【文章內(nèi)容簡介】 (軟件 CAD)離散 //（材料 細(xì)微）疊加的原理制造零件。 幾種典型 RPM： SLA。 LOM。 SLS。 FDM等 應(yīng)用：制造任意復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件；微型零件 /目前樣件； Dalian University of Technology ? 區(qū)別：去除 /增材 ? 特點：任意形狀、數(shù)字化、快捷 ? 發(fā)展趨勢：生物制造、直接成型零件、復(fù)雜零件等 Dalian University of Technology 第七章 制造自動化技術(shù) 制造自動化技術(shù)概述 定義、內(nèi)涵及技術(shù)地位 發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 , 發(fā)展趨勢 關(guān)鍵技術(shù) 現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù) 發(fā)展歷程 CNC機床系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)特點 Dalian University of Technology 生產(chǎn) CNC系統(tǒng)的廠家及典型產(chǎn)品 數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢 CAD/CAPP/CAM CAD計算機輔助設(shè)計 CAD/CAPP/CAM的組成 CAD/CAPP/CAM中的連接 CAD/CAPP/CAM的應(yīng)用情況和發(fā)展前景 Dalian University of Technology 概述 CAD被認(rèn)為是當(dāng)代最杰出的工程技術(shù)成就之一； CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 發(fā)展概況 50年代，由描述刀具軌跡 直接描述被加工工件的尺寸和形狀，產(chǎn)生了CAD的最初的概念；美國的 CALCOMP/GERBER公司分別研制滾筒式、平板式繪圖儀為 CAD的發(fā)展提供了基本條件。 60年代， MIT的青年博士 Sutherland首先發(fā)表了“ SKETCHPAD—人機對話系統(tǒng)”論文，提出了計算機圖形學(xué)、交互技術(shù)等新思想，初步設(shè)計實現(xiàn)了操作光筆和鍵盤完成屏幕菜單拾取、光標(biāo)定位、圖面動態(tài)修改及熒光屏顯示圖形。引起關(guān)注 /美國 GE、 IBM；英國、日本、意大利等國的汽車公司開始應(yīng)用，逐步擴展到其他行業(yè)。 Dalian University of Technology 70年代，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使小型機性能大幅度提高， CAD系統(tǒng)由 16位小型機、數(shù)字化儀、顯示裝置、繪圖機等硬件和相應(yīng)的軟件組成。 80年代， 32位機、超級微型機的出現(xiàn)、齊全的計算機外圍設(shè)備的系列化為CAD技術(shù)進一步發(fā)展提供了條件， CAPP、 CAM、 CAQ得到快速發(fā)展。 90年代，從單一模式、單一功能、單一領(lǐng)域發(fā)展轉(zhuǎn)變成綜合設(shè)計、制造、管理等多信息、支持并行工程的集成化 CAD系統(tǒng)技術(shù)。 發(fā)展趨勢 CAD系統(tǒng)的集成化 CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化 CAD系統(tǒng)的智能化 CAD系統(tǒng)幾何建模的特征化 CAD系統(tǒng)的界面友好化與開發(fā)工具化 Dalian University of Technology CAD發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù) 1）軟件工程技術(shù) 2）集成產(chǎn)品模型研究 3）分布式環(huán)境技術(shù) 4）集成環(huán)境中統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術(shù) 5）人工智能技術(shù) 6）面向?qū)ο蠹夹g(shù) 7）多媒體技術(shù) CAD的基本概念 不僅是具體的設(shè)計流程和方法的簡單映像，而且是反映當(dāng)代先進的設(shè)計方法和進程，發(fā)揮計算機優(yōu)勢的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。 1) 設(shè)計過程分析 任務(wù)規(guī)劃 /方案設(shè)計 /結(jié)構(gòu)設(shè)計 /試制加工 /試驗使用 Dalian University of Technology 2) CAD工作過程 輸入設(shè)計要求 // 描述、構(gòu)造設(shè)計模型 //方案設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 ||| /數(shù)據(jù)庫、圖形庫、程序庫 / 輸出結(jié)果 /修改 輸出設(shè)計結(jié)果 /技術(shù)文件 3)CAD的效益 (1）提高效率、縮短設(shè)計周期 (2）進行精確計算分析、降低成本，提高設(shè)計質(zhì)量 (3）有利于發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性 (4）有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 (5）有利于 CAM的發(fā)展 Dalian University of Technology CAD系統(tǒng)的硬件和軟件 CAD系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。 