第1章 CADCAM概述(新)..

2018年10月13日
23
GUI 发展的几个主要产品
Xerox Star, 1981
Apple Macintosh 1984
2018年10月13日
Windows 1995
25
• 1969年，Bell Labs 建立第一个帧缓存framebuffer (3 bits) • 1969年，SIGGRAPH（美国计算机绘图专业组） 成立 (began as special interest committee in 1967 by Sam Matsa and Andy vanDam) • 1969年，ARPANET（美国国防部网络） 诞生 • 1970年，法国Renault（雷诺） 公司的Pierre Bezier 提出一种全新的数学方法，用于构造汽车自由曲面。由 他领导研制的Unisurf曲面造型和UniAPT曲面加工系统， 从1972年起应用于汽车外形打样和模具加工，为计算 机辅助几何设计CAGD研究方向奠定了基础和发展方向。
(4) 有利于实现面向制造的设计(Design for Manufacturing，简 称DFM)和面向装配的设计(Design for Assembly，简称DFA)， 降低成本，提高产品竞争力； (5) 有利于敏捷制造等先进制造模式的实施，扩大企业的市 场机遇。
2018年10月13日
8
对于CAD/CAM集成系统来说，应具备以下三个基本特征： (1) 数据共享： (2) 系统集成化： (3) 开放性：
2018年10月13日
20
Sutherland在1968左右发明了HMD，Head Mounted Display，即头盔显示器 － VR应用
2018年10月13日
21
1959，DAC-1（Design Automated by Computer ）, 第一个 commercial（商业） CAD 系统，由IBM为General Motors开发
2018年10月13日
14
• 50年代中期：US Air Force‘s SAGE（地面防空系统） @ MIT Lincoln Laboratory – 最早使用光笔
2018年10月13日
15
1962年，S. A. Coons发表：An outline of the requirements for the computer Aided Design 《计算机辅助设计需求纲要 》 －设计者使用 CRT显示器与光笔操作 －从概念设计、生产设计以及制造均采用计算机辅助 －仅仅是设想了计算机辅助设计的形式
2018年10月13日
27
60年代中期到70年代中期，是 CAD/CAM技术趋于成熟的阶段
•
此时的CAD技术价格极其昂贵，曾几 何时，在国内租用一套CATIA的年租金 即需15～20万美元
2018年10月13日
28
•
基于对于CAD/CAE一体化技术发展的探 索，SDRC公司于1979年发布了世界上第 一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE软件──I-DEAS。
(4) 图形处理功能；
(5) 三维运动机构的分析和仿真功能；
(6) 物体质量特征计算功能；
(7) 有限元分析功能；
(8) 数据处理与数据交换功能。
2018年10月13日 4
机械产品的 CAM 系统应能提供一种交互式编程并 产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工 艺参数设置等内容。具体地说，应具备以下几方面功能：
2018年10月13日 26
•
•
•
美国的洛克希德公司从1974年起向市场推出了 CADAM系统，成为70年代中至80年代末国际 上最流行的第一代IBM主机版交互绘图系统 麦道公司从1976年起开发Unigraphics系统， 简称UG，目前属于EDS公司（1975年建立） 法国 Dassault 公司1975年花一百万美元买下 了CADAM源程序，学习CADAM的技术诀窍， 同时又发展Bezier曲面造型方法，自主开发了 CATIA飞机外形设计和数控加工系统。
2018年10月13日
13
美国麻省理工学院的D．T．Ross研制了在通用计算机上运 行的自动编程工具 APT(Automatically Programmed Tools)NC 语 言系统，应用这种语言通过对刀具轨迹的描述，就可以自动实 现计算机辅助编制NC加工程序。 1958 年 ， 人 们 成 功 研 制 了 自 动 换 刀 镗 铣 加 工 中 心 (Machining Center ，简称 MC) ，使得在一次装夹中能完成多工 序的集中加工，提高了NC机床的加工效率和加工质量。
ACI是Alan Grayer，Charles Lang和Ian Braid的名字字首，S是Solid（实体）的字首
2018年10月13日
31
•
进入80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为 首的一批人提出了一种参数化实体造型方法
– –
–
– –
主要具有以下特点：基于特征、全尺寸约束、全数 据相关、尺寸驱动设计修改 Parametric Technology Corp. 最早推出T-FLEX 1989年，PRO/Engineer的第一个版本 80年代末，计算机技术迅猛发展，硬件成本大幅度 下降，大大推动了中小企业对CAD技术的应用
–
其他如有限元分析模块
2018年10月13日 34
•
微机平台CAD系统：Autodesk公司
– –
–
–
–
16个人于1982年合办 John Walker：PC运行的$1000以内的CAD 软件 第一版的AutoCAD 基于1981年由Mike Riddle 写的名为MicroCAD的软件（ Interact） AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件，它 在二维绘图领域拥有广泛的用户群 MDT、Inventor三维设计
2018年10月13日
10
CAD/CAM的生存环境
操作系统、计算机网络、数据管理平台（PDM）、 集成制造环境（CIMS）
CAD/CAM系统的工作过程
2018年10月13日
11Байду номын сангаас
2018年10月13日
12
CAD/CAM的发展历程
• 1952-1955：MIT 伺服机构实验室完成数控 铣床研究
