
NURBS被国际标准化组织定义为工业产品形状表示的标准方法。
曲面建模常遇问题
曲面光顺：
线框建模的缺点
• 线框建模构造的实体模型只有离散的边，没有边 与边的关系； •信息表达不完整，会使物体形状的判断产生多义性； • 复杂物体的线框模型生成需要输入大量初始数据， 数据的统一性和有效性难以保证，加重输入负担 。
表面建模
表面建模是将物体分解成组成物体的表面、边线和顶点， 用顶点、边线和表面的有限集合表示和建立物体的计算 机内部模型。
曲面建模常遇问题
曲面求交：
•曲面求交是曲面操作中最基本的一种算法，要求准确、可 靠、迅速，并保留两张相交曲面的已知拓扑关系，以便实现 几何建模的布尔运算和数控加工的自动编程… •常用的求交算法有解析法、分割法、跟踪法、隐函数法…
曲面建模常遇问题
曲面裁剪： •两曲面相贯后，交线通常构成原有曲面的新边界，合理表 示经过裁剪的曲面； •曲面求交方法实际上是求出交线上的一系列离散点，在裁 剪曲面的边界线表示中可将这些离散点连成折线，也可以拟 合成样条曲线。对于参数曲面，一般以参数平面上的交线表 示为主。
•曲面光顺字面理解指曲面光滑、顺眼，在数学意义上则要 求曲线和曲面具有二阶连续性、无多余拐点和曲率变化均匀; •用数学的方法对曲面光顺进行处理，通常用最小二乘法、 能量法、回弹法、基样条Байду номын сангаас、磨光法… •各种光顺方法的主要区别在于使用不同的目标函数以及每 次调整型值点的数量; •整体光顺每次调整所有型值点,局部光顺每次调整个别点。
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特征建模的概念 特征的表示及数据结构 特征建模技术的实现和发展
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、特征建模的概念
1． 特征的定义 2．形状特征的分类
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
1． 特征的定义
特征：
产品开发过程中各种信息的载体，包含零件的几 何拓朴信息，设计制造等过程所需要的非几何信 息，如材料信息、尺寸、形状公差信息、表面粗 糙度信息和刀具信息等。
实体建模应用场合：
运动学分析 干涉检验 机器人编程 五坐标NC铣削过程模拟 空间技术
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维实体模型计算机内部表示法
边界表示法（BRep）
把物体定义为封闭的边界表面围成的有限 空间，形体可通过边界来表示，面通过边、 边通过点、点通过三个坐标值来定义。
在三维线框上通过蒙皮构成实体
原理：同三维视图重构法，但它关心的是 如何将点和边构成环。
几何法、拓扑法
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
曲面建模/表面建模
定义：
是通过对物体的各种表面或曲面进行描述的一种 三维建模方法。
适用：
表面不能用简单的数学模型进行描述的复杂物体 型面。
方法：
第4章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
➢基本概念 ➢几何建模技术 ➢特征建模技术 ➢集成产品数据模型及数据交换接口
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第1节 基本概念
计算机内部表示及建模技术 建模的方法及其发展
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、计算机内部表示及建模技术
特征识别
首先进行几何设计，然后在建立的几何模型上， 通过人工交互或自动识别算法进行特征的搜索、 匹配。
特点：特征信息的提取和识别困难，仅适于简单 加工特征识别，且形状特征之间的关系无法表达。
基于特征设计/特征建模
直接采用特征建立产品模型，而不是事后再识别。 建立在三维实体建模系统的基础上，增加特征的
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
空间单元表示法计算机内部表示
四叉树（二维），八叉树（三维）
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
半空间法（以CSG为基础）
数学意义：
一个平面半空间可 通过一个无限平面 和法向向量来定义。
特点
可实现局部修改 容易引进自由曲面 使CSG数据结构在
计算机辅助绘图、回转体零件数控编程
弱点：
零件的各个视图是相互独立产生的，无整体信息 模型，当一个视图改变时，其它视图不可能自动 改变。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维几何建模系统
三维建模类型：
线框建模、表面建模、实体建模
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维几何建模技术
由给出的离散点数据构成光滑过渡的曲面，使曲 面通过或逼近离散点。
复杂物体型面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
曲面建模/表面建模（2）
常用的参数曲线、曲面有：
Bezier， B-spline， Coons， NUEBS
简化曲面生成方法：
(1) 线性拉伸面 (2) 直纹面 (3) 旋转面 (4) 扫描面
曲面模型可以为其它应用场合继续提供数据：
有限元网格的划分、三坐标或五坐标NC编程、计 算和确定刀具运动轨迹
为反求工程（RE）的CAD建模提供基础。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三次Bezier曲线及双三次曲面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
4.4 集成产品数据模型及数据交换接口
CAD/CAM资源共享需：
统一的产品数据模型定义体系 统一的产品数据交换标准 集成产品数据模型 产品数据交换接品的标准
