【正文】 機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) )的簡稱。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是將人和計(jì)算機(jī)的最佳特性結(jié)合起來，輔助進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析的一種技術(shù)，是綜合了計(jì)算機(jī)與工程設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)為工具，用自身的專業(yè)知識(shí)，對產(chǎn)品進(jìn)行幾何造型、分析計(jì)算、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。 CAD 的功能：工程設(shè)計(jì)的過程包括設(shè)計(jì)需求分析、概念設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)建模、設(shè)計(jì)分析、 設(shè)計(jì)評價(jià)和設(shè)計(jì)表示， CAD的功能就是在工程設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(dòng)。包括工藝準(zhǔn)備（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)，工裝設(shè)計(jì)、制造， NC 編程），生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，物流過程的運(yùn)行控制（物料加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、儲(chǔ)存等生產(chǎn)活動(dòng)）。 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(jī)械工業(yè)中的主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面： (1) 二維繪圖。 (2) 圖形及符號(hào)庫。 (3) 參數(shù)化設(shè)計(jì)。 (4) 三維造型。 (5) 工程分析。 (6) 生成設(shè)計(jì)文檔及報(bào)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(shí)用程序等，它用于計(jì)算機(jī)的管理、控制和維護(hù)。 1．操作系統(tǒng)。如 Windows 2020/xp/NT UNIX（工作站，微機(jī)）等。 2．計(jì)算機(jī)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(shí)用程序。 支撐軟件 圖形處理軟件。負(fù)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(jì)算方法庫：如解線性方程組優(yōu)化方法軟件 工程分析及計(jì)算軟件 有限元分析軟件：如 ANSYS 等機(jī)構(gòu)分析及機(jī)構(gòu)綜合的軟件系統(tǒng)動(dòng)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(shí)際問題，在系統(tǒng)軟件的支持下而設(shè)計(jì)、開發(fā)的程序，或利用支撐軟件進(jìn)行二次開發(fā) 形成的程序，如模具設(shè)計(jì)軟件、電器設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)主機(jī)、信息存儲(chǔ)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(biāo)、掃描儀等）、圖形輸出設(shè)備（顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等）及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備、數(shù)控機(jī)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，在設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)上裝配成產(chǎn)品圖，并對產(chǎn)品性能進(jìn)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(dòng)型 CAD/CAM系統(tǒng) 自動(dòng)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(jì)算機(jī)能根據(jù)規(guī)定的程序，自動(dòng)完成設(shè)計(jì)工作，輸出產(chǎn)品設(shè)計(jì)全部圖紙及技術(shù)文件，僅適用于設(shè)計(jì)理論成熟；計(jì)算公式確定；設(shè)計(jì)步驟及判別標(biāo)準(zhǔn)清楚；資料數(shù)據(jù)完備的產(chǎn)品。 交互型 CAD/CAM系統(tǒng) 在機(jī)械產(chǎn)品 設(shè)計(jì)過程中，方案的決策及結(jié)構(gòu)布置要完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)是非常困難的，有時(shí)也是不可行的，設(shè)計(jì)過程中往往需要設(shè)計(jì)人員的隨時(shí)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(jì)算機(jī)二者的長處，即：計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力和嚴(yán)格的邏輯判斷及大量信息的存儲(chǔ)能力和設(shè)計(jì)人員長期積累的智慧和豐富的經(jīng)驗(yàn)。交互型CAD/CAM系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中具有較實(shí)用的價(jià)值，并且在實(shí)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(shí)庫、推理機(jī)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、知識(shí)獲取系統(tǒng)以及人機(jī)接口等組成。智能型 CAD/CAM系統(tǒng)可以對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)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(gè)重要方向 ,必須在以下幾方面提高水平： 從傳統(tǒng)的實(shí)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(jì)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(diǎn)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(tuán)隊(duì)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(shí)共享、資源共享。 