– D. T. Ross, 计算机辅助制造开端
2018年10月13日
5
(1) 系统应可以建立二维和三维刀具路径； (2) 系统应能实现多种加工方法；
(3) 系统应能实现刀具路径的编辑和修改；
(4) 系统应具备刀具数据库和材料数据库，系统应能自 动生成进给速度和主轴转速； (5) 系统有内置的防碰撞和防过切功能； (6) 系统应能人工调整任何机加工缺省值(如进给速度、 主轴转速等)； (7) 系统应能对加工过程进行模拟，并可以估算加工时 间。
2018年10月13日
33
•
组件式开发的典型例子：SolidWorks
–
– –
–
利用PARASOLID作为实体几何建模器 D-Cubed公司的DCM作为尺寸约束管理器 Lightwork Design公司的Lightworks作为带 真实感的浓淡处理器 Microsoft的Foundation Class作为其基于 Windows应用的接口开发工具
第1章 概述
1.1 CAD/CAM的基本概念
1.2 CAD/CAM技术的应用和发展历程
1.3 CAD/CAM技术的学习方法
2018年10月13日
1
CAD/CAM的基本概念
人工设计方式不可避免地存在着以下的不足之处：
(1) 难以实现优化设计。 (2) 设计周期长。 (3) 材料消耗大。
2018年10月13日
2018年10月13日 6
CAD/CAM技术原理
广义的CAD/CAM技术：是指利用计算机辅助技术进行产品设 计与制造的整个过程及与之直接或间接相关的活动。 狭义的CAD/CAM技术：指利用CAD/CAM系统进行产品的造型、 计算分析和数控程序的编程。
CAD/CAM与制造模式
传统的设计与制造方式：以技术人员为中心 先进制造技术：以CAD/CAM技术为核心 以计算机为中心
–
由于实体造型技术 能够精确表达零件的全部 属性，在理论上有助于统一CAD、CAE、 CAM的模型表达，给设计带来了惊人的方便 性。
2018年10月13日
29
•
通用实体造型平台
均出自剑桥大学Ian Braid于1973年的博士论 文 他和导师Charles Lang，以及同窗Alan Grayer 都有很强的商业意识，1974年在剑桥买下了一 幢小住宅楼，创办了Shape Data公司，并于 1978年开发出第一代实体造型软件Romulus。 1981年美国E&S公司买下Shape Data，着手开 发第二代产品Parasolid,1988年并入UG
Dr. Patrick J. Hanratty 于1957 开发了第一个 commercial numericalcontrol programming system 被称为：“the Father of CAD/CAM ”
2018年10月13日
22
1963年，Stanford Research Institute的Doug Englebart 发明鼠标
2018年10月13日
18
1967 年，英国莫林公司建造了第一条计算机集中控制的自 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出了类似系统，于20世纪70年
代初期定名为柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，
2
机械产品的CAD系统应能完成以下工作：零件的几何 建模设计、部件的装配设计、零件图及部件装配图设计、 零件的有限元分析、各台微机之间的零部件数据(包括图形) 交换等。具体说，其主要功能如下：
2018年10月13日
3
(1) 造型功能； (2) 二维图形与三维图形的相互转换功能；
(3) 参数化设计功能；
2018年10月13日 32
•
•
SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出 了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术 ──变量化技术，作为今后的开发方向。 经三年时间，投资一亿多美元，将软件全部重 新改写，于1993年推出全新体系结构的 IDEAS Master Series 软件
–
在早期出现的大型CAD软件中，这是唯一一家在90 年代将软件彻底重写的厂家。
2018年10月13日
9
CAD／CAM系统的集成就是把CAD、CAM、CAE、 CAPP、NCP(数控编程)以及PPC(生产计划与控制)等 各种功能不同的软件有机地结合起来．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 保证系统内的信息的畅通。也就是说： 它是将产品设计、生产管理、质量控制等有机地集成 在一起。
2018年10月13日
16
60年代初期，Ivan Sutherland，SKETCHPAD（画板）
－光笔实现人机交互，定位图形元素 －工程图轮廓、尺寸等的分层表示 －交互式图形学与计算机辅助设计的基础
2018年10月13日
17
1962年，第一台工业机器人诞生，实现了物流搬运柔性
自动化；第一台通用计算机集中控制多台数控机床的实现， 降低了数控装置的制造成本，提高了工作可靠性。
2018年10月13日 7
CAD/CAM集成的概念 CAD/CAM集成的作用：
(1) 有利于系统各子系统之间的资源共享，提高了系统运行 效率，降低了系统成本； (2) 避免了CAD系统与CAM系统之间的信息传递误差，特别 是人为的传递误差，从而提高了产品的质量；
(3) 有利于各子系统实现并行作业，缩短产品上市周期，提 高产品质量和企业的市场竞争力；
2018年10月13日 30
–
Parasolid与Acis
•
•
•
•
1986年美国Spatial Technology公司再 次找到Ian Braid等合作，开发了ACIS
–
• •
ACIS于1989年上市 由于它的技术性能好，很多CAD厂商都 用它替换了自己产品中的原有模块,包括 Autodesk公司的MDT等
简称FMS)。
2018年10月13日
19
20世纪70年代中期，由于微处理机(大规模集成电路)的出 现，计算机的性能成倍提高，体积及成本大大下降，从而促进 了 柔 性 制 造 技 术 迅 猛 发 展 ， 各 种 微 机 数 控 (Computerized Numerical Control，简称CNC)技术获得了广泛的应用。