授课章节 | 5.2 计算机辅助设计与制造 | 学 时 | 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学目标 | 知识目标 | 1、了解CAD/CAM的概念和组成 2、了解CAD/CAM系统的功能 3、了解CAD/CAM系统的发展趋势 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
能力目标 | 能够对产品进行计算机辅助设计与制造 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
情感目标 | 1、培养学生的学习兴趣,养成良好的学习习惯,提升自学能力 2、引导学生掌握正确的分析方法,养成解决生产实际问题的思维习惯 3、培养学生在分析、应用过程中的条理性、协调性和严谨性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学重点 | CAD/CAM的概念和组成 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
教学难点 | CAD/CAM系统的发展趋势 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
实施教学目标过程设计 | 【第一环节】课程导入 限时5分钟
【第二环节】授课过程 限时80分钟
【第三环节】归纳总结 限时5分钟
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【第一环节】课程导入 1.数控技术的概念、发展阶段 数控技术是微电子技术与传统机械技术相结合的产物,它可以根据机械加工的工艺要求,使用计算机技术对整个加工过程进行信息处理与控制,实现生产过程的自动化。 数字控制(Numerical Control,NC) 是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种技术方法,简称数控。 数控机床(NC Machine) 是一种装有程序控制系统的机床,该系统能进行逻辑和数学运算,能处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。通俗讲就是采用了数控技术或者是装备了数控系统的机床。 数控系统(NC System) 能自动阅读输入介质上记载的程序,并将其译码,控制机床运动,实现零件加工过程的程序控制系统。 数控技术的发展经历,见下表。 数控技术的发展经历 小孩可爱图片
2.先进的数控系统 1)开放式数控系统 2)智能数控系统 3)特种加工数控系统 3.数控编程技术 一般来说,数控编程的过程主要包括:零件图样分析、工艺处理、数值处理、程序编制、控制介质制作和程序校核试切等过程。数控编程首先需要考虑的问题是满足零件加工的要求,能加工出合格零件,然后考虑优化生产效率和制造成本,以充分发挥数控机床的功能。数控编程的方法有四种。 1)手工编程 2)自动编程 3)面向车间的编程(WOP) 4)CAD/CAM集成系统数控编程 4.高速数控机床 一般认为,凡是切削速度、进给速度高于常规值5~10倍以上的数控机床即为高速数控机床。目前,高速数控机床的主轴转速一般在10000r/min以上,甚至可以高达60000~100000r/min,主电动机功率为15~80kW。进给量和快速行程速度约在30~100m/min的范围内变化。高速数控机床的高速特性还表现在主轴和工作台具有极大的加速度性能,主轴从起动到最高转速只用1~2s的时间,工作台的加(减)速度可达到(1~10)g,g=9.81m/s2。 【第二环节】授课内容 5.2.1 CAD/CAM概述及组成 计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD) 是指工程技术人员以计算机为辅助工具,通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析(包括方案设计、总体设计、零部件设计)、动态模拟和自动绘图等。 计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning,CAPP) 借助计算机对制造加工工艺过程进行设计或规划,以期对工艺过程实现自动控制。 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM) 是指应用计算机来进行产品制造的统称。CAM包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统(FMS)和工厂管理等。 CAD/CAM集成技术(简称CAD/CAM) 把计算机辅助制造和计算机辅助设计集成在一起的系统。CAD/CAM是随着计算机技术、制造工程技术的发展和需求,从早期的CAD、CAPP、CAM和计算机辅助工程(CAE)技术发展演变而来的。传统的设计与制造彼此相对分离,而CAD/CAM是将设计与制造集成,作为一个整体任务来规划和开发,实现了信息处理的高度一体化。 CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统两部分构成。 1.硬件系统 CAD/CAM系统的硬件通常是指构成生产系统的设备实体,是一切可以触摸到的物理设备的总称。硬件系统由计算机及其外围设备和生产加工设备两部分组成。 2.软件系统 CAD/CAM软件系统可分为三个层次,即系统软件、支撑软件和应用软件。其中,支撑软件是CAD/CAM系统的核心,它不针对具体的设计对象,而是为用户提供工具或开发环境。 5.2.2 CAD/CAM系统的功能 以制造业为例,一个完整的制造企业的CAD/CAM系统应具备的功能模块如下: 1)CNC系统及各种自动化加工设备,包括数控加工中心等各种数控机床、三坐标数控测量机、PLC、检测设备等。 2)物料存储及运送系统,myhobby英语作文包括自动化仓库。 3)分布式直接数控及设备控制系统,包括直接数控(DNC)系统及其与自动仓库的互联系统、工业控制系统等。 4)物流控制与管理系统,其功能是对物料存储及运送系统进行监测和控制,以服务于车间生产计划控制系统。 