3 智能化 現(xiàn)有的 CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中只能處理數(shù)值型的工作，包括計(jì)算、分析與繪圖 在設(shè)計(jì)活動(dòng)中存在另一類符號(hào)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(jī)械 CAD/CAM 發(fā)展的必然趨勢。 4 標(biāo)準(zhǔn)化 面向圖形設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) CGI ，面向用戶的圖形標(biāo)準(zhǔn) GKS ,OPENGL，面向不同 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) IGES和 STEP ，事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)： 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(jì)算機(jī)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(dòng)、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(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成該物體的三維幾何模型，這個(gè)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(shí)模擬。這個(gè)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(jìn)行碰撞、干涉檢驗(yàn)； VM；機(jī)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(jìn)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(jì)、圖形、制造和裝配四個(gè)方面。 (1) 設(shè)計(jì) 能隨時(shí)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(jìn)行物體的物理特性計(jì)算；如計(jì)算體積、面積、重心、慣性矩等。能檢查裝配中的干涉。能作運(yùn)動(dòng)機(jī)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(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程及刀具軌跡的仿真。此外還能進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)等。 (4) 裝配 在機(jī)器人及柔性制造中利用三維幾何模型進(jìn)行裝配規(guī)劃、機(jī)器人視覺識(shí)別、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的分析等。 特征造型的兩種方式 特征識(shí)別是根據(jù)已有的幾何模型進(jìn)行相應(yīng)的特征識(shí)別，并加以定義，實(shí)現(xiàn)特征建模。有交互式和系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別兩種方式。特征識(shí)別 +特征提取 特征設(shè)計(jì) 基于特征的造型技術(shù)，由設(shè)計(jì)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(shí)體模型、特征模型等，這幾種模型代表了幾何形體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的不同存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)表達(dá) 線框模型 建模 線框模型是用頂點(diǎn)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(jì)算機(jī)表示包括兩方面的信息：一類是幾何信息，記錄各頂點(diǎn)的坐標(biāo)值，即頂點(diǎn)表；另一類 是拓?fù)湫畔?，記錄定義每條邊的兩個(gè)端點(diǎn)，即棱線表。實(shí)際物體是頂點(diǎn)表和棱線表相應(yīng)的三維映象。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，計(jì)算機(jī)內(nèi)部易于表達(dá)，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(diǎn)：有二義性，缺少表面輪廓信息，當(dāng)形狀復(fù)雜、棱線過多時(shí)，會(huì)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(jì)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(yàn)等，缺少拓?fù)湫畔?，即邊與面、面與體之間關(guān)系的信息，因此不能構(gòu)成實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)與線框模型相比多了一個(gè)面表，記錄了邊、面間的拓?fù)潢P(guān)系。 優(yōu)點(diǎn)： (1) 能實(shí)現(xiàn)消隱、著色、表面積計(jì)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(jī)等表面。 缺點(diǎn)： (1) 缺乏面間的拓?fù)潢P(guān)系，依然不能構(gòu)成實(shí)體，有時(shí)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(shí)，因此要對操作者進(jìn)行一定的培訓(xùn)。 實(shí)體模型（ Solid Model） 建模 實(shí)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(shí)體這個(gè)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(shí)體模型。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：（ 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(diǎn)、線、面、體的拓?fù)湫畔ⅰ＃?2）無二義性。可以消隱、剖切、有限元網(wǎng)格劃 分、生成 NC刀具軌跡。（ 3）可計(jì)算物理特性。實(shí)體造型包括兩部分：（ 1）體素定義和描述（ 2）體素間的布爾運(yùn)算（構(gòu)成復(fù)雜實(shí)體的有效工具。 三維實(shí)體表示方法 目前實(shí)體造型系統(tǒng)開發(fā)中使用的三維實(shí)體表示方法有許多，廣泛采用的兩種方法是幾何實(shí)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(shí)體參數(shù)表示法等。 幾何實(shí)體構(gòu)造法（ CSG： Constructive S