模具CAD/CAM機電工程學院彭華建1參考教材：

機械CAD/CAM技術

王隆太

主編

教材：模具CAD/CAM

華中理工大學李志剛主編2模具CAD/CAM機械CAD/CAM技術3模具CAD/CAM技術的應用領域：計算機繪圖、數控加工模具

計算機輔助設計模具、模擬塑性成形過程、CAD/CAM/CAE一體化模具CAD/CAM系統的重要概念和基本知識，包括系統的組成、數據處理方法、圖形變換、幾何造型、自動繪圖、數控加工等內容；沖壓模、注塑模CAD/CAM系統介紹。本課程主要講授內容：4第一章CAD/CAM技術概論

CAD/CAM——ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

CAD/CAM技術的發展和應用已成為衡量一個國家科技現代化和工業現代化的重要標志之一。第一節CAD/CAM的基本概念一項利用計算機軟、硬件協助人完成產品的設計與制造的技術。5在設計人員進行產品概念設計的基礎上，從事產品的幾何造型分析，完成產品幾何模型的建立，然后抽取模型中的有關數據進行工程分析和計算，再根據計算結果決定是否對設計結果進行修改，修改滿意后編輯全部設計文檔，輸出工程圖。一、CAD技術

CAD——工程技術人員以計算機為工具，用自身的專業知識，對產品進行總體設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱，是一項綜合性技術。1.CAD設計過程：6輸入設計要求設計模型定義工程分析計算滿意？文檔編輯、圖形輸出圖形交互設備數據庫圖形庫程序庫73.CAD系統的組成：

由科學計算、圖形系統、工程數據庫等組成。2.CAD的功能：

幾何建模、工程分析、模擬仿真、自動繪圖。科學計算包括有限元分析、可靠性分析、動態分析、優化設計、產品的常規計算分析。

圖形系統用于幾何造型、自動繪圖、動態仿真等設計過程。

工程數據庫對設計過程中所需使用或產生的數據、圖形、文檔等信息進行存儲和管理。8毛坯設計、加工方法選擇、工序設計、工藝路線制定、工時定額計算。

其中，工序設計包含：加工設備和工裝的使用、加工余量的分配、切削用量選擇以及機床、刀具的選擇、必要的工序圖生成等。二、CAPP技術CAPP——ComputerAidedProcessPlanning。即計算機輔助工藝設計。根據產品設計結果，進行產品的加工方法和制造過程的設計。1.CAPP的功能：9

應用CAPP之后，可以迅速編制出完整、詳盡、優化的工藝方案和各種工藝文件，極大提高工藝人員的工作效率，縮短工藝準備時間，加快產品投放市場的速度。為企業的科學管理提供可靠的數據。

2.CAPP的作用：

傳統的工藝設計方式：工藝人員依據個人的經驗，以手工的方式進行工藝設計，因效率低、工藝方案因人而異，難以取得最佳的工藝方案，從而難以適應當今快速發展的生產需要。10

通常指數控程序的編制，包括刀具路徑的規劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真、后置處理、NC代碼生成等。三、CAM技術

CAM——ComputerAidedManufacturing1.狹義CAM

利用計算機輔助完成從毛坯到產品制造過程中的直接和間接的各種活動，包括工藝準備、生產作業計劃、物流過程的運行控制、生產控制、質量控制等方面。2.廣義CAM11四、CAD/CAM集成技術從上世紀60年代開始，在國內外研究開發了一批性能優良的相互獨立的商品化CAD、CAPP、CAM系統．這些獨立的系統分別在產品設計自動化、工藝規程設計自動化和數控編程自動化方面起到了重要作用。但是，這些各自獨立的系統，不能實現彼此之間信息的自動傳遞和交換，必須由設計者對數據信息進行必要的轉換。結果：降低了設計效率，并可能產生錯誤。12

CAD/CAM集成——在CAD、CAPP、CAM各模塊之間有關信息的自動傳遞和轉換。集成化的CAD/CAM系統借助于公共的工程數據庫、網絡通信技術以及標準格式的中性文件接口，把分散于機型各異的計算機中的CAD/CAM模塊高效地集成起來，實現軟、硬件資源共享，保證系統內信息的流動暢通無阻。計算機集成制造——ComputerIntegratedManufacturing，即“CIM”。１９７４年由美國哈林頓博士提出。

將企業內所有分散的信息系統進行集成，不僅包括生產信息，還包括生產管理過程所需的全部信息，從而構成一個計算機集成制造系統（CIMS）。

CAD/CAM集成技術是計算機集成制造系統的一項核心技術。13第二節模具CAD/CAM技術的應用

我國模具CAD/CAM的開發始于上世紀70年代末期，目前已經開發了具有自主產權的CAD/CAM系統，今后應繼續加速模具CAD/CAM的研究開發賀推廣應用工作。一、CAD/CAM技術在模具行業的發展狀況

早在上世紀60年代，國外一些飛機賀汽車制造公司就開始CAD/CAM技術的研究工作。如日本豐田公司在1965年將數控加工用于模具加工，80年代初期開始采用覆蓋件沖模CAD/CAM系統。目前，數控加工（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系統（FMS)已經應用于模具制造，應用CAD/CAM技術比較普遍的為美、日、德等國。14幾何造型功能，即具備描述物體幾何形狀的能力；標準化（設計準則、模具零件和結構）GT；設計準則的處理（程序化、公式化）；柔性（設計方式、生產方式）二、模具CAD/CAM的優越性

提高模具質量；節省時間，提高生產率；大幅降低成本（原材料、復雜型面加工）；解放技術人員，使其從事更多的創造性工作。三、模具CAD/CAM的特點15第三節建立CAD/CAM系統的過程和方法

一、系統分析

根據軟件工程學的方法，CAD/CAM系統的生命周期分為系統分析、系統設計、程序設計、系統調試、系統維護5個階段。

主要任務：對現行的工作流程進行調查，收集并分析有關資料，了解用戶的需求，確定系統的總目標、功能、性能和接口，建立系統的總體邏輯模型。常用工具：數據流程圖。

詳細設計：設計各功能模塊的內部細節，包括算法和數據結構。

概要設計：確定軟件系統的總體結構和模塊間的關系，定義各模塊間的接口，設計全局數據結構，確定系統鈺其他軟件及用戶之間界面的纖細內容。二、系統設計

采用結構化系統設計方法，設計過程可分為概要設計和詳細設計；強調“自頂向下”的分解，即將系統逐級向下分解為模塊和子模塊。16三、程序設計

主要任務：根據系統設計說明書進行程序設計，將功能模塊用某種語言實現。

基本技術：結構化程序設計四、系統測試目的是保證系統的可靠性，分為單元測試、整體測試、有效性測試3種。

結構化程序設計——用一組標準的準則賀工具從事程序設計。這些準則和工具包括:一組基本控制結構、自頂向下的擴展原則、模塊化賀逐步求精的方法。五、系統維護

分為改正性維護、適應性維護、完善性維護3種。17第四節CAD/CAM的發展趨勢

一、集成化

計算機集成制造系統（CIMS，ComputerIntegratedManufactureSystem）:

將企業的產品設計、制造、經營管理等活動集成起來，其目的是在計算機輔助下，利用最小的制造和管理資源，最優地實現企業的發展目標，獲得最大的總體效益。

CIM的核心技術——集成，包括物理集成、信息集成、功能集成，其中信息集成是CIM的基礎和關鍵。

信息集成的必要條件：共享的產品模型、統一的數據庫、網絡。二、微型化

以超級微機為基礎的CAD/CAM系統不斷增多，功能也不斷擴大。（“雙核”，數G內存）18三、網絡化

將多臺微機工作站連接成分布式CAD/CAM系統，結構靈活，功能強。四、智能化

人工智能技術——設計制作自動化的重要途徑。近年來，人工智能的應用集中在引入知識工程、發展專家系統。五、最優化

塑性成形過程的計算機模擬技術是解決模具可靠性問題的重要途徑；利用仿真技術模擬加工過程，有利于保證加工質量。六、新型化

用于CAD/CAM的新型外部設備將不斷問世，系統將不斷更新。19第二章模具CAD/CAM系統的組成

設計人員在設計策略、邏輯控制、信息組織、以及經驗和創造性方面占主導地位。CAD/CAM系統的組成

CAD/CAM系統由——硬件、軟件、設計人員。

硬件——基礎。包括計算機主機、計算機外部設備以及網絡通信設備等。

計算機在信息的存儲與檢索、分析與計算、圖形與文字處理等方面有著特有的功能；

軟件——核心。包括操作系統、支撐軟件和應用軟件等。20良好的通信聯網功能——將位于不同地點和不同部門的各種異構

計算機和控制裝置連接起來，進行信息

交換和協同工作。第一節模具CAD/CAM系統的硬件1.組成：由計算機主機、輸入設備、輸出設備、存儲器、生產裝備、以及計算機網絡等組成。2.硬件系統應滿足的要求強大的圖形功能——要求系統具有大的內存、高的圖形分辨率。大的外存儲容量——要求系統具有大硬盤存儲容量。方便的人機交互功能——要求系統能提供方便的人機交互工具和快速的交互響應速度。213.主要硬件設備

（1）計算機主機：

CAD/CAM系統硬件的核心。主要由中央處理器（CPU）、內存儲器、輸入／輸出（I/O）接口組成。

內存儲器：CPU可以直接訪問的存儲單元，用于存儲常駐的控制程序、用戶指令、準備接受處理的數據。

CPU：計算機的心臟，由控制器和運算器組成。

控制器的作用：使系統內各模塊相互協調地工作，能夠進行人機之間、計算機之間、計算機與外部設備之間的信息傳輸和資源的調度，指揮系統中各功能模塊執行各自的功能。運算器的作用：執行程序指令所要求的計算和邏輯操作，輸出數值計算和邏輯操作的結果。22計算機的分類：1、大中型計算機采用一個主機連接多個終端，支持多用戶同時工作，有較強的計算能力和運算速度，可以從事復雜的設計計算和分析。２、小型機性價比優于大中型計算機，２０世紀７０年代末８０年代初的CAD/CAM系統多采用這種機型。到了２０世紀８０年代中期，小型機逐漸被性能價格比更好的工程工作站所代替。３、工程工作站２０世紀８０年代初出現的介于小型機與個人微機之間的新型計算機，它采用多CPU并行處理技術、大的虛擬存儲空間，具有強大圖形顯示和處理功能，具有高速網絡通信能力。４、微型型計算機近年來，高檔微機的功能已經接近低檔工作站水平。23（4）輸出設備當CPU需要使用外存儲器中的信息時，需要將這些信息調入內存儲器接受CPU處理。而內存儲器中暫時不用的程序和數據則調回到外存儲器，以便騰出內存裝入待運行的程序和數據。磁帶、磁盤、光盤、U盤、移動硬盤等。（2）外存儲器外存儲器不能直接被CPU訪問，通常用于存儲CPU暫時不用的程序和數據。常見的外存儲器：（3）輸入設備光標控制設備、數字化儀、鍵盤、圖形掃描等。圖形顯示器、繪圖儀、打印機等。24

文檔——關于軟件程序的各種設計、使用說明書，是程序設計的依據。

文檔的設計和編制水平在很大程度上決定了軟件的質量，只有具備了合格、齊全的文檔，軟件才能商品化。第二節模具CAD/CAM系統的軟件

計算機軟件——控制計算機運行，并使計算機發揮最大功效的計算機程序、數據以及各種文檔。分為系統軟件、支撐軟件、專業性應用軟件三個不同的層次。

程序——指揮計算機硬件工作和工程計算的指令的集合，是軟件的主要內容。25

（３）圖形接口標準——為了統一不同硬件和操作系統環境下圖形接口軟件模塊的開發而制定的圖形接口標準，標準中提供了接口函數。１、系統軟件用于計算機的管理、維護、控制、運行，以及對計算機程序的翻譯和執行。主要有以下幾類：

（１）操作系統操作系統的基本功能有：CPU管理、內存管理、文件管理、輸入輸出管理。常用的有操作系統有DOS、Windows、Unix等。

（２）編譯系統——將用高級語言編寫的程序，翻譯轉換成計算機能夠直接執行的機器指令的軟件程序。常用的高級語言有C、FORTRAN、PASCAL、BASIC等26

（1）單一功能型支撐軟件２、支撐軟件由專門的軟件公司開發，是在系統軟件基礎上開發的滿足CAD/CAM用戶一些共同需要的通用性軟件。支撐軟件一般分為單一功能型和綜合集成型兩大類。

模具CAD/CAM系統的支撐軟件主要包括圖形處理軟件、幾何造型軟件、數據庫管理系統等。只提供CAD/CAM系統中某些典型的功能，如二維繪圖、三維造型設計、工程分析計算、數據庫系統等。27（1）單一功能型支撐軟件主要有美國的AutoCAD2000和國內自主開發的PICAD、高華CAD、華軟InteCAD、大恒CAD等。A交互式繪圖軟件主要以人機交互方法完成二維工程圖樣的生成和繪制，具有圖形的增刪、縮放、復制、鏡像等編輯功能，具有尺寸標注、圖形拼裝等圖形處理功能，具有尺寸驅動參數化繪圖功能，具有較完備的機械標準件參數化圖庫。

優點：繪圖功能強、操作方便、價格便宜B三維設計CAD系統基于微機平臺，具有參數化特征造型功能，具有裝配和干涉檢查功能，以及簡單曲面造型功能，價格適中，易于學習掌握。國內有MDT、Solidworks、Solidedge等。28（1）單一功能型支撐軟件C數控編程系統具有刀具的定義、工藝參數的設定、刀具軌跡的自動生成、后置處理、切削加工模擬等功能。典型的軟件系統有MasterCAM、SurfCAM

等。D工程分析軟件國內外流行的單一功能工程分析軟件有SAP、ADINA、ASTRAN、ANSYS等。29（2）綜合集成支撐軟件這類軟件功能比較完備，綜合提供了設計、造型、分析、數控編程等多種功能，如I-DEAS、UGII、CATIA、PRO/E等。一般由下列4個模塊組成：

