下载文档原格式
一、CAD/CAM概论CAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术，是20世纪制造领域最杰出的技术之一。
1．1 CAD/CAM的基本概念CAD(Computer Aided Design):是指工程技术人员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等；CAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根据产品制造工艺要求，交互或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法的选择、工艺路线和工序的设计等；CAM(Computer Aided Manufacturing):制造人员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程、制造过程控制、质量检测等。
1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM传统制造概念与过程如图1。
1现代制造概念与过程利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人的工作，特别是创造性的工作。
2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制与质量控制等内容。
3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息流。
4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。
1.1.2 CAD/CAM的基本功能在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信息管理等工作。
因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能：1、产品与过程的建模如何用计算机能够识别的数据（信息）来表达描述产品。
如产品形状结构的描述、产品加工特性的描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件描述出来等等。
2、图形与图象处理在CAD/CAM系统中，图形图象仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达图形、对图形进行各种变换、编辑、消隐、光照等处理是CAD/CAM的基本功能。
一、CAD/CAM概论本章主要是讲解CAD/CAM的基本概念、基本功能和工作原理等。
CAD/CAM技术是一门多学科综合性应用技术，是20世纪制造领域最杰出的技术之一。
1．1 CAD/CAM的基本概念CAD(Computer Aided Design):是指工程技术人员以计算机为工具完成产品设计过程中的各项任务，如草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等；CAPP(Computer Aided Process Planning):是指工艺人员利用计算机，根据产品制造工艺要求，交互或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法的选择、工艺路线和工序的设计等；CAM(Computer Aided Manufacturing):制造人员借助于计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中各个环节与活动，如数控加工编程、制造过程控制、质量检测等。
1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM传统制造概念与过程如图1。
1现代制造概念与过程利用计算机完成各个环节的工作成为CAD/CAM几点说明：1、计算机技术只能解决信息的查询与统计，信息的管理、重复而繁琐的工作等，而并不能代替人的工作，特别是创造性的工作。
2、现代制造概念很大，本书CAD/CAM的概念只涉及到产品的设计、工艺设计、加工、车间控制与质量控制等内容。
3、上述制造环中有三个流：物流、资金流与信息流。
4、企业制造资源有人、财、物、技术与信息。
1.1.2 CAD/CAM的基本功能在CAD/CAM系统中，人们利用计算机完成产品结构描述、工程信息表达、工程信息的传输与转化、信息管理等工作。
因此，CAD/CAM系统应具备以下基本功能：1、产品与过程的建模如何用计算机能够识别的数据（信息）来表达描述产品。
如产品形状结构的描述、产品加工特性的描述、如何将有限元分析所需要的网格及边界条件描述出来等等。
2、图形与图象处理在CAD/CAM系统中，图形图象仍然是产品形状与结构的主要表达形式，因此，如何在计算机中表达图形、对图形进行各种变换、编辑、消隐、光照等处理是CAD/CAM的基本功能。