5)工艺规程设计与管理系统,其功能包括计算机辅助工艺规程设计、工艺数据库管理、工艺规程管理等。 6)数控加工自动编程系统,如用于复杂曲面模具加工自动编程系统,用于数控线切割、数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等加工的自动编程系统。 7)全面质量保证系统(Total Quality Insurance System,TQIS)。 8)车间生产计划控制系统(Shoop-Floor Control System,SFCS)。 9)计算机辅助工程制图系统,其功能包括辅助制图、图样扫描及光栅-矢量混合编辑、图样管理等。 10)计算机辅助设计和计算机辅助工程(CAD/CAE)系统,其功能包括产品的二维设计或三维设计、装配设计、工程分析及优化、工业设计、产品信息管理等。 11)产品综合信息管理系统(PIIMS),其功能是基于统一的数据库和框架,对产品的设计文档、设计辅助数据、产品模型(二维或三维)、版本信息、工程图纸、工艺规程、工艺数据、数据加工程序等各项信息实行统一管理。 5.2.3 CAD/CAM系统的发展趋势 1.集成化 把产品从原材料到产品设计、产品制造全过程纳入到CAD/CAM系统中去,这样才能实现设计 制造过程的自动化和最优化。 2.智能化 以往CAD系统比较重视软件数值计算和几何建模功能的开发,而忽视了非数据非算法的信息处理功能的开发,如方案的设计、选择、优化和决策等都需要通过思考、推理、判断来解决,影响了CAD系统的实际应用效果。因此,现在大型CAD/CAM系统都很注重软件智能化的开发,随着技术的日趋成熟,人们将人工智能技术、知识工程和专家系统等技术引入到CAD/CAM领域中,形成智能的CAD/CAM系统。 3.标准化 随着CAD/CAM技术的快速发展和广泛应用,技术标准化问题愈显重要,由于CAD/CAM标准体系既是开发应用CAD/CAM软件的基础,又是促进CAD/CAM技术普及应用的约束手段,因此,各国都在积极研究制订CAD/CAM标准体系。 4.网络化 通过计算机网络,分散在不同地点的设计人员,可以实现异地信息共享,一个项目可以 由多家企业、多个人在不同地点共同完成,也可以将分散在不同地区的人力资源和设备资源迅速加以组合,建立动态联盟的制造体系。 5.最优化 产品设计和工艺过程的最优化始终是人们追求的目标。先进制造技术带动了先进设计技术的同步发展,使得传统CAD技术有了很大的扩展,人们将这些扩展的CAD技术总称为“现代CAD技术”。 总之,现代CAD技术是在复杂的大系统环境下,支持产品自动化设计的理论和方法、设计环境、设计工具各相关技术的总称。能使设计工作实现集成化、网络化和智能化,进一步提高产品质量,降低成本,缩短设计周期。 【第三环节】归纳总结 1.CAD/CAM概述及组成 计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD) 是指工程技术人员以计算机为辅助工具,通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析(包括方案设计、总体设计、零部件设计)、动态模拟和自动绘图等。 计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning,CAPP) 借助计算机对制造加工工艺过程进行设计或规划,以期对工艺过程实现自动控制。 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,CAM) 是指应用计算机来进行产品制造的统称。CAM包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统(FMS)和工厂管理等。 CAD/CAM集成技术(简称CAD/CAM) 把计算机辅助制造和计算机辅助设计集成在一起的系统。CAD/CAM是随着计算机技术、制造工程技术的发展和需求,从早期的CAD、CAPP、CAM和计算机辅助工程(CAE)技术发展演变而来的。传统的设计与制造彼此相对分离,而CAD/CAM是将设计与制造集成,作为一个整体任务来规划和开发,实现了信息处理的高度一体化。 CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统两部分构成。 2.CAD/CAM系统的功能 1)CNC系统及各种自动化加工设备,包括数控加工中心等各种数控机床、三坐标数控测量机、PLC、检测设备等。 2)物料存储及运送系统,包括自动化仓库。 3)分布式直接数控及设备控制系统,包括直接数控(DNC)系统及其与自动仓库的互联系统、工业控制系统等。 4)物流控制与管理系统,其功能是对物料存储及运送系统进行监测和控制,以服务于车间生产计划控制系统。 5村居张舜民)工艺规程设计与管理系统,其功能包括计算机辅助工艺规程设计、工艺数据库管理、工艺规程管理等。 6)数控加工自动编程系统,如用于复杂曲面模具加工自动编程系统,用于数控线切割、数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等加工的自动编程系统。 7)全面质量保证系统(Total Quality Insurance System,TQIS)。 8)车间生产计划控制系统(Shoop-Floor Control System,SFCS)。 9)计算机辅助工程制图系统,其功能包括辅助制图、图样扫描及光栅-矢量混合编辑、图样管理等。 10)计算机辅助设计和计算机辅助工程(CAD/CAE)系统,其功能包括产品的二维设计或三维设计、装配设计、工程分析及优化、工业设计、产品信息管理等。 11路上注意安全)产品综合信息管理系统(PIIMS),其功能是基于统一的数据库和框架,对产品的设计文档、设计辅助数据、产品模型(二维或三维)、版本信息、工程图纸、工艺规程、工艺数据、数据加工程序等各项信息实行统一管理。 3.CAD/CAM系统的发展趋势 1)集成化 2)智能化 3)标准化 4)网络化 5)最优化 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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