CAD部分

由幾何造型、參數化特征造型模塊、工程圖繪制模塊、裝配模塊組成。

CAE部分由有限元分析模塊、機構運動仿真分析模塊、優化設計模塊組成。CAM部分由數控加工編程模塊、數控加工后置處理模塊、切削加工檢驗模塊組成。30在系統軟件和支撐軟件基礎上，針對某一專門應用領域的需要而研制的軟件。通常由用戶結合當前設計工作需要自行開發。（3）應用軟件用戶開發工具部分為用戶二次開發提供了用戶編程語言（UPL）或與高級語言的開發接口，如UGII的GRIP、AutoCAD的AutoLISP、ADS接口等。通過二次開發，可以提高軟件系統的用戶化程度，充分發揮軟件系統的性能，提高使用效率。當某一行業的應用軟件逐步商品化形成通用軟件產品時，它也可以稱為一種支撐軟件，如Matlab軟件。（2）綜合集成支撐軟件31第三節CAD/CAM系統的支撐技術

CAD/CAM系統除了配置必要的軟、硬件之外，還需要多種技術的支持，如數據管理技術、網絡技術、成組技術、工程分析技術、仿真技術等。一、數據管理技術機械CAD/CAM涉及的數據的特點：數據量大、種類多、結構復雜。數據包含的內容：產品的物理特征、材料性能、數學模型、零件規格、幾何形體描述、測試數據、設計標準和規范等。數據的表現形式：數值、文字信息、幾何圖形信息。32

文件管理方式——按統一的規則和方法來組織和存取數據的技術。它把數據組織成文件，即數據文件，用一個專用的文件管理系統實施統一管理。

CAD/CAM系統中的數據管理，從文件管理模式，發展為數據庫管理模式，并進一步發展為工程數據庫管理模式。1、文件管理系統

文件管理系統一般由操作系統提供。

數據文件是一組具有相同性質和結構的記錄的集合，而記錄則是由一系列相關的數據項組成，它能完整地表示一個處理對象。在文件管理系統中，數據文件的建立、查詢和存取是通過應用程序實現的，沒有數據的集中管理，缺乏數據的獨立性。33

數據庫管理系統的作用：2、數據庫管理系統一個數據庫系統除了必要的硬件和系統軟件之外，其核心部分是數據庫管理系統（DBMS）。

數據庫管理系統——用于對數據庫及系統資源進行統一管理和控制的軟件。提供了對數據庫的定義、建立、檢索、編輯修改等操作功能，對數據的安全性、完整性、和保密性進行統一的控制和管理，起著應用程序與數據庫之間的接口作用，用戶通過數據管理系統對數據庫中的數據進行各種處理和應用，而不必了解數據庫的物理結構。

數據結構模型：層次型(機器-部件-零件)、網狀型(交叉)、關系型(表格)三種。Foxpro屬于關系型數據庫。34

工程數據庫——能滿足人們在工程活動中對數據處理要求的數據庫。它與商用數據庫的主要差別表現在對復雜數據類型的支持，對工程數據動態的定義和管理。3、工程數據庫在CAD/CAM系統中，人們希望能夠利用數據庫技術有效地管理工程應用中所涉及的圖形、圖像、聲音等更加自然的信息形式，這是現行商用數據庫系統難以適應的。因而人們提出了工程數據庫的概念。35包括圖表、二維或三維的零件圖和裝配圖。（１）工程數據的類型機械CAD/CAM系統面臨著整個設計和制造過程的數據，包括文字的和圖形的、靜態的和動態的，非常復雜。其數據類型可歸納為以下幾種：

A管理型數據

B設計型數據產品設計與制造過程中所用到的數據資料，如國家標準和規范、產品目錄、技術資料等．生產設計過程中所產生的數據，具有動態性。

C加工制造型數據包括加工工藝數據、數控加工指令、檢測監控數據等，要求實時性較高．

D圖形數據36（2）工程數據庫系統的主要特點A具有復雜工程數據的存儲和管理的能力；B具有動態建模的能力；C支持多庫操作和多版本管理；D

支持工程數據的長記錄存取和文件兼容處理；E

支持智能型的規則描述和查詢處理；F具有良好的數據庫系統環境和支持工具。4、CAD/CAM集成系統的數據管理方法（3）采用工程數據庫管理系統建立數據庫的方法。將成為開發下一代CAD/CAM集成系統、CIMS系統的數據管理的主流。（1）基于文件記錄的專用數據管理方法。目前常用的方法，應用程序與數據文件一一對應。（2）在商用數據庫管理系統（DBMS）上建立一套軟件接口方法。目前所研制的CAD/CAM系統大多采用這種方法。375.產品數據管理（PDM）

PDM——管理所有與產品相關的信息和過程的技術。與產品相關的信息——CAD/CAM文件、材料清單、產品配置、事物文件、電子表格、供應商清單等產品信息。與產品相關的過程——加工工序、加工指南、工作流程等對過程的定義和管理。

PDM系統——在關系型數據庫基礎上、采用面向對象技術開發的對企業產品數據管理的一種軟件平臺。為企業提供了一種宏觀管理和控制所有與產品相關信息的機制，覆蓋了產品生命周期內的全部信息。38PDM系統應具有的功能——電子資料及文檔管理、產品配置管理、工作流程管理、分類及檢索功能、項目管理功能。

目前，PDM系統已包括了文檔管理、產品配置管理及工作流程管理等最基本的功能，可以對產品的整個生命周期進行完整的描述和控制。PDM在企業中的作用已經普遍被人們所認可。二、計算機網絡技術計算機網絡——用通信線路和通信設備將分散在不同地點并具有獨立功能的計算機相互連接的計算機群。1、概述392、局域網系統的組成（1）網卡——局域網絡的通信接口，是實現計算機與電纜系統的物理連接，進行計算機的數據信號與傳輸電纜中的傳輸信號之間的轉換，決定網絡的傳輸率和傳輸可靠性等網絡性能。（3）服務器——一臺高檔微機、工程工作站或小型機。其作用為：運行網絡操作系統；存儲、管理網絡中共享的軟、硬件資源；對網絡中各工作站的活動進行監視和控制。由網卡與媒體、服務器、工作站、網間連接器、網絡系統軟件等組成。CAD/CAM系統所采用的網絡均屬于局域網。（2）傳輸媒體——雙絞線、同軸電纜或光纜等。40（4）工作站——PC機或工程工作站，是用戶訪問網絡的操作平臺。服務器通過網絡操作系統控制和協調各工作站之間的工作，最大限度地對各網絡用戶提出的要求作出迅速的響應，它能區分、處理、響應各工作站同時發來的對網絡進行操作的不同要求。3、網絡的拓撲結構（6）網絡系統軟件——主要是網絡操作系統。（5）網間連接器——是將幾種不同型式的網絡連接在一起的互連設備。有中繼器、網橋、路由器、網關等幾種不同形式類型。網絡中各個工作站節點相互連接的方法和形式。局域網的基本拓撲結構形式：總線形、星形、環形、網狀形。實驗室采用HUB的形式為星形拓撲結構形式。414.網絡協議