1．光学设计基础1.1现代光学仪器对光学系统的要求光学系统是现代光学仪器中的一个关键系统，光学系统的设计关乎整体系统的设计方案，因此设计好光学系统必须明确光学系统的基本要求。
1．1．1 光学系统基本要求如下性能•提供理想像质，足够分辨视场内最小尺寸的特定物体•像弥散元尺寸与探测器像素尺寸匹配•有效孔径和透过率必须足够满足设计要求构形选择•设计形式必须能满足所需的性能•特殊的技术要求，如扫描系统，红外系统中的光阑等，要符合要求可制造性考虑•最小尺寸/成本/重量/环境影响1．1．2 光学系统技术要求：1 f/number or NA （F 数或数值孔径）：F 数俗称光圈。
在光学系统技术指标中，F 数是一个非常关键的指标，在设计之前就必须确定的值。
焦距一定，F 数越小，通光孔径越大，设计的难度也相对较高。
/f f num ber D'=focal length 焦距＝clear aperture diameter 通光孔径D(又称入瞳直径)：孔径光阑在物孔径的共轭像孔径光阑：限制进入光学系统的成像光束口径的光阑，如人眼的瞳孔1/D f num berf ='相对孔径＝数值孔径sin N A n U =数值孔径与F 数2 Full field of view （全视场，2 ）Aspect ratio投影比一般可以指定某一视场，如水平视场。
如CCD相机镜头以3×4×5的投影比覆盖传感器，水平视场为0.8视场。
若指定的视场小于全视场，必须说明是某视场。
例如，将视场指定为±10°，则全对角视场为20°，或半视场10°。
3 Vignetting（渐晕）:像平面边缘部分比中心暗这种现象称为“渐晕”.D, Dw’: 光束宽度线渐晕系数: K=Dw/D4 Spectral range（光谱范围）:是光学系统所能覆盖的波带。
例如，可见光系统一般覆盖约450～650范围内的光谱。
工程概论知识点总结一、工程学概论1. 工程学的定义和范畴- 工程学是将科学原理和数学方法应用于设计和构建实用产品和设施的科学。
在这门课程中，学生将学习到工程学的主要范畴，包括机械工程、土木工程、电气工程、化学工程等。
2. 工程设计的基本原理- 学生将学习到工程设计的基本原理，包括需求分析、概念设计、详细设计、原型制作和测试等。
这些原理将为学生未来的工程设计工作奠定基础。
3. 工程伦理- 学生将了解工程伦理的重要性，以及工程师应当遵守的职业准则和行为规范。
工程伦理将在学生的专业生涯中发挥重要作用。
4. 可持续发展和可持续性工程- 学生将了解到可持续发展的概念以及工程师在设计和实施新项目时应当考虑的可持续性原则。
这将使学生具备在现实环境中应对挑战的能力。
5. 社会影响- 学生将学习到工程项目对社会和环境的影响，以及工程师在进行决策时应当考虑的社会因素。
这将培养学生的社会责任感和全球视野。
二、数学和科学基础1. 数学在工程学中的应用- 学生将学习到在工程计算和分析中所需的数学知识，包括微积分、线性代数、概率统计等。
这些知识将为学生未来的工程实践提供数学基础。
2. 科学原理在工程中的应用- 学生将了解工程中所涉及的科学原理，包括物理学、化学、材料学等。
这些科学原理将为学生在工程项目中的决策和解决问题提供依据。
三、工程设计和分析方法1. 工程设计方法- 学生将学习到工程设计的常用方法，包括KISS原则（保持简单）、Pareto原则（80-20法则）、TRIZ创新方法等。
这些方法将为学生提供在设计过程中的指导。
2. 工程分析方法- 学生将了解在工程实践中所需的分析方法，包括有限元分析、计算流体力学、统计分析等。
这些方法将为学生分析和解决实际工程问题提供技术支持。
四、现代工程技术和工具1. 计算机辅助设计- 学生将学习到在工程设计过程中如何使用CAD和其他计算机辅助设计软件。
这将使学生能够熟练地进行工程设计和绘图。
第1章计算机辅助设计概论基本术语Computer Aided Design，CAD计算机辅助设计指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。
Computer Aided Manufacturing，CAM计算机辅助制造广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP)、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。
狭义CAM通常是指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。
Computer Aided Process Planning, CAPP 计算机辅助工艺设计指在工艺人员借助于计算机，根据产品设计阶段给出的信息和产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，如加工方法选择、工艺路线确定、工序设计等。