硬件由計算機和外圍設(shè)備組成。 軟件由 系統(tǒng)軟件 、 支持軟件 和 應(yīng)用軟件 組成。 CAD系統(tǒng) |——————|———————| 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) |———|———| |—————|——————| 計算機 外圍設(shè)備 系統(tǒng)軟件 支持軟件 應(yīng)用軟件 CAD硬件系統(tǒng)類型： 獨立式 CAD系統(tǒng) //分布式 CAD系統(tǒng) Dalian University of Technology 1）獨立式 CAD系統(tǒng)類型 主機系統(tǒng)：由中央處理機 CPU配有多個圖形終端和字符終端的系統(tǒng)。 成套系統(tǒng)：是針對用戶要求的全套、無需再開發(fā)的 CAD系統(tǒng)。 工程工作站系統(tǒng)：具有計算、圖形交互處理的微機系統(tǒng)。 個人計算機系統(tǒng)：逐漸與工作站縮小差距。二維圖形向三維圖形發(fā)展。 2）分布式 CAD系統(tǒng) 應(yīng)用計算機技術(shù)和通信技術(shù)，將分布于各處的多臺計算機以網(wǎng)絡(luò)的形式連接起來構(gòu)成分布式 CAD系統(tǒng)。 特點：計算機之間的通信由制造商的網(wǎng)絡(luò)軟件完成，每臺計算機有各自獨立的操作系統(tǒng)，啟動和失效是獨立的；可以資源共享、易于擴展，提高CAD系統(tǒng)的技術(shù)性能等。 CAD硬件系統(tǒng)的選擇原則 1）系統(tǒng)功能：配置 /容量、運算速度、運算精度；性能 /圖形顯示、處理能力，接口通信聯(lián)絡(luò)能力等。 2）開放性與可移植性：國際標(biāo)準(zhǔn)、交互操作與移植界面等 Dalian University of Technology 3）系統(tǒng)升級擴展能力：向下兼容，向上擴展等。 4）可靠性、維護性與服務(wù)質(zhì)量：相應(yīng)指標(biāo)。 CAD軟件系統(tǒng)類型 1)系統(tǒng)軟件：包括，管理和操作程序；維護程序；用戶維護程序。 連接硬件和操作用戶 2)支撐軟件：包括，繪圖軟件；幾何建模軟件；有限元分析軟件；優(yōu)化方法軟件；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)仿真軟件。 連接系統(tǒng)和使用用戶。 3)應(yīng)用軟件：包括，數(shù)據(jù)庫、圖形庫和程序庫。 與使用用戶聯(lián)合開發(fā)。 CAD應(yīng)用軟件類型 檢索型 系列化產(chǎn)品；自動型 建模產(chǎn)品；交互型 開發(fā)比較式設(shè)計；智能型 利用人工智能、專家系統(tǒng)進行推理、判斷式設(shè)計 Dalian University of Technology CAD軟件開發(fā)基礎(chǔ) 軟件工程的基本概念 軟件危機 ：一是軟件開發(fā)落后于硬件的發(fā)展；二是大量軟件無法維護。 軟件工程 ：為解決上世紀(jì) 60年代出現(xiàn)的“軟件危機”形成一門新興學(xué)科。解決的辦法：借鑒從事工程項目的原理、概念、技術(shù)來開發(fā)和維護軟件；把管理和技術(shù)結(jié)合起來 軟件工程，即軟件開發(fā)和維護的工程科學(xué)。 軟件工程重要目的： 提高軟件的可維護性，減少軟件維護的代價。 1）軟件的生存周期：從開發(fā)、使用和不斷修訂，到最后被淘汰的過程。 6各階段：可行性論證與計劃階段 /需求分析階段 /設(shè)計階段 /實現(xiàn)階段 /測試階段 /運行與維護階段。 據(jù)統(tǒng)計：軟件維護階段成本超過整個周期成本的 50%。 2）軟件文檔： （文檔編制表 41） 按軟件生存周期方法，對每個階段采用科學(xué)的管理手段與技術(shù)方法，形成開發(fā)全周期的和每階段的軟件文檔，保證軟件質(zhì)量。 Dalian University of Technology 設(shè)計資料的程序化處理 1）數(shù)值程序化 : 參數(shù) /手冊 /模型等關(guān)系，用合理編制的程序存入計算機。 數(shù)組形式存入數(shù)據(jù) /數(shù)學(xué)公式計算數(shù)據(jù) 模塊式調(diào)用。 2）數(shù)表程序化：函數(shù)關(guān)系數(shù)表等，編制的程序存入計算機，進行檢索和調(diào)用。 3）線圖程序化：經(jīng)驗公式等關(guān)系，編制的程序存入計算機。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫的基本原理 數(shù)據(jù) ：包括，字符 /數(shù)據(jù)項 /組合項 /記錄 /文建 /數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)的層次。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ：研究與管理不僅是數(shù)據(jù)本身，重要的是數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論研究數(shù)據(jù)元素之間的抽象化關(guān)系，較少涉及元素具體內(nèi)容。包括，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：描述數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。 