網絡協議——在網絡中，通信雙方共同遵守的規則和約定的集合。國際標準化組織（ISO）1980年制定了開放系統互連模型（OSI），現已作為廣泛承認的一種計算機網絡標準。

OSI網絡標準——采用7層功能結構來描述兩用戶之間的通信：即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。在OSI互連模型中，兩個相互通信的系統都有共同的層次結構，而每個層次均有自身的通信協議，包括語法、語義、時序三方面的約定。只有物理層（最底層）才在通信媒體上進行實實在在的信息流傳輸，而在上面各層中兩系統之間并無實際的傳輸。42三、成組技術成組技術——合理組織產品生產過程的一種將工程技術和管理技術集于一體的生產組織管理方法。成組技術利用產品零件之間的相似性，將零件分類成組，然后根據每組零件所擁有的相似特征，為其同組零件找出相對統一的最佳方案，從而節約時間和精力，以取得所期望的經濟效益。第四節CAD/CAM技術的發展和應用一、CAD/CAM技術的發展1、單元技術的發展和應用階段

20世紀60~70年代。主要特征：CAD/CAE/CAM各功能模塊已基本形成，但數據結構尚不統一，集成性差，企業尚處于單元技術的應用階段。43

20世紀80年代，CAD/CAM技術迅速發展。主要特征：CAD/CAE/CAM以及計算機輔助計劃管理各大模塊之間信息流實現一體化（CIMS），系統集成性好，企業應用已從二維計算機繪圖向著三維CAD建模、CAD/CAE/CAM集成化應用方向發展。

20世紀90年代，CAD/CAM技術正從傳統的面向零件的CAD/CAM集成階段向面向產品并行設計、制造協同工作環境方向發展。

熱點問題——面向產品全生命周期的建模技術；基于工程數據庫的企業級產品數據管理；由工程工作站或高檔微機組成的客戶機/服務器（C/S）的網絡系統；支持群體小組的協同工作模式。（２）CAD/CAM的集成階段（３）面向產品并行設計制造的CAD/CAM階段44二、CAD/CAM技術在我國的應用起步于20世紀70年代，當時主要是利用計算機進行產品設計中的分析計算。

20世紀80年代，國家在機械CAD/CAM技術開發應用方面進行了重點投資，支持對國民經濟有影響的重點機械產品CAD進行開發和研制，并取得了一系列在國內來說具有開創性的成果。

20世紀90年代，我國CAD技術開發與應用進入了較為系統的推廣階段，各類CAD系統的研制開發出現了商品化、產業化的勢頭。

1986年3月，王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位老科學家聯合向中共中央寫了一封信，題為《關于跟蹤世界戰略性高科技發展的建議》，信中懇切地指出，面對著世界新技術革命的挑戰，中國應該不甘落后，要從現在就抓起，用力所能及的資金和人力跟蹤新技術的發展進程，而不能等到十年、十五年經濟實力相當好時再說，否則就會貽誤時機，以后永遠翻不了身。這封信得到了鄧小平同志的高度重視，小平同志親自批示：“這個建議十分重要”，“找些專家和有關負責同志討論，提出意見，以憑決策，此事宜速作決斷，不可拖延。”在隨后的半年中，經過廣泛、全面和極為嚴格的科學和技術論證后，中共中央、國務院批準了《高技術研究發展計劃（863計劃）綱要》。從此，中國的高技術研究發展進入了一個新階段。15年來，在黨中央和國務院的正確領導下，在有關部門的大力支持下，經過廣大科技人員的奮力攻關，863計劃取得了重大進展，為我國高技術發展、經濟建設和國家安全做出了重要貢獻。

由于計劃的提出與鄧小平同志的批示都是在1986年3月進行的，因此此計劃被稱為“863計劃”。863計劃（國家高技術研究發展計劃）：45第三章數據的處理方法在CAD作業中，將設計所需的表格數據和曲線圖表預先存入計算機中，供設計時靈活、方便的調用，這個過程中涉及到各種工程手冊的數據處理技術。工程手冊的數據處理包括數表和線圖的處理，處理技術有數表的程序化、數表的文件化、數表的公式化等。

數表的類型:

1常數數表——數據之間沒有明顯的函數關系；2列表函數——用以表達工程中某些復雜問題參數之間的關系。46對于常數數表，可用賦值的方法進行程序化處理。如果數據量較大，且需共享的數據，可將這些常數數表存入數據文件或數據庫中。從而實現數據與程序的分離，增強數據管理的安全性，同時提高工程數據的可維護性。對于列表函數，可按常數數表處理方法進行處理，也可對數表進行公式化處理，即將數表中數據擬合成公式，由計算機直接求取所需的數據。一、數表的程序化

1、以數組的形式存放數表利用一維數組、二維數組或三維數組表示數表中的數據；用高級語言編寫檢索參數（系數）的程序。

2、以數據文件形式存放數表

將數表文件化處理，使程序簡練；使數表與應用程序分離，實現一個數表文件供多個應用程序使用；增強數據管理的安全性，提高數據系統的可維護性。47二、數表的公式化如果列表函數的數據之間存在有某些聯系或函數關系，應盡量進行公式化處理。

公式化處理方法：

原因：

1、數表的存儲和使用占用較多的計算機資源和存儲空間，增加檢索時間；

2、數據的離散性和離散數據的有限性，使相鄰兩數值點之間的函數值只能選取相近的數據，給計算帶來誤差。

1、函數插值；

2、曲線擬合。48一、函數插值

函數插值的基本思想：在插值點附近選取若干合適的連續結點，通過這些結點構造一個簡單函數g(x)以代替原有的未知的函數f(x)，插值點的g(x)值就作為原函數值的近似值。根據所選取的結點的個數，可將函數插值分為線性插值、拋物線插值、拉格朗日插值三種。根據插值點x值，選取兩個相鄰的自變量x1和x2，并滿足x1≤x≤x2的條件。過（x1，y1）（x2，y2）兩結點連線的直線代替原來的函數f(x)，可得插值點函數為：1、線性插值（一次插值、二點插值）49通過不在一條直線上的三點，構建一條拋物線近似曲線g(x)以代替原有函數，其表達式為：2、拋物線插值（二次插值、三點插值）為n個結點的n-1次插值多項式，其表達式為累加和的形式：3、拉格朗日插值公式（多點插值）50二、函數擬合

工程上常采用數據的函數擬合方法（或“曲線擬合”）對列表函數進行公式化處理。采用函數擬合方法所擬合的曲線不要求嚴格通過所有的結點，而是盡量反映數據的變化規律，最小二乘法的實質：如何選取結點系數，使各結點到所擬合曲線偏差的平方和最小。

1、在坐標紙上標示出列表函數各結點數據，并根據其趨勢繪出大致的曲線；

2、根據曲線確定近似的擬合函數類型，擬合函數可為代數多項式、對數函數、指數函數等；

3、用最小二乘法原理確定函數中的待定系數。采用最小二乘法進行函數擬合的處理步驟：51線圖——由直線、折線、各種曲線構成，能直觀地表示出參數間的函數關系。線圖的計算機處理方法（3個）：（１）找到線圖原有的公式，將公式編到程序中；三、線圖的程序化