Computer Aided Engineering ，CAE计算机辅助工程分析利用计算机对设计方案进行分析，包括工程分析、数据管理、试验、仿真等等。
Product Data Management，PDM产品数据管理以软件技术为基础，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素CAD :Computer Aided Design计算机辅助设计CAD是以设计者为主体，设计者利用计算机辅助设计系统的资源，对产品设计进行规划、分析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工程文档的创造性活动。
CAD不是自动设计，而是设计人员在计算机辅助设计系统的帮助下进行设计的过程。
CAD :Computer Aided Design计算机辅助设计CAD系统资源: 建立设计对象的模型、实体设计、与图形设计及图形显示、工程计算及优化、功能模拟及运动模拟、产品设计所需的标准、规范及原材料的性能、工艺参数等工程数据，数据交换标准、方法及工具，设计者与系统交互作业的用户接口。
概括来说，CAD的设计对象有两大类：一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称：AEC (Architecture、Engineering Construction)。
而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。
Computer Aided Architecture Design，CAAD计算机辅助建筑设计CAD 工作过程功能设计初步设计详细设计FEA加工仿真运动仿真或功能仿真对零件进行加工模拟，如注塑、压铸、锻压或机械加工等过程进行模拟，从中发现制造的问题，进而提出对零件设计的修改方案。
进行产品结构的初步设计，产品造型和外观的初步设计。
从总图派生出零件，对零件的造型、尺寸和色彩等进行详细设计。
进行功能设计，选择合适的科学原理或构造原理。
对产品实施运动模拟和功能模拟，对其性能做出评价、分析和优化，最终完成零件的结构设计。
机械CAD设计过程输入产品性能要求计算机辅助创新软件及专家系统的辅助设计下进行方案设计模型设计物性计算疲劳计算等优化设计工程分析及校核运动仿真装配仿真满足要求？工程数据库修改设计N完成详细设计Y1.1.1 CAD的特点●提高设计效率●提高设计质量●利于成组设计●修改设计方便●设计与分析统一●易于实现产品数据的标准化●易于实现网络的协同设计●无图纸化生产的前提●为实现产品生命周期管理系统提供基础用户用户1.1.2 CAD系统的结构以高性能通用大型机做主机，可以分时方式联几十个或几百个终端，软硬件选择余地小，投资巨大，适合大型企业使用。
在20世纪70年代较为流行，目前已经不再采用。
(1)集中式主机系统通信系统主计算机用户(2) 小型机成套系统是专门定制用户CAD系统，用户购机后，立即可使用，性能价格比适中，但系统扩展能力差，适当选配异种机联网技术和标准数据交换接口，可向分布式网络工作站发展。
这种系统适合中等企业选用。
由于32位微机的发展提高了微机数值处理和图形处理能力，可以实现不复杂零件的CAD，许多工作站上的CAD软件不断出现微机版本，微机环境的CAD软件相继问世，为扩大微机CAD系统的应用提供了基础，微机CAD在中小型企业有广泛的应用前景。
(3) 微型计算机CAD系统高档微机或单机系统计算机主机图形显示器绘图仪、打印机扫描仪鼠标、键盘硬盘软盘移动存储设备(4) 分布式网络工程工作站系统由32位或64位工作站组成，一般均可配三维图形加速器，有很强的图形功能和联网能力。
支持多种操作系统和开发平台，有很好的性能价格比。
基于网络的微机工作站系统应用计算机技术和网络通信技术，将分部于各处的多台各类计算机以网络形式连接起来。
采用局域网可以将一座大楼、一个工厂范围内的计算机联网，通过INTERNET则可将多个局域网连接起来，并可访问分布在世界各地的设计小组与设计人员，以沟通设计信息，典型工作站分布式网络为星式拓扑结构1.2 CAD系统的硬件●主机●输入设备（数字化仪、扫描仪、三坐标测量仪）●输出设备（显示器、绘图仪、打印机、快速成形机）●信息存储设备（外存、硬盘阵列、光盘、磁带机）●网络设备●多媒体设备1.2.1 工作站系统工作站是一种比较特殊的计算机机种，它主要面向专业应用领域，具有强大的数据运算、图形图像处理、网络通信能力。
（1) UNIX 工作站CPU采用精简指令系统RISC处理器，操作系统主要采用UNIX系统。
该种工作站可以配置多个CUP，具有64位或128位的计算能力，物理内存可达16GB，并能提供很大的虚拟内存空间，能满足高性能计算的要求，但价格昂贵。
SGI、HP、IBM等公司均有此类产品。
（2）PC工作站PC工作站是随着个人计算机性能的不断增强而逐渐发展起来的。
