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近年来,机械行业的CAD,CAM得到了快速发展,由初期的“甩掉图版”设计、手工编程加工向更高的层次转化。国内外大量优秀的CAD/CAM商用软件和产品进入制造行业,并不断完善,功能日趋强大,促进了制造业自动化程度的提高。 / f% ~7 C! n. X8 f# w& F/ ~
9 W& `# s5 [7 M/ u8 m8 _如何架构适合自己企业的系统,是一直困扰机械制造业的问题。本文提出了一种设计思想和理念,实现企业CAD/CAM高度集成和自动化生产。
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一、CAD/CAM系统组成 随着计算机性性能的提高和价格的降低,过去以大、中型计算机和工作站为主的系统向网络化、小型化和微型计算机转化。核心部分是上机位(微机),通过网络与下机位连接。用作CAD设计的微机把加工信息传送到数控机床和三坐标测量仪,形成一体化数据系统,实现CAD/CAE/CAM/CAT集成化。
" ~$ i& r; V( k% }' q+ [二、CAD层的关键 ( n5 D( c& }8 y9 Q8 U9 u; S) j
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处于上游的CAD层在CAD/CAM的集成中起着决定作用,要实现与下游CAM(包含CAPP)实现集成,CAD的设计要具备三个功能:
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" z' a/ u4 D' s" h$ t+ o(一)三维实体造型
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三维实体造型是经历了三维线框造型、三维表面造型后发展起来的用于描述零件最完整几何信息的模型,记录了零件全部的点、线、面、体的拓扑信息。可以进行消隐、渲染、剖切、有限元网格划分以及NC刀具轨迹生成、仿真等。 % l \% S. T: q* K& |% `1 v2 x
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三维实体模型表示一般采用几何构造法、边界表示法及扫描表示法。 8 E5 w( @4 @- m! y o4 q0 n# t
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1、实体几何构造法(CSG): % {; y, w: o/ u0 ~+ |" M
是一种用体素拼合构成物体的方法,可以用二叉树的形式对零件进行描述。优点是描述物体非常紧凑,缺点是对面的描述有限制。 ( _+ T* l0 O7 {2 Z# _% g' P6 ~2 i G
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2、边界表示法(B-rep) " W) A! u8 Z7 E* ^5 j. j! V
要表达的信息分为两类。一类是几何数据,反映物体大小及位置,另一类是拓扑信息,描述物体的相对位置关系。优点是能够构造具有复杂外形的物体,缺点是存储量大,必须提供一个方便的用户界面。 ( s- n: N6 w! y" r5 l: j. i; U
因此现在几乎所有的以B-rep为基础的系统都有CSG方式的输入界面。
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, V! e# H# G* S( U& R i4 T; h% F, A3、扫描表示法: ) D. {% Y) @& ^+ I7 H) \# ^
通常用二维形体及他的运动轨迹来比表示扫描的物体,分为平移扫描和旋转扫描。
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(二)参数化造型: 2 n! c5 p& p5 \2 |( n
. @ L7 d% ^+ X/ e0 k参数化造型是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动成为初始设计、产品建模及修改、系列化设计、多种方案比较和动态设计的有效手段。 6 l) R9 d5 d5 m$ a4 I
' s) ~7 i* D: x" t" Z6 v% a* C5 T4 u* d1、参数化建模方法
/ a% L) g9 |% a$ k7 w/ @/ D+ @可以分为三种方法:基于几何约束的变量几何法、基于几何推理的人工智能法和基于生成历程的过程构造法。
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2 R! H0 U/ p# @7 c5 Y. {! c2、基于特征的参数化建模
) B/ M/ y1 k, T& O3 x关键是特征及其相关尺寸、公差的变量化描述。包括几何约束和拓扑约束的混合建模、约束建模和约束求解。 : q: r) U, Q" o9 A) {( {: M) l
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3、 面向对象的参数建模:
2 F& k- x" K k( U$ T面向对象的方法既是一种程序设计方法,又是一种认知方法。面向对象的约束方法不仅要表示零件的几何信息,而且还要表示零件的拓扑信息。
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+ _4 ?5 Y8 B& w Q0 j! ^(三)特征造型:
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特征是在零件的设计和制造阶段可识别的包含完整零件工程信息的结构单元,是一组与零件的描述相关的信息集合。新一代的产品建模以参数化造型为基础。特征分为如下四大类: 8 P3 w$ _: K! r6 W
$ i) i' X8 R* d; A c$ l* j* J1、总体信息: 1 W( X5 H% ]$ X6 B& q& [
用于描述一个两件的总的信息,包含特征名、特征代码、材料毛坯和质量。 , F# [5 c# J) ]3 X) T3 H3 D
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2、几何参数信息: & n) F( J8 ~4 m* i$ }
包括组成实体的各个基本尺寸的几何参数信息。 & N$ q5 I* \1 Y/ m1 I5 q& M
+ y3 k- A6 M$ I( ?3、技术参数信息:
& s' i! Q# D! ]* q包括与特征相关的尺寸公差、行位公差和表面粗糙度。
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4、特征构造信息: # s9 [5 ~+ S& L+ B+ e8 ?# T5 K
包括构成特征实体的拓扑信息、基点位置和方向矢量。 |
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