（２）將線圖離散為數表，并進行程序化處理；（３）復雜的線圖各別進行處理。52第四章計算機圖形處理技術

計算機圖形處理技術——利用計算機的高速運算能力和實時顯示功能，處理各類圖形信息的技術。包括圖形的輸入、圖形的生成顯示、圖形的變換、編輯、識別、圖形的輸出繪制等方面。

一、變換原理圖形變換的實質——對組成圖形的個頂點進行坐標變換。

1、平移變換

x-y平面上的點P(x,y)，在坐標方向上增加平移量Tx和Ty，新位置的坐標為（x’,y’）。平移變換的關系式為：第一節圖形變換53

3、旋轉變換點P(x,y)繞坐標原點o順時針方向旋轉θ角后，到達新位置P’（x’,y’），該旋轉變換的關系式為：

2、比例變換比例變換的關系式為：

思考：如圖像關于坐標軸、原點、通過原點與坐標軸成45°角直線作鏡像變換，系數Sx、Sy分別是多少？54二、變換的矩陣表示

齊次坐標——將一個n維向量用n+1維向量表示。如二維向量的點的坐標（x,y），其齊次坐標為（x,y,1），在幾何意義上，相當于把發生在三維空間的變換限制在某一坐標為1的平面內。

變換矩陣T——用來對原圖形施行坐標變換的工具。二維圖形變換矩陣T為3X3階矩陣，三維圖形變換矩陣T為4X4階矩陣。1、齊次坐標2、變換矩陣（1）平移變換矩陣：55（2）比例變換矩陣：（3）旋轉變換矩陣：若對點[xy1]進行平移變換，則有：56

級聯變換——由一系列的簡單變換（變換序列）通過級聯組合而實現的變換，也稱為組合變換、復合變換。相應的變換矩陣為級聯變換矩陣。

級聯變換矩陣——級聯變換中各個基本變換的有序乘積。例如，將圖形繞任意點P（Xp，Yp）轉α角的旋轉變換，可通過如下的基本變換實現：三、變換的級聯

（1）將旋轉中心P點平移到坐標原點；（2）將圖形繞坐標原點旋轉α角；（3）將旋轉中心平移回到原來位置。57三維圖形的幾何變換可在二維圖形幾何變換的基礎上進行簡單的擴展。三、三維圖形變換運用齊次坐標的方法，可將三維空間點的幾何變換表示為：其中，T是4X4階的變換矩陣。58第二節計算機輔助繪圖

交互式繪圖——在交互式繪圖系統的支持下，用戶使用鍵盤、鼠標等輸入設備，通過人機對話的方式進行繪圖的方法。目前，國內比較流行的交互式繪圖CAD軟件有具有自主版權的CAXA電子圖板、開目CAD（華中科技大學）、高華CAD（清華大學）和PICAD（北京凱思軟件公司）等，以及AutoCAD、Microstation等國外的軟件系統。一、交互式繪圖59二、程序參數化繪圖機械工程圖中，由于很多零部件的形狀相似，例如鍵、銷、螺釘、螺母、滾動軸承等，一般采用程序參數化繪圖來繪制這些零件。利用程序參數化繪圖，用戶只須向程序提供所要求的一些參數。如鈑金件只須提供起始點坐標和各邊邊長；齒輪零件只須提供模數、齒數、變位系數等參數。對于標準件，可用其規格尺寸作為參數。

形狀特征拼合法——一種繪圖方法。將形狀特征（如倒角、鍵槽、退刀槽、中心孔等）賦予參數，編制成繪圖程序，通過調用這些特征繪圖程序，可以拼合成各種不同的零件圖形，這種繪圖方法即為形狀特征拼合法。60三、尺寸驅動式參數化繪圖

基本思想——以草圖方式快速繪制圖形，然后進行必要的尺寸標注，最后通過驅動程序，產生由尺寸標注所控制的準確圖形。參數化圖形中，除了包含各圖元的幾何信息外，還包含了各種約束條件，即結構約束和尺寸約束。1、尺寸驅動參數化繪圖原理由尺寸驅動參數化軟件模塊，在非參數化圖形基礎上引入了約束機制實現的。（1）結構約束——各圖元之間的平行、垂直、相切、對齊、相等、對稱等拓撲關系。（2）尺寸約束——表示圖形中各組成圖元的長度、角度、半徑及相對位置等。各尺寸標注的尺寸值作為參數進行處理。612、尺寸驅動參數化繪圖軟件的主要功能只要圖元間近似的相對位置關系在系統精度的設定范圍內，系統的草圖整理功能就能將不精確的草圖整理為具有準確相對位置關系的圖形，為進一步作參數化尺寸驅動做好準備。在尺寸驅動前，應對圖形進行參數化處理，也就是在圖形間添加適當的結構約束，并使尺寸值成為參數。每一個尺寸只須標注一次，其余視圖的尺寸跟隨聯動，即三視圖尺寸隨動處理。尺寸之間若存在一定的函數關系，可將某些尺寸設置成變量，其它尺寸用變量的表達式來表示。（1）草圖繪制與整理（2）參數化尺寸驅動（3）建立尺寸間的函數關系62四、參數化圖庫的使用與建立

如在AutoCAD中可使用形（Shape）或圖塊（Block）的功能實現建庫。對于一些標準件和通用件，編制相應的圖形參數式繪圖程序，然后組成一個個圖形程序庫。如PCCAD（清華天河軟件公司）二維繪圖軟件提供的參數化圖庫管理系統，用戶只需畫出圖形，進行參數化處理并編寫尺寸變量參數表，就可方便的建立自己的參數化圖庫。

1、用圖塊或符號的方式建立圖庫

2、建立圖形程序庫。

3、利用參數化圖庫管理工具建立圖庫63五、工程圖的自動生成完成產品幾何造型設計后，通過設定圖幅、視圖類型、投影方向等參數，系統將自動生成所需的工程圖。由于工程圖中各個視圖是根據產品實體模型自動生成的，因而很好地解決了傳統二維繪圖中始終存在的投影線、截交線難求的問題。通過參數關聯技術的應用，使得無論在三維實體模型環境還是在二維工程圖環境下，任一方的修改都能在另一環境中得到反映，徹底解決了由于設計修改引起的圖檔更新問題。64第五章幾何造型第一節幾何造型的一般概念一、機械CAD/CAM幾何建模的概念1、幾何建模的概念

CAD/CAM系統中的幾何模型——把三維實體的幾何形狀及其屬性用合適的數據結構進行描述和存儲，供計算機進行信息轉換與處理的數據模型。幾何模型包含了三維形體的幾何信息、拓撲信息以及其它的屬性數據。

