【正文】 機械 CADCAM復(fù)習(xí)資料 大 全 第一章 CAD/CAM的定義、功能及應(yīng)用： CAD定義： Computer Aided Design(計算機輔助設(shè)計 )的簡稱。計算機輔助設(shè)計是將人和計算機的最佳特性結(jié)合起來，輔助進行產(chǎn)品的設(shè)計與分析的一種技術(shù)，是綜合了計算機與工程設(shè)計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科。 還可以定義為：工程技術(shù)人員以計算機為工具，用自身的專業(yè)知識，對產(chǎn)品進行幾何造型、分析計算、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計活動的總稱。 CAD 的功能：工程設(shè)計的過程包括設(shè)計需求分析、概念設(shè)計、設(shè)計建模、設(shè)計分析、 設(shè)計評價和設(shè)計表示， CAD的功能就是在工程設(shè)計的過程中起相應(yīng)的作用。 CAM（ Computer Aided Manufacturing）到目前為止還沒有明確的定義。是指計算機在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱，有廣義和狹義之分。 廣義 CAM指利用計算機輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中直接和間接的各種活動。包括工藝準備（計算機輔助工藝設(shè)計，工裝設(shè)計、制造， NC 編程），生產(chǎn)作業(yè)計劃，物流過程的運行控制（物料加工、裝配、檢驗、輸送、儲存等生產(chǎn)活動）。 狹義 CAM通常指數(shù)控程序的編制，包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌 跡仿真以及 NC代碼的生成。 CAD/CAM 技術(shù)在機械工業(yè)中的主要應(yīng)用有以下幾個方面： (1) 二維繪圖。 (2) 圖形及符號庫。 (3) 參數(shù)化設(shè)計。 (4) 三維造型。 (5) 工程分析。 (6) 生成設(shè)計文檔及報表。 (7)數(shù)控加工 舉例說明 CAD/CAM系統(tǒng)硬件及軟件： 系統(tǒng)軟件 指操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實用程序等，它用于計算機的管理、控制和維護。 1．操作系統(tǒng)。如 Windows 2020/xp/NT UNIX（工作站，微機）等。 2．計算機語言及編譯系統(tǒng)。如 Basic、 Fortran、 Pascal、 C/C++等，這些高級 語言均有相應(yīng)的編譯系統(tǒng)。 3．系統(tǒng)實用程序。 支撐軟件 圖形處理軟件。負責(zé) CAD的繪圖，如 AutoCAD。 幾何建模軟件。 Pro/E等。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。如 FoxBASE， FoxPRO，工程數(shù)據(jù)庫等。計算方法庫：如解線性方程組優(yōu)化方法軟件 工程分析及計算軟件 有限元分析軟件：如 ANSYS 等機構(gòu)分析及機構(gòu)綜合的軟件系統(tǒng)動態(tài)分析軟件。 文檔制作軟件。如 WPS， WORD等 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶為解決各類實際問題，在系統(tǒng)軟件的支持下而設(shè)計、開發(fā)的程序，或利用支撐軟件進行二次開發(fā) 形成的程序，如模具設(shè)計軟件、電器設(shè)計軟件等。應(yīng)用軟件的功能和質(zhì)量直接影響 CAD/CAM系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。 典型的 CAD/CAM系統(tǒng)的硬件 計算機主機、信息存儲設(shè)備（主要指外存、如硬盤、軟盤、光盤等）、圖形輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標、掃描儀等）、圖形輸出設(shè)備（顯示器、繪圖儀、打印機等）及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備、數(shù)控機床、檢測設(shè)備、物流設(shè)備等組成。 CAD/CAM系統(tǒng)的類型： 檢索型 CAD/CAM系統(tǒng) 檢索型 CAD/CAM系統(tǒng)主要用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其零部件已實現(xiàn)標準化、系列化及模塊化的產(chǎn)品，它們的零部件圖及 裝配圖已轉(zhuǎn)化為程序存儲于計算機中，在設(shè)計過程中，根據(jù)給出參數(shù)的具體數(shù)值按要求檢索出所需要的零部件圖，在計算機上裝配成產(chǎn)品圖，并對產(chǎn)品性能進行校核，滿足要求后，輸出所需的各種技術(shù)文件及圖紙。 