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机械加工中CAD的来由



机械加工中CAD的来由
1972年10月,国际信息处理联合会(IFIP)在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义:CAD是一种技术,其中人与计算机结合为一个问题求解组,紧密配合,发挥各自所长,从而使其工作优于每一方,并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。上图是一个CAD系统。人们根据系统功能的要求,用有限的特征来描述设计问题,通过形式化用计算机的数据结构来表达特征,并将用数据结构描述的特征数据存放在数据库之中。这样,设计过程变成了对数据库的处理。这一过程可以看作是建模过程,模型被用来表示实际的或抽象的对象,是对被处理对象进行计算、分析、模拟和研究的基础。因此,模型是实际结构在CAD系统中的具体体现,是计算机认知产品的基础。我们知道,产品和工程结构本身能表现出来的属性(特征)是无限的,但可用的计算机资源、人们的认识知识是有限的,我们只能认知实际结构的部分属性,只能处理产品和工程结构设计的某些方面。 

   根据模型的不同,CAD系统一般分为二维CAD和三维CAD系统。二维CAD系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本……”等几何元素的集合,系统内表达的任何设计都变成了几何图形,所依赖的数学模型是几何模型,系统记录了这些图素的几何特征。二维CAD系统一般由图形的输入与编辑、硬件接口、数据接口和二次开发工具等几部分组成。三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型,模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展,所表达的几何体信息越来越完整和准确,能解决“设计”的范围越广。其中,线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形,就如同用线架搭出的形状一样,模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型,就如同在线框模型上蒙了一层外皮,使几何形状具有了一定的轮廓,可以产生诸如阴影、消隐等效果,但模型中缺乏几何形状体积的概念,如同一个几何体的空壳。几何模型发展到实体模型阶段,封闭的几何表面构成了一定的体积,形成了几何形状的体的概念,如同在几何体的中间填充了一定的物质,使之具有了如重量、密度等特性,且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征,使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时,更能反映实际产品的构造或加工制造过程。  

   随着CAD技术的发展和人们需求的不断提高,人工智能等各类技术逐渐融入到CAD系统中,形成了各种基于知识的CAD系统(或智能CAD系统)。知识的应用使CAD系统的“设计”功能和设计自动化水平大大提高,对产品设计全过程的支持程度大大加强,促进了产品和工程的**开发。  

   单机CAD系统是安装在一台计算机中,进行独立工作的CAD系统。在经济全球化和网络技术高速发展的今天,基于因特网/企业内部网的网络化CAD系统得到高速发展。网络化CAD系统可以在网络环境中由多人、异地进行产品的定义与建模、产品的分析与设计、产品的数据管理和数据交换等,是实现协同设计的重要手段,可为企业利用全球资源进行产品的快速开发提供支持。  

   专业化CAD应用系统是各专业根据各自的设计需要,利用通用CAD系统提供的二次开发工具或数据接口功能,将各类专业设计技术研制成CAD系统的各类设计工具和知识,从而使设计能直接按照专业设计的方法进行,大大提高了CAD系统的“设计”能力和效率。但这类CAD系统针对具体的专业进行开发,在专业设计方面不具备通用性。
数控机床
是按照事先编制好的加工程序,自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等),按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单,再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器),然后输入到数控机床的数控装置中,从而指挥机床加工零件。这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件,而普通机床要由人来操作,我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。 

    因此,数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件由于数控机床要按照程序来加工零件,编程人员编制好程序以后,输入到数控装置中来指挥机床工作。程序的输入是通过控制介质来的。 
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