幾何建模——用計算機圖形系統來表示和構造形體的幾何形狀，建立計算機內部模型的過程。

幾何建模技術是CAD/CAM系統的核心，是實現CAD/CAM/CAE集成的基礎。65采用三維實體造型技術來構造設計對象模型，不僅使設計過程直觀、方便，同時也為后續的應用，如物性計算、工程分析、數控加工編程及模擬、三維裝配、運動仿真、動力學和運動學分析、渲染處理等提供了一個較好的產品數據化模型，對實現CAD/CAM技術的集成、保證產品數據的一致性和完整性提供了技術支持。（1）20世紀60年代，開始產生線框模型；（2）20世紀70年代，三維形體出現表面模型；（3）20世紀70年代末，出現實體模型。2、幾何建模技術的發展實體造型——通過簡單體素的幾何變換和并、交、差集合運算，生成各種復雜形體的建模技術。幾何模型為線框模型、表面模型、實體模型的統稱，即形體的描述和表達是建立在幾何信息和拓撲信息的處理基礎上。66二、CAD/CAM幾何建模技術的基本知識

1、幾何信息

幾何信息——構成三維形體的各幾何元素的形狀、位置和大小。

幾何信息可以用具體的數學表達式來進行定量描述，在實際應用中可以通過某些不等式對其邊界加以限制。

2、拓撲信息

拓撲信息——反映三維形體中幾何元素的數量及其相互間連接關系。幾何元素間的連接關系是指：一個形體（Object）由哪些面（Face）組成，每個面上有幾個環（Loop），每個環由哪些邊（Edge）組成，每條邊又由哪些點（Vertex）定義。形體由點、邊、環、面、體等各種不同的幾何元素構成，其中點（V）、邊（E）、面（F）為最基本的幾何元素。67形體在計算機內采用六層拓撲結構進行定義。（1）體——由封閉表面圍成的有效空間。

正則形體——具有良好邊界的形體。正則形體沒有懸邊、懸面，任意邊沒有兩個以上的鄰面。

（2）殼——構成一個完整實體的封閉邊界，是形成封閉的單一連通空間的一組面的結合。一個連通的物體由一個外殼和若干個內殼構成。（3）面——由一個外環和若干個內環界定的不連通表面。

面有方向性，用外法失方向作為該面的正方向。4、形體的表示3、非幾何信息產品除描述實體幾何信息、拓撲信息以外的信息。包括零件的物理屬性和工藝屬性等，如零件質量、性能參數、公差、加工粗糙度、技術要求等。68

外環——確定面的最大邊界的環。外環的邊按逆時鐘走向。

內環——確定面內孔或凸臺周界的環。內環的邊按順時鐘走向。（5）邊——實體兩個鄰面的交界。

頂點不能孤立存在于實體內、實體外或面和邊的內部。（4）環——面的封閉邊界，由有序、有向邊的組合。

環不能自交，且有內外之分。一條邊有兩個頂點，分別稱為該邊的起點和終點，邊不能自交。（6）頂點——邊的端點，為兩條或兩條以上邊的交點。69形體使用如右圖所示的拓撲結構（topology）

頂點（Vertex）邊（Edge）

環（Loop）面（Face）殼（Shell）

體（Object）

模型（Model）點（Point）曲線（Curve）表面（Surface）705、正則集和正則集合運算正則集的數學定義：

S=kiS式中，k表示閉包，i表示內部，S表示集合。該公式的含義為：如果一集合S的內部閉包與原來的集合相等，則稱此集合為正則集。通常的交、并、差運算有可能產生非正則集。為此，定義一套正則化的集合算子并（∪*）、交（∩*）、差（\*），以區別于常規的集合算子∪、∩與\，保證在運算后仍產生正則集，及保證形體的有效性。實體造型中，通過布爾運算將一些基本體素合成復雜的形體。布爾運算是一種正則化的集合運算，它保證兩個基本體素經過運算后所得結果是有意義的，并可進一步參與布爾運算。716、歐拉公式運用歐拉公式可以檢驗形體的合法性和一致性。（1）對于正則形體，其點（V）、邊（E）、面（F）的個數滿足歐拉公式：

V–E+F=2（2）將三維封閉的空間分割成B個獨立的多面體，則點、邊、面、體的個數滿足歐拉公式：

V–E+F–B=1（3）對于有G個孔洞的形體，相應的歐拉公式為：

V–E+F–L=2（B–G）72第二節三維幾何建模技術一、線框建模（WireFrameModeling）

1、線框建模——三維實體僅通過頂點和棱邊來描述形體的幾何形狀。

2、線框模型中的數據結構——由一個頂點表和一個棱邊表組成。棱邊表用來表示棱邊和頂點的拓撲關系，頂點表用來記錄各頂點的坐標值。

3、優點——數據結構簡單，信息量少，占用的內存空間小，對操作的響應速度快。

4、缺點——由于線框模型只有棱邊和頂點的信息，缺少面與邊、面與體等拓撲信息，導致形體信息的描述不完整，容易產生多義性，不能正確表達曲面形體的輪廓線；不能進行消隱；不能產生剖視圖；不能進行物性計算和求交計算；無法檢驗實體的碰撞和干涉；無法生成數控加工的刀具軌跡和有限元網格的自動劃分等。73二、表面建模（SurfaceModeling）

1、表面建模——通過對物體各個表面或曲面進行描述的一種三維建模方法。

2、表面模型中的數據結構——在線框模型的基礎上，增加了面的有關信息和連接指針，除了頂點表和棱邊表之外，增加了面表結構。

線框建模作為建模的基礎與表面模型和實體模型密切配合，成為CAD建模系統中不可缺少的組成部分。

3、優點——相對于線框模型而言，表面模型增加了面、邊的拓撲關系，因而可以進行消隱處理、剖面圖的生成、渲染、求交計算、數控刀具軌跡的生成、有限元網格劃分等作業。

4、缺點——表面模型缺少體的信息以及體、面間的拓撲關系，無法區分面的哪一側是體內或體外；不能進行物性計算和分析。

5、常見的曲面構造方法：平面、線性拉伸面、直紋面、回轉面、掃成面、圓角面、等距面。74三、實體建模（SolidMolding）

實體建模——不僅描述了實體的全部幾何信息，而且定義了所有點、線、面、體的拓撲信息。（一）實體建模的概念（１）能夠方便地確定三維空間中在面的哪一側存在實體，確定給定點的位置是處在實體的邊界面上，還是在實體的內部或外部；（２）利用實體建模系統可對實體信息進行全面完整的描述，能夠實現消隱、剖切、有限元分析、數控加工，對實體著色、光照及紋理處理，能夠進行實體的外形計算等。優點：（二）幾何形體的表示方法常用三維實體在計算機內的表示方法：基本體素表示法、掃描表示法、邊界表示法、構造實體幾何表示法、空間單元表示法。75

基本體素表示法——用一組參數來定義一族形狀相似但大小不同的形體，如錐、柱、球、立方體等。

掃描表示法——由一個二維圖形或三維形體，在空間沿某一方向或脊椎線平移或繞某一軸線旋轉來定義實體的方法。1、基本體素表示法對基本體素的引用或比例變換只影響形體的幾何形狀，而不改變其拓撲信息。