自動型 CAD/CAM系統(tǒng) 自動型 CAD/CAM 系統(tǒng)能根據(jù)產(chǎn)品性能規(guī)格要求在輸入基本參數(shù)后，不需人工干預(yù)，計算機能根據(jù)規(guī)定的程序，自動完成設(shè)計工作，輸出產(chǎn)品設(shè)計全部圖紙及技術(shù)文件，僅適用于設(shè)計理論成熟；計算公式確定；設(shè)計步驟及判別標準清楚；資料數(shù)據(jù)完備的產(chǎn)品。 交互型 CAD/CAM系統(tǒng) 在機械產(chǎn)品 設(shè)計過程中，方案的決策及結(jié)構(gòu)布置要完全實現(xiàn)自動化設(shè)計是非常困難的，有時也是不可行的，設(shè)計過程中往往需要設(shè)計人員的隨時參與，由此產(chǎn)生了交互型CAD/CAM系統(tǒng)。它充分發(fā)揮了人與計算機二者的長處，即：計算機的高速運算能力和嚴格的邏輯判斷及大量信息的存儲能力和設(shè)計人員長期積累的智慧和豐富的經(jīng)驗。交互型CAD/CAM系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計工作中具有較實用的價值，并且在實現(xiàn)上相對也容易一些。 智能型 CAD/CAM系統(tǒng) 將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)與普通 CAD/CAM 系統(tǒng)結(jié)合起來，便產(chǎn)生了智能型CAD/CAM系統(tǒng)。它主要由 知識庫、推理機、實時系統(tǒng)、知識獲取系統(tǒng)以及人機接口等組成。智能型 CAD/CAM系統(tǒng)可以對產(chǎn)品設(shè)計的全過程進行支持。 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢： 1 集成化， 提高集成水平是 CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向 ,必須在以下幾方面提高水平： 從傳統(tǒng)的實體造型到參數(shù)化特征造型的轉(zhuǎn)變 必須有自己統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng) 解決好不同CAD/CAM 系統(tǒng)間產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換問題 集成系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)該包括種類更多、功能更為完善的設(shè)計與制造應(yīng)用軟件 解決好網(wǎng)絡(luò)通信問題，使不同節(jié)點及不同地區(qū)的用戶能夠協(xié)同工作。 2 網(wǎng)絡(luò)化 提 供多學(xué)科領(lǐng)域開發(fā)團隊的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)支持跨部門、跨行業(yè)、跨地域的企業(yè)協(xié)作，提供數(shù)據(jù)共享、知識共享、資源共享。 3 智能化 現(xiàn)有的 CAD/CAM技術(shù)在機械設(shè)計中只能處理數(shù)值型的工作，包括計算、分析與繪圖 在設(shè)計活動中存在另一類符號推理型工作 ，將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng) CAD/CAM技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化 CAD/CAM 系統(tǒng)是機械 CAD/CAM 發(fā)展的必然趨勢。 4 標準化 面向圖形設(shè)備的標準 CGI ，面向用戶的圖形標準 GKS ,OPENGL，面向不同 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標準 IGES和 STEP ，事實標準： CATIA與 UG文件格式， DXF， X_T， SET等。 第三章 幾何造型技術(shù)又稱為幾何建模技術(shù) ，是利用計算機以及圖形處理技術(shù)來構(gòu)造物體的幾何形狀，模擬物體的動、靜態(tài)處理過程的技術(shù)。 這種技術(shù)能將物體的形狀及其屬性（顏色、材質(zhì)、精度）存儲在計算機內(nèi)，形成該物體的三維幾何模型，這個模型是對原物體的確切的數(shù)學(xué)描述或是對原物體某種狀態(tài)的真實模擬。這個模型將為各種不同的后續(xù)應(yīng)用提供信息（例如：由模型產(chǎn)生有限元網(wǎng)格；由模型生成數(shù)控加工刀具軌跡，進行碰撞、干涉檢驗； VM；機床模型；刀具模型；夾 具模型；零件模型）。 