计算机辅助设计与制造技术

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1、计算机辅助设计与制造技术。第一单元 CAD 基本理论第一章、 CAD/CAM技术理论基础第一节、概述计算机辅助设计和计算机辅助制造的基本意思是指产品设计和制造技术人员在计算机系统的支持下， 根据产品设计和制造流程进行设计和制造的一项技术，也是人类智慧与系统中的硬件和软件功能巧妙的结合。然而，如果用途不同，则CAD/CAM系统中的硬件和软件的配置与组织也是不一样的，这才能有效地用于某类工程或产品的设计与制造的全过程，即包括方案设计、 总体设计与零件设计以及加工和装配。由于CAD/CAM技术还在不断发展，而且，不同领域对CAD/CAM技术的应用程度也有不同， 所以，目前对 CAD/CAM技术的含义

2、的理解也略有差异。可以预料，随着计算机技术的发展，CAD/CAM技术帮助技术人员完成查品设计和制造的范围将不断扩大和完善，对其含义的理解将会逐渐接近一致。CAD/CAM技术本身是一项综合性的、技术复杂的系统工程，涉及许多学科领域，如计算机科学和工程，计算数学，几何造型、计算机图形显示、数据结构和数据库、仿真、数控、机器人和人工智能学科和技术以及与产品设计和制造有关的专业知识等。 CAD/CAM技术具有自己的特点和发展规律，而且，随着电子科学技术的发展和不断地向前发展，需要人们不断地去探索和研究，使其更加完善。当今，CAD/CAM技术的优点已为越来越多的人共识。1985 年，一位美国制造业专家

3、W。H。Slatterback 曾预言，从 1985 年到 2000 年中，美国的制造业面临的变化将比本世纪前 75 年的变化要大得多，其根本原因是 CAD/CAM技术的应用。目前，在工业发达的国家中， 不仅将 CAD/CAM技术广泛用于宇航、 电子和机械制造等工程和产品生产领域， 而且逐渐发展到服装、 装饰、家具和制鞋等领域。 另外，该技术是计算机集成化制造系统 CIMS 的技术基础之一，所以，当今世界上许多国家与有关部门都十分重视对该技术的投资。总之， CAD/CAM技术的普及应用不仅对传统产业的改造、新兴产业的发展、劳动生产率的提高、 材料消耗的降低、 国际竞争能力的增强均有巨大的带头作

4、用， 而且 CAD/CAM技术及其应用水平正成为衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化水平的重要标志之一。我国大力推广 CAD/CAM技术，是科研单位提高自主研究开发能力、 企业提高应变能力和提高劳动生产率的重要条件，是促进传统技术发生革命性变化的重要手段，是缩短与发达国家的差距， 把国民经济搞上去， 实现社会主义现代化建设目。2。标的重要措施，是一项刻不容缓的战略任务。为此，进入90 年代后，我国的科学技术和工业部门都先后指定了发展和推广 CAD/CAM技术的计划，并对所属部门提出了具体要求。所以，推广应用 CAD/CAM技术的范围将不断扩大。第二节、 CAD/CAM技术发展简介不管是产品还

5、是工程设计，最后都要生产符合要求的工程图纸或数控加工信息，而且，在设计过程中的各个阶段要以图形显示出各阶段的设计结果。 所以，计算机图形学和图形显示技术是 CAD/CAM技术的重要基础之一。也就是说， CAD/CAM 技术的发展是与它们的发展密切相关。40 年代计算机问世，直至 50 年代中期，计算机的使用尚不普遍，而且主要是用于科学计算。 当时，尽管在计算机系统中已经开始配置了图形显示器， 但由于计算机图形学的理论还没有形成， 而且当时显示器的性能较差， 所以，尚未具备人机交互功能。 如美国麻省理工学院的旋风号计算机就是这样的系统。 但是到了50 年代末期，美国麻省理工学院林肯实验室研制的空