基本體素表示法和其它構造方法相結合，可以構造出較復雜的形體。2、掃描表示法3、邊界表示法（BoundaryRepresentation）邊界表示法——即B-Rep法。通過構成實體的面、環、邊、頂點的幾何數據和拓撲關系數據在計算機中表示實體。76采用B-Rep表示實體的優點：缺乏實體生成的過程信息，即該實體是由哪些基本體素定義的、是通過何種運算拼合而成的；存儲數據量大，必須具有方便的用戶界面才能建立起實體的所有邊界信息。采用B-Rep表示實體的缺點：詳細記錄了構成形體的所有幾何元素的幾何信息和拓撲信息，有利于以面和邊為基礎的多種幾何運算和操作，以及交、并、差集合運算，便于構造和表達具有復雜外形的三維實體。77

構造實體幾何表示法——即CSG表示法。用一棵有序的二叉樹記錄一個實體的所有組合基本體素以及正則集合運算和幾何變換的過程。CSG表示法的特點——無二義性．4、構造實體幾何表示法（ConstructiveSolidGeometry）

CSG的幾何造型系統中，通常有兩套數據結構：一套是由基本體素以及集合運算和幾何變換所生成實體的二叉樹的數據結構；另一套是描述這些體素的位置及其體、面、邊、點的信息。對于同一實體，其CSG二叉樹的構造并不唯一，同一復雜結構可由不同的構造方法如protrusion、cut、copy等得來。優點——造型簡單，易于實現，可以方便地轉換成其它的數據結構表示。缺點——不能存儲最終實體的更詳細的幾何信息，必須經過運算轉化為B-Rep表示后，才能對實體的點、邊、面等信息進行查詢和編輯。78

CSG表示法與B-Rep表示法的綜合運用——采用CSG樹作為用戶的輸入接口，同時在計算機內部采用B-Rep描述方法來記錄三維形體的完整的幾何信息和拓撲信息。空間單元表示法——用一系列規則的空間單元（或稱“體元”

）來表示實體的一種方法。通常用體元重心處的坐標來表示一個空間單元，單元的大小決定了單元分解的精度。優點——算法簡單；容易實現并、交、差集合運算；易于檢查實體間的碰撞干涉、便于消隱和輸出顯示；具有物性計算和有限元計算的基礎。空間單元表示法用于二維圖形（四叉樹數據結構）和空間三維實體（八叉樹數據結構）5、空間單元表示法

缺點——需要大量的存儲空間；不能表達各部分之間的拓撲關系；沒有點、線、面等形體單元的概念；難以轉化為B-Rep表示和CSG表示。79第三節特征建模技術一、特征建模的概念

特征——從工程對象中高度概括和抽象后得到的具有工程語義的功能要素。它不僅包含了確定的幾何形狀信息，而且還含有如材料、尺寸公差和形位公差、粗糙度、裝配要求以及工藝、管理等各種屬性。

特征建模——通過特征及其集合進行定義、描述零件模型的過程。

特征本身是參數化的，在特征建模時，各個形狀特征的位置和尺寸可以通過尺寸驅動方便地進行修改，其附屬的屬性也隨之修改。

參數化（Parametric）造型技術的主要特點：

1、基于特征；

2、全尺寸約束；

3、尺寸驅動設計修改；

4、全數據相關。80二、特征的分類與特征間的關系從模具CAD/CAM的作業過程和要求來考慮，特征可分為形狀特征、精度特征、材料特征、技術特征、裝配特征和管理特征。在Pro/E軟件中，有：拉伸特征、旋轉特征、掃描特征、混成特征、孔特征、倒角特征、圓角特征、陣列特征、切割特征、肋特征、抽殼特征以及基準面、基準軸、基準點等輔助特征。1、特征的分類（1）形狀特征——具有一定工程語義的幾何形體，包含了這些形體的幾何信息和拓撲信息。（2）精度特征——用于描述零件上公稱的幾何形狀允許的變化量，包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等信息。（3）材料特征——用于描述與零件材料及熱處理要求相關的信息，如零件的材料型號、性能、熱處理要求和方式、表面處理方式和條件、硬度、檢驗方式等。81（4）技術特征——用于描述零件的有關性能和技術要求。（5）裝配特征——用于描述零件在裝配過程中要使用的信息和裝配時的技術要求，如零件的配合關系、裝配順序和方式、裝配要求等。（6）管理特征——用于描述零件的管理信息，如零件名、圖號、批量、設計者、日期、未注粗糙度等。其中，精度特征、材料特征、技術特征、裝配特征等四個與生產加工工藝相關的特征，統稱為“工藝特征”。一般有以下3種：（1）相鄰關系——在空間位置之間的相互關系。（2）從屬關系——在某一主特征上產生輔助特征（有時僅作為尺寸標注參考、幾何圖元平移等），輔助特征從屬于主特征。（3）分布關系——表示某類特征在空間按照某種方式所排列的關系。2、特征之間的關系82三、常見特征建模的方式

基于特征的設計——由設計人員調用特征造型系統中的特征，通過增加、刪除和修改等操作建立零件特征模型的建模方式。

特征識別——根據已有的幾何模型，通過一系列的算法對待識別的幾何模型進行解釋，識別出相應的形狀特征，并加以定義，達到特征建模的目的。

特征識別方式：采用特征識別建立零件的特征模型過程比較復雜，且容易出錯，對于復雜的零件甚至難以實現。１、基于特征的設計２、特征識別（1）交互式特征識別（2）系統自動進行特征識別833、特征映射根據工程應用環境的不同，有以下5種特征域：

特征的映射——為使后續的應用能直接利用CAD系統的產品信息，就必須將設計特征映射為各種后續應用領域所需要的特征，這一過程稱之為特征的映射。

特征的多視域造成了在CAD/CAPP/CAM系統間的特征及其信息需求不同，阻礙了各系統之間信息的真正集成。（1）設計特征域；（2）分析特征域；（3）工藝特征域；（4）制造特征域；（5）裝配特征域。84本節內容作為課外上機內容。要求以某一產品或該產品的某個部件為原型，設計其三維模型，并輸出二維圖紙。具體要求如下：

1、完成各零、部件的幾何造型（零件總數不少于兩個）；

2、完成各零件的二維圖；

3、完成產品或部件的裝配圖，并輸出二維圖.第四節幾種CAD軟件三維造型功能簡介

模具CAD/CAM課程上機作業班級：模具______班姓名：任課老師：完成時間：自己制作封面，將打印的二維裝配圖、零件圖及封面裝訂在一起。封面形式如下：85第六章CAD/CAM集成技術一、產生產生于20世紀80年代初。我國在20世紀80年代末開始興起計算機集成制造技術，20世紀90年代已經在不少企業得到實際應用。CAD/CAPP/CAM集成分系統是CIMS的一個重要組成部分。二、CAD/CAM集成內容并非是各系統模塊疊加式組合，而是通過不同數據結構的映射和數據交換，利用各種接口將CAD/CAPP/CAM的各個應用程序和數據庫連接成一個集體化的整體。86