非構(gòu)造型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（線性結(jié)構(gòu)） /數(shù)組 構(gòu)造型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（非線性結(jié)構(gòu)） /樹狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) Dalian University of Technology 數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)：指在計算機內(nèi)的存儲方式，從物理存儲的角度描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。 1）順序存儲結(jié)構(gòu)：依次存放 2）鏈地址法存儲結(jié)構(gòu)：指針指令存放 文件： 是記錄的的集合。 文件的組織方法：順序文件 /索引文件 /直接存取文件 —隨機文件 文件的操作：查找和排序 數(shù)據(jù)庫： CAD過程對數(shù)據(jù)進行加工和處理的過程。靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)文件管理 存取 /操作方法（數(shù)據(jù)與程序相互獨立和聯(lián)系） 數(shù)據(jù)庫的 特點 1）數(shù)據(jù)模型 描述數(shù)據(jù)同時，描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 2）數(shù)據(jù)共享性 3）數(shù)據(jù)相對獨立性 本身有操作功能。 4）數(shù)據(jù)的安全性和完整性 Dalian University of Technology 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的 構(gòu)成 有硬件；軟件；專職管理人員和數(shù)據(jù)庫組成。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的的 功能 負(fù)責(zé)定義、管理、建立、維護、通信及設(shè)備控制等。 數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)模型 表示實體與實體之間聯(lián)系的模型 數(shù)據(jù)模型。 三種：層次模型 一對多 /網(wǎng)狀模型 多對多 /關(guān)系模型 多對多（常用） 計算機繪圖 計算機繪圖：包括，產(chǎn)生和復(fù)制各類圖形（二維、三維、零件圖、部件裝配圖、傳動系統(tǒng)圖等）以及對圖形進行存儲、調(diào)用、編輯、修改和繪圖。 計算機繪圖圖形軟件的類型和功能 類型 ：基本繪圖軟件指令 繪點、線等基本圖 圖形支撐軟件 例如微機上的 AUTOCAD 專用圖形軟件 在繪圖軟件基礎(chǔ)上，有針對性地開發(fā)專門用途軟件。 Dalian University of Technology 計算機繪圖 功能 ： 1）定義窗口 用戶作用區(qū)與屏幕顯示區(qū)、二者的坐標(biāo)變換等。 2）圖形描述 畫基本要素包括多邊形、橢圓、曲線等，進行幾何計算（求交點、切點等）確定相應(yīng)位置參量。 3）圖形編輯與變換 變比例、平移、旋轉(zhuǎn)等；編輯修改。 4）圖形控制 初始化、顯示和輸出控制的等。 5）圖形文件處理 文件管理 6）交互處理功能 人機對話 /界面友好 繪圖程序的基本編制方法 1）調(diào)用基本繪圖指令法（軸的畫法） 2）調(diào)用圖形元素拼合圖形法（軸的拼法） 3）裝備專用圖形庫 二維圖形變換的基本原理 Dalian University of Technology 圖形變換 1）窗、視變換 窗口功能：定義窗口、視區(qū)復(fù)制窗口內(nèi)容（定義 /選中坐標(biāo)點） 視區(qū)功能：復(fù)制窗口內(nèi)容 窗、視變換：坐標(biāo)變換。 二維圖形的幾何變換 基本原理：對圖形的一系列點進行坐標(biāo)變換；點的表示 /矩陣變換 /點變換 變換類型：比例變換 /對稱變換 /旋轉(zhuǎn)變換 /平移變換 復(fù)合變換：集中變換的組合 三維幾何建模 類型 ：線框建模 /表面建模 /實體建模 相應(yīng)體素的描述 點表、邊表、面表 Dalian University of Technology 實體建模 生成方法 ： 體素法 基本素體及其疊加造型 組合類 平面輪廓掃描法造型 回轉(zhuǎn)類 /伸展類 整體掃描法造型 刀具軌跡模擬 表示方法 ： 1）邊界表示法 體由面定義，面由邊定義，邊由點定義，點由三維坐標(biāo)定義 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2）構(gòu)造實體幾何法 基本體素及其集合運算構(gòu)成 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)。 3）混合模式 在 CAD中使用較多。 特征建模 上述模型沒有考慮生產(chǎn)過程的要求，后續(xù)的 CAPP/CAM難以提取工程信息 除公稱尺寸外，還需要形位公差、表面粗糙度和材料性能等信息。 Dalian University of Technology 特征建模：面向整個設(shè)計過程、生產(chǎn)過程，包括所有生產(chǎn)信息，表達(dá)這些信息之間的關(guān)系。設(shè)計者以某種功能意義形狀如：孔、鍵、槽、齒等為基本元素進行組合、分割 /拼接，建造所需實體模型。 特征的實現(xiàn)：特征的定義；特征的識別。 CAD系統(tǒng)中特征造型模塊的功能： 1）預(yù)定義特征，建立