幾何造型系統(tǒng) ：通常把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能交互地進行編輯的系統(tǒng)稱為幾何造型系統(tǒng) 三維幾何造型在 CAD/CAM中的應(yīng)用 三維幾何造型在 CAD/CAM中主要應(yīng)用在設(shè)計、圖形、制造和裝配四個方面。 (1) 設(shè)計 能隨時顯示零件形狀，并能利用剖切來檢查諸如壁的厚薄，孔是否相交等問題。能進行物體的物理特性計算；如計算體積、面積、重心、慣性矩等。能檢查裝配中的干涉。能作運動機構(gòu)的模擬等等。 (2) 圖形 產(chǎn)生二維工程圖，包括零件圖，裝配圖等。 (3) 制造 能利 用生成的三維幾何模型進行數(shù)控自動編程及刀具軌跡的仿真。此外還能進行工藝規(guī)程設(shè)計等。 (4) 裝配 在機器人及柔性制造中利用三維幾何模型進行裝配規(guī)劃、機器人視覺識別、機器人運動學(xué)及動力學(xué)的分析等。 特征造型的兩種方式 特征識別是根據(jù)已有的幾何模型進行相應(yīng)的特征識別，并加以定義，實現(xiàn)特征建模。有交互式和系統(tǒng)自動識別兩種方式。特征識別 +特征提取 特征設(shè)計 基于特征的造型技術(shù)，由設(shè)計人員調(diào)用特征造型系統(tǒng)中的特征，通過增加、刪除和修改等操作建立零件特征模型。它所遵循的思想是利用具有工程 意義與確定形狀的特征直接構(gòu)造零件模型。 幾何造型系統(tǒng)發(fā)展至今，先后出現(xiàn)了線框模型、表面模型、實體模型、特征模型等，這幾種模型代表了幾何形體在計算機內(nèi)的不同存儲方式，本節(jié)從工程角度出發(fā)，介紹這幾種模型的原理與計算機表達 線框模型 建模 線框模型是用頂點和棱邊表示三維形體，其棱邊可以為直線、圓弧、二次曲線及樣條曲線組成 。 它的計算機表示包括兩方面的信息：一類是幾何信息，記錄各頂點的坐標值，即頂點表；另一類 是拓撲信息，記錄定義每條邊的兩個端點，即棱線表。實際物體是頂點表和棱線表相應(yīng)的三維映象。 優(yōu)缺點 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，計算機內(nèi)部易于表達，繪制快速；物體的三維數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生任意視圖，為生成工程圖帶來了方便。 缺點：有二義性，缺少表面輪廓信息，當(dāng)形狀復(fù)雜、棱線過多時，會引起模糊理解。 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中缺少邊與面、面與體之間關(guān)系的信息。從原理上講，此種模型不能消除隱藏線、計算物性、生成數(shù)控加工刀具軌跡、有限元網(wǎng)格剖分、物體干涉檢驗等，缺少拓撲信息，即邊與面、面與體之間關(guān)系的信息，因此不能構(gòu)成實體。 型 表面模型也稱曲面模型，通常用于構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體，構(gòu)造時常常利用線框功能，先構(gòu)造一線框圖，然后用掃描或旋轉(zhuǎn)等手段變成曲面，也可以直接利用系統(tǒng)提供的許多曲面圖素來建立各種曲面模型。表面模型在計算機中的存儲與線框模型相比多了一個面表，記錄了邊、面間的拓撲關(guān)系。 優(yōu)點： (1) 能實現(xiàn)消隱、著色、表面積計算、二曲面求交、數(shù)控刀具軌跡生成、有限元網(wǎng)格劃分等。 (2) 擅長構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體，如模具、汽車、飛機等表面。 缺點： (1) 缺乏面間的拓撲關(guān)系，依然不能構(gòu)成實體，有時產(chǎn)生對物體二義性理解。 2) 操作比較 復(fù)雜，要求操作者具備曲面建模的數(shù)學(xué)知識，因此要對操作者進行一定的培訓(xùn)。 實體模型（ Solid Model） 建模 實體模型與表面模型不同之處在于確定了表面的哪一側(cè)存在實體這個問題。用有向棱邊的右手法則確定所在面外法線的方向，如規(guī)定正向指向體外。如此只需將上圖的面表改為如下，即可確切地分清體內(nèi)體外，形成實體模型。 優(yōu)缺點 優(yōu)點：（ 1）包含的信息全面，不僅記錄了全部幾何信息，而且記錄了全部點、線、面、體的拓撲信息。（ 2）無二義性?？梢韵[、剖切、有限元網(wǎng)格劃 分、生成 NC刀具軌跡。（ 3）可計算物理特性。實體造型包括兩部分：（ 1）體素定義和描述（ 2）體素間的布爾運算（構(gòu)成復(fù)雜實體的有效工具。 三維實體表示方法 目前實體造型系統(tǒng)開發(fā)中使用的三維實體表示方法有許多，廣泛采用的兩種方法是幾何實體構(gòu)造法和邊界表示法。它們分別是早期和近期 CAD開發(fā)中三維形體表示的主要方法，其他表示方法還有掃描表示法、八叉樹表示法、基本體素表示法、空間分割法、實體參數(shù)表示法等。 幾何實體構(gòu)造法（ CSG： Constructive S