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、 集成产品数据模型
定义：
特征表达如下：
产品特征 ＝ 形状特征＋工程语义信息 语义信息：
静态信息: 描述特征形状、位置属性数据； 规则和方法: 确定特征功能和行为； 特征关系: 描述特征间相互约束关系
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
2．形状特征的分类
特征分类标准：
每一类特征都是零件设计的基本功能单元，同时 其方法和制造手段基本上一致。
混合模式
基本思想
在一个系统中采用不同形式的表示方法， 常见的CSG法和Brep混合，在原来CSG的 结点上扩充一级边界数据结构。
特点
(1) 可实现快速图形显示 (2) 由于起主导作用的是CSG结构，局部修
改等仍不可实现。
混合模式
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
构造立体几何法（CSC）
基本思想
通过基本体素及它们的集合运算进行表示， 即通过布尔模型生成二叉树结构表示
CSG法与BRep法的主要区别
CSG法计算机存储过程模型，强调各体素 进入拼合时的原始状态。
BRep法强调拼合后的结果。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
描述信息，建立特征库，并将几何信息与非几何 信息描述在一个统一的模型中，设计时将特征库 中预定义的特征实例化。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
特征建模技术的特点
从设计角度
扩大了建模体素的集合，方便设计，为设 计高效率、标准化、系列化提供条件；
从加工角度
特征对应着一定的加工方法，简化CAPP 决策逻辑，同时可将加工方法与特征封装 实现了程序的结构化、模块化、柔性化。
建模方法：
几何建模、特征建模、全生命周期建模
产品信息数据模型：
几何模型（二维、三维线框、曲面、实体）、特 征模型、集成产品模型、智能模型及生物模型等
建模方法的发展
几何建模 特征建模概念的提出
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
1、几何建模的定义
几何建模方法
物体的描述和表达是建立在几何信息和拓 朴信息处理基础上的。
CSG法的特点
存储基本体素＋变换矩阵，CSG法数据 量只有BRep法的1/10
描述复杂物体有一定局限性 隐式模型，不存储物体的详细几何信息 可实现整体修改，而局部修改难
CSC局部修改
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
整体修改
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
空间单元表示法
基本思想
通过一系列空间单元构成图形来表示物体，单元 Cell都是具有一定大小的立方体。是一种数字化 的近似表示法。
特点：
(1) 要求大量存储空间 (2) 没有点线面的概念，不能表达物体任意两部分
之间的关系。只是空间近似。 (3)算法简单，是物性计算和有限元划分的基础。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
边界表示法的特点
边界表示法的优点在于含有较多的关于 面、边、点 及其相互关系的信息，可 通过人机交互对物体模型进行局部修改
有关物体生成原始信息，基本体定义， 如何拼合等无法提取
描述所需信息量较大，信息冗余。
面边的两次存储
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
实体建模
定义：
实体建模是利用基本体素，如长方体、圆柱体等 通过集合运算生成复杂形体的建模技术。
体素的定义及描述
基本体素及空间位置及方向 平面轮廓扫描体 平扫体、旋转体 整体扫描
布尔运算
布尔运算：并、交、差 过程模型，可以二叉树结构表示
基本体素
参数描述，基准点
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
平面轮廓扫描体
前提：封闭的平面轮廓
整体扫描
实用：
生产过程的模拟及 干涉检验，特别是 NC加工中刀具轨迹 生成和检验方面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
形状特征分类；
制造方法：铸、锻、焊、机加工等特征 零件类型：轴盘类、板块类、箱体类等特征 设计过程：基特征、正特征和负特征、主特征和
辅助特征 复杂程度：简单特征、复合特征
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
二、 特征的表示及数据结构
特征需表示的信息：
特征体素 特征造型中进行布尔运算的单元， 特征面及拓朴信息 建立特征之间关系及工程属
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
几何建模系统分类
二维几何建模系统 三维几何建模系统
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
二维几何建模系统
类型
边式：只描述轮廓边，通过不同类型轮廓边的相 互顺序实现绘图目的。
面式：将封闭轮廓边包围的范围定义成平面，作 为整体来处理。
适用范围：
几何信息
物体在欧氏空间中的形状、位置和大小；
拓朴信息
物体各分量的数目及其相互间的连接关系。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
几何信息的二义性
必须同时给出几何信息和拓扑信息
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
拓扑信息的描述
视具体要求不同选择不同的拓扑描述方法。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
计算机内部表示：
决定在计算机内部采用什么样的数字化模 型来描述、存储和表达现实世界中的物体。