这类工作站的CUP常采用Intel公司和AMD公司的32位或64位处理器，也可以采用双CUP或双核系统，操作系统采用Windows 2000或windows XP，或64位的Windows XP Professional x64 Edition。
一般采用专业显示卡。
该类工作站随着硬件技术的发展，性能越来越好，逐步接近UNIX工作站，而且价格便宜。
是目前应用最广泛的类型1.2.2 CAD 系统的常用外围设备1）鼠标和键盘虚拟键盘利用标准键盘(QWERTY)布局的投影来代替实际键盘，用户在敲击这种虚拟键盘时，键盘会自动读取“键击”位置，并转换为真实的输入。
三维鼠标普通鼠标只能感受在平面运动，而三维鼠标则可能让用户感受到在三维空间中的运动。
三维鼠标可能完成在虚拟空间中6个自由度的操作.2）三维坐标输入器可以输入x、y、z坐标，结合CAD软件可以实现三维雕刻。
三坐标测量仪主要测量空间的点位坐标，结合CAD软件进行建模。
3）三坐标测量设备3）三坐标测量设备三维扫描仪是将三维模型的表面进行扫描得到点云数据，通过CAD软件形成曲面进而形成实体。
数据手套数据手套是美国VPL公司在1987年推出的一种传感手套的专有名称。
数据手套是虚拟现实系统最常用的交互式工具,它体积小、重量轻、用户操作简单，所经应用十分普遍。
在实际应用中，数据手套还必须配有空间位置跟踪器，检测手在空间中的实际方位及其运动方向。
在虚拟装配和医疗手术模拟中，数据手套是不可缺少的一个组成部分。
Touch Screen，触摸屏触摸屏又称为触感型终端，是一种特殊的显示屏。
与普通的显示器不同的是：附加了坐标定位装置，从而感知接触点的位置，功能与图形板相同。
触感可由红外式、电容式、机械式传感系统获得，当手指触摸屏幕时，通过相应的电路就可以检测到该点的位置。
如：将应用软件的菜单提示于屏幕上，利用触摸技术，手指直接“点菜”，既直观又方便，不易出错。
语音系统将人类说话的语音直接输入计算机的设备。
将声音通过话筒变成模拟信号，再将模拟信号通过调制变成数字信号。
语音输入的难点是如何理解、识别语音，目前的水平处于定量词汇、定人语音识别的程度。
已有公司开发出操作系统的语音输入系统，用户只需读出所需进入选项的名称，系统会自动识别用户语音而选择相应的操作，其效果与鼠标选择是相同的。
绘图仪打印机三维打印机利用材料累加原理，直接将CAD模型得到三维模型。
立体显示器：在使用虚拟现实技术的CAD/CAM系统中，提供逼真的三维视觉，使用户尽可能地沉浸在虚拟环境中。
显示设备主要包括头盔显示器（HMD）、立体眼镜及三维立体投影仪等，其中较常用的是头盔显示器。
生产系统设备设备功能类型举例加工设备NC机床、加工中心等物流搬运设备有轨小车、无轨小车、机器人等仓储设备立体仓库、刀库等辅助设备对刀仪等这些设备与CAD/CAM系统中计算机的连接通常采用RS232通讯接口、DNC接口或某些专用接口，接口主要用于计算机与设备间的通讯，获取和接收设备的状态信息和其它数据信息，向设备发送命令和控制程序等。
3. 存储设备1）磁带机磁带机容量较大，可达到1200GB，常用来存储数据和备份数据2）硬盘阵列柜把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个硬盘阵列由阵列控制器管理的系统。
硬盘阵列柜常采用1394接口卡实现与主机的通讯，硬盘阵列充分利用1394的点对点、高速传输、热插拔和即插即用、可串连（最大可达1023个硬盘）等特性而设计的一种外挂式的大容量数据存储设备。
1.3 CAD 系统的软件系统软件支撑软件应用软件硬件搭台软件唱戏1.3.1 CAD系统软件系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及对计算机程序得翻译和运行。
系统软件主要包括：•操作系统•网络软件•高级语言编译器常见的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows系列等。
1.3.2 CAD支撑软件支撑软件是CAD软件系统的重要组成部分，是在系统软件的基础上开发的满足CAD用户一些共同需要的通用性软件，一般是有专门的软件公司开发。
CAD支撑软件分为单一功能型和综合集成型两大类。
1. 单一功能型1) 交互式绘图软件这类软件主要以人机交互方法完成二维图形的绘制，具有图形的复制、镜像、阵列、缩放、删除、修改、外部引用等编辑功能，具有尺寸标注、图形拼装、二次开发工具等图形处理功能。
三维软件可以进行零件三维造型、装配设计、生成工程图，并且可以进行参数化设计。
常用的二维软件有CAXA电子图版，AUTOCAD，三维有CAXA实体设计，Solidworks，Solidedge，Solid3000等。
2)工程分析软件主要是FEA sofware(有限元分析软件)和dynamics emulation software(动力学仿真软件)常用的有限元分析软件有NASTRAN、ANSYS、COSMOS、ABAQUS、ADAMS等。