CAD/CAM的集成涉及到網絡集成、功能集成和信息集成等諸多方面。

網絡集成：解決異構和分布環境下網內和網間的設備互連、傳輸介質互用、網絡軟件互操作和數據互通信等問題。

功能集成：保證各種應用互通互換、應用程序互操作以及系統界面一致性等。

信息集成：是CAD/CAPP/CAM集成的核心，要解決異構數據源和分布環境下的數據互操作和數據共享等問題。

信息集成的三種實現方式：

1）通過專用格式文件的集成方式；

2）通過標準格式數據文件的集成方式；

3）利用公用工程數據庫進行系統集成。87三、CAD/CAM集成的關鍵技術

20世紀90年代初，國際標準化組織開發了產品模型數據的交換標準（STEP，StandardfortheExchangeofProductModelData）。

1）產品建模技術。

2）集成的數據管理技術。

3）產品數據交換接口技術。四、產品數據交換標準

20世紀70年代，美國國家標準和技術局開始研究初始化圖形交換標準IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification），解決了圖形幾何信息的交換問題。

1、IGES標準

2、STEP標準88一、數控系統、計算機數控系統（CNC）的概念

數控系統——數字控制系統簡稱，NumericalControlSystem。早期是由硬件電路構成的稱為硬件數控（HardNC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數控系統。

第七章數控加工

CNC系統根據計算機存儲器中存儲的控制程序，執行部分或全部數值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統。

計算機數控（Computerized

numerical

control,簡稱CNC）系統——用計算機控制加工功能，實現數值控制的系統。

CNC系統組成——由數控程序、輸入裝置、輸出裝置、計算機數控裝置（CNC裝置）、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅動裝置和進給（伺服）驅動裝置（包括檢測裝置）等組成，核心是CNC裝置。89二、數控系統的分類與傳統專用型數控系統相比，結構上具備一些開放性，功能十分強大，如FANUC16i/18i,Simens840D,NumIO60等。根據系統硬件和軟件組成及其結構形式分為以下4種類型:

1、傳統專用型數控系統硬件由數控系統生產廠家自行開發，具有很強的專用性，經過了長時間的使用，質量和性能穩定可靠，目前還占領著制造業的大部分市場。

缺點:a.用戶的應用、維修以及操作人員培訓完全依賴于數控系統生產廠家，系統維護費用較高;b.系統功能的擴充以及更新完全依賴于公司的技術水平，周期比較長;c.大量市售廉價通用軟硬件在專用數控系統上無法使用，功能比較單一。

2、PC嵌入NC結構的開放式數控系統

缺點：但系統軟硬件結構十分復雜，系統價格也十分昂貴，一般的中小型數控機床生產廠家沒有經濟能力去購買。90與前幾種數控系統相比，全軟件型開放式數控系統具有最高的性價比，因而最有生命力。其典型產品有美國MDSI公司的OpenCNC、德國PowerAutomation公司的PA8000NT，以及NUM公司的NUM1020系統等。3、NC嵌入PC結構的開放式數控系統硬件部分由開放式體系結構的運動控制卡與PC機構成。運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。如日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC。這種數控系統的開放性能比較好，并且對功能進行改進也比較方便，系統的控制功能主要由運動控制卡來實現，機床硬件發生改變時，只需要修改相應部分的控制軟件，并且系統性價比也比較高，能夠滿足大多數的數控機床生產廠家的需要。4、全軟件型的開放式數控系統

一種最新型的開放式體系結構的數控系統，所有的數控功能(包括插補、位置控制等)全部都是由計算機軟件來實現的。91三、數控加工編程發展歷程：手工編程數控語言自動編程圖形交互編程CAD/CAM集成系統編程其中后面三種均為計算機輔助編程。92手工編程方法是編制加工程序的基礎，也是機床現場加工調試的主要方法，對機床操作人員來講是必須掌握的基本功，其重要性是不容忽視的。1、手工編程：從零件圖紙分析、工藝處理、數值計算、編寫程序單、程序校核等各步驟的數控編程工作均由人工完成的全過程。手工編程比較簡單，容易掌握，適應性較強。適合于編寫進行點位加工或幾何形狀不太復雜的零件的加工程序，以及程序坐標計算較為簡單、程序段不多、程序編制易于實現的場合。

932、自動編程：是指在計算機及相應的軟件系統的支持下，自動生成數控加工程序的過程的過程。它充分發揮了計算機快速運算和存儲的功能。特點：采用簡單、習慣的語言對加工對象的幾何形狀、加工工藝、切削參數及輔助信息等內容按規則進行描述，再由計算機自動地進行數值計算、刀具中心運動軌跡計算、后置處理，產生出零件加工程序單，并且對加工過程進行模擬。對于形狀復雜，具有非圓曲線輪廓、三維曲面等零件編寫加工程序，采用自動編程方法效率高，可靠性好。在編程過程中，程序編制人可及時檢查程序是否正確，需要時可及時修改。94當前，應用CAD/CAM系統進行數控編程已成為數控機床加工編程的主流。論文“基于Pro/ENC模塊的圖形交互式自動編程”

文章摘要：隨著計算機技術的發展,圖形交互式自動編程的應用越來越廣泛,它可以直接將零件的幾何圖形信息轉化為數控加工程序,極大地提高了數控編程的效率.文章介紹了利用Pro/engjneerNC模塊進行圖像交互式自動編程的工作流程,并以銑削實例對編程過程中的有關參數設置進行了分析說明.3、圖形交互式自動編程：4、CAD/CAM集成系統編程由CAD系統所生成的產品數據模型將在CAM系統中直接轉換為產品的加工模型，CAM系統可幫助產品制造工程師完成被加工零件的形面定義、刀具的選擇、加工參數的設定、刀具軌跡的計算、數控加工程序的自動生成、加工模擬等數控編程的整個過程。95取件位置應避免工件材料內部組織及內應力對加工精度的影響；切割路線的走向應選擇注意材料變形的影響；將起（終）點選在切割表面的拐角處，或選在精度要求不高的表面上，或選擇容易修整的表面上。一、數控線切割編程中的工藝處理

1、偏移量f的確定第五節數控電火花線切割加工的程序編制采用快走絲機構，在V空=60~80V時，一般Z=0.01~0.02mm。

2、取件位置、切割路線走向及起點的選擇96（1）適當的定位可以簡化編程工作；（2）適當的夾具可以簡化編程工作或擴大線切割機的使用范圍。

3、鉬絲切割軌跡的確定（1)直接加工零件時，鉬絲切割軌跡通過公差帶中心；

(2)加工冷沖模的凸凹模時，切割軌跡偏離公差帶中心，以延長模具的使用壽命；

(3)當線切割分粗精兩次完成，或有后續加工時，應留出加工余量:

4、零件定位方式的確定與夾具選擇

5、輔助程序的規劃

輔助程序：引入程序、切出程序、超切程序和回退程序97第八章注塑模具CAD/CAM第一節注塑模CAD/CAE/CAM概述

一、發展簡史

CAD、CAM的發展；

CAE的發展。

K.K.Wang，美國康奈爾大學（Cornell）大學教授，C-Mold——Moldflow。二、技術特點重點：注塑產品的造型、模具設計、繪圖、數控加工數據的生成。傳統的方法需要采用木模進行仿行加工，CAD/CAE/CAM的集成化從根本上改變了模具生產方式。

CAE——預測成型工藝參數、模具結構（流道系統；澆口位置、個數；冷卻等）。

CAM：模