6、中防御系统就能将雷达的信号转换为显示器上的图形， 操作者可以用光笔指向显示屏幕上的目标来拾取所需的信息，这种功能的出现预示着交互图形生成技术的诞生。1963 年，美国麻省理工学院的 I 。E。Sutherland 在他发表的博士论文中提出了SKETCHPAD系统。在该系统中用的计算机是 TX2，可以用光笔在图形显示器上实现选择、定位等交互功能。而且，计算机可根据光笔指定的点画出直线，或者当光笔指定圆心或半径后画出圆等。 另外该系统对符号和图案的存储采用分层的数据结构。即一幅完整的较复杂的图形可以通过分层调用各有关子图来合成。 尽管该系统还是较原始， 但是这些基本理论和技术至今仍是 CAD/CA

7、M技术的基础，十分有用。所以， I 。E。Sutherland 的 SKETCHPAD系统被公认为对交互图形生成和显示技术的发展奠定了基础。交互图形生成技术的出现，促进了 CAD/CAM技术的迅速发展。 60 年代中期后，美国的一些大公司都十分重视这一技术， 并投入相当资金对 CAD/CAM技术进行研究和开发，研制了一些 CAD系统。如 IBM 公司的 SMS、 SLT/MST设计自动化系统和洛克希德公司研制的主要用于二维绘图 CADAM系统。美国通用汽车公司为设计汽车车身和外形而开发的 CAD1 系统，该系统是在大型计算机上运行的，成为该公司设计小轿车和卡车的比不可少的工具。 在此期间，美国

8、的 CDC公司也开发了作为商品销售的 Digigraphic CAD系统。这一时期 CAD/CAM系统的特点是：规模庞大，价格昂贵。 所以，只有经济实力雄厚和技术力量较强的大型企业和研究单位才能研究和应用 CAD/CAM技术。从 60 年代末期至 70 年代中期， CAD/CAM技术的发展较快，已有商品化的硬件和软件。由于在这一时期计算机硬件的性能价格比不断完善， 主要特点是图形输入板，大容量的磁盘存储器和廉价的存储管显示器等相继出现， 以及数据管理系统等软件的开发等。以小型和超级小型计算机为主主机的 CAD/CAM系统进入市场并。3。成为主流。接着出现了一批专门经营CAD/CAM系统硬件和软

9、件的公司，如Computer Vision 、Intergraph、Calma、 Application等。这些 CAD/CAM系统的特点是硬件和软件配套齐全，因此人们称它为“交钥匙”系统。与大型计算机CAD/CAM系统相比，其价格相对便宜，使用和维护也相对简单一些，这也是CAD/CAM技术得到进一步发展和扩大应用范围的原因。在这一时期内， CAD/CAM 系统的应用领域主要集中在航空、 电子和机械工业部门， 同时对三维几何造型也开始研究。70 年代末以后， 32 位工作站和微型计算机的出现对 CAD/CAM技术的发展起了极大的推动作用。 32 位工作站是属单位用的计算机系统，具有较高的响应速

10、度，它特别适用于 CAD/CAM系统。而且， 32 位工作站之间可以联网，以达到共享系统内的资源和发挥各台计算机的特点。 因此，可以根据工作需要和经济条件以及CAD/CAM技术的发展等逐步投资，逐步发展和扩大 CAD/CAM系统的功能和规模。80 年代中期后，这种以工作站为基础的 CAD/CAM系统发展很快，其功能达到甚至超过小型机 CAD/CAM系统。可以预见，这种系统将成为 CAD/CAM系统的主流。这种系统的制造厂商只提供硬件和系统软件， 而应用软件则由其它专门开发软件的公司研制和销售。近年来在我国市场上销售这类产品的公司有IBM 公司、 HP公司、 SUN公司、 DEC公司、 SGI

11、公司等，产品的种类很多，各有特点。由于微型计算机的性能和价格比的提高，目前以PC386、486 为主机的 CAD/CAM系统不断增加。该系统的特点是容量小，处理速度慢，但价格十分便宜，应用软件丰富，便于学习和维护。 另外还可以进入网络系统共享资源，并可以替代工作站完成一部分 CAD/CAM作业，很适合中、小型企业和刚开始应用CAD/CAM技术的单位。我国在 CAD/CAM技术方面的研究开始于 70 年代中期，当时主要是研究开发二维绘图软件，并利用绘图机输出二维图形。 主要研究单位是高等学校。 航空和造船工业是应用 CAD/CAM技术较早的部门。 80 年代初，有些大型企业和设计院成套引进 CA