机械cad-cam复习资料全(编辑修改稿)

机械cad-cam复习资料全(编辑修改稿)内容摘要：

素：  优化设计 问题的规模，即设计变量数目和约束条件数目的多少。  目标函数和约束函数的非线性程度、函数的连续性、等式约束或不等式约束以及函数数值计算的复杂程度。  优化方法的收敛速度、计算效率，稳定性、可靠性，以及解的精确性。  是否有现成程序；程序使用的环境要求、通用性、简便性、执行效率、可靠程度等 优化设计的一般过程 机械优化设计过程，一般可分为以下几个阶段： (1) 根据机械产品的设计要求，确定优化范围。 (2) 分析优化对象，准备各种技术资料。 (3) 建立合理而实用的优化设计数学模型。 (4) 选择合适的 优化方法。 (5) 选用或编制优化设计程序。 (6) 计算机求解，优选设计方案。 (7) 分析评价优化结果。 仿真 仿真 顾名思义，模仿真实的系统，意指通过对模拟系统的实验去研究一个存在或设计中的系统。 仿真的关键是建立从实际系统抽象出来的仿真模型。 仿真的类型 仿真是在模型上进行反复试验研究的过程。 因为模型有物理模型与数学模型，故仿真也有物理仿真与数学仿真 （ 1）物理仿真 物理模型与实际系统之间具有相似的物理属性，所以，物理仿真能观测到难以用数学来描述的系统特性，但要花费较大的代 价。 根据仿真模型中物理模型占据的比例又分为半物理仿真和全物理仿真。 半物理仿真的模型，有一部分是数学模型，另一部分是已研制出来的产品部件或子系统，从而对产品整体性能和实际部件或子系统进行功能测试。 全物理仿真的模型则全部是实物模型。 （ 2） 数学仿真 又称计算机仿真。 即建立系统 (或过程 )的可以计算的数学模型 (仿真模型 )，并据此编制成仿真程序放入计算机进行仿真试验，掌握实际系统 (或过程 )在各种内外因素变化下，性能的变化规律。 计算机仿真的应用类型 (1) 系统分析和设计。 例如柔性制造系统的仿真，在设计阶段 ，通过模型仿真来研究系统在不同物理配置情况下和不同运行策略控制下的特性，从而预先对系统进行分析、评价，以获得较好的配置和较优的控制策略；系统建成后，通过仿真，可以模拟系统在不同作业计划输入下的运行情况，用以择优实施作业计划，提高系统的运行效率。 (2) 制成训练用的仿真器。 例如飞行模拟器、船舶操纵训练器、汽车驾驶模拟器等。 这些仿真器既可以保证被训练人员的安全，也可以节省能源，缩短训练周期。 计算机仿真的特点 (1) 以计算机为实验环境，依赖实际系统的抽象仿真模型。 (2) 计算机仿真结果是实验解， 而不是纯粹的数学解析或数值分析解。 (3) 既能展示实际系统的模拟静态，又能直观表演系统的动态特性。 计算机仿真的一般过程 计算机仿真的基本方法是将实际系统抽象描述为数学模型，再转化成计算机求解的仿真模型，然后编制程序，上机运行，进行仿真实验并显示结果。 其一般过程为： 建立数学模型 建立仿真模型 编制仿真程序 进行仿真实验 结果统计分析 仿真工作总结 计算机仿真的广泛应用具有十分重要的意义 (1) 替代许多难以或无法实施的实验 (2) 解决一般方法难以求解的大型系 统问题 (3) 降低投资风险、节省研究开发费用 (4) 避免实际实验对生命、财产的危害 (5) 缩短实验时间、不受时空限制 仿真在 CAD/CAM中的应用 仿真在 CAD／ CAM系统中的应用主要表现在以下几个方面： (1) 产品形态仿真。 (2) 装配关系仿真。 (3) 运动学仿真。 (4) 动力学仿真。 (5) 零件工艺过程几何仿真。 (6) 加工过程仿真。 (7) 生产过程仿真。 第 7章 计算机辅助工艺规程设计 概述 CAPP（计算机辅助工艺 设计： Computer Aided Process Planning）是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计。 CAPP 技术及其发展概况 工艺规程设计的任务 工艺规程设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法、加工顺序、工、夹、量具，以及切削条件的计算等，使能按设计要求生产出合格的成品零件。 它所包含的主要内容：(1)选择加工方法和采用的机床、刀具、夹具及其它工装设备。 (2)安排合理的加工顺序。 (3)选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差。 (4)选用合理的切削用量 (5)计算时间定额和加工成本 (6)编制包含上述所有资料的工艺文件 其核心内容是选择加工方法和安排合理的加工顺序。 CAPP 的提出 长期以来，传统的工艺规程设计方法一直是由工艺人员根据他们多年从事工厂生产活动而积累起来的经验，以手工方式进行的。 已不适应当前产品品种多样化、更新换代日益频繁的生产形势。 工艺规程设计主要是在分析和处理大量信息的基础上进行选择 (加工方法、机床、刀具、加工顺序等 )、计算 (加工余量、工序尺寸、公差、切削参数、工时定额等 )、绘图 (工序图 )以及编制文件等工作，而计算机能有效地管理大量的数 据，进行快速、准确的计算和各种形式的比较、选择，能自动绘图和编制表格文件。 这些功能恰恰适应工艺规程设计的需要，于是出现了计算机辅助工艺规程设计 (Computer Aided Process P1anning），简称 CAPP 这样一种新技术。 CAPP 不仅能实现工艺设计自动化，还能把生产实践中行之有效的若干工艺设计原则与方法，转换成工艺设计决策模型，建立科学的决策逻辑，把长期从事工艺设计工作的人的经验传授给初参加工作的人，编制出最优的制造方案。 另外， CAPP 也是把 CAD 和 CAM 的信息连接起来，实现 CAD／ CAM 一体化，建立集成制造系统 (Computer Integrated Manufacturing System—CIMS)的关键性中间环节。 CAPP 的发展概况 （ 1）国外 CAPP技术的研究和发展起源于 20世纪 60年代。 1969年挪威推出了世界上第一个 CAPP系统 AUTOPROS，并于 1973年商品化。 它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应零件的工艺规程。 美国于 20 世纪 60 年代末 70 年代初着手于CAPP 的研究，并于 1976年由 CAMI公司推出了颇具影响力的 Automated Process Planning系统。 这是一种可在微型机上运行的结构简单的小型系统。 CAPP 从 60年代末开始研制，到目前虽只有几十年的历史，但已研制出很多 CAPP 系统，而且有不少系统已投入生产实践使用。 目前世界各国的 CAPP系统主要用于回转体零件，其次为棱柱形零件和板块类零件，其它非回转体零件应用较少，而且多应用于单件小批量生产类型。 （ 2）我国 从 80 年代初期起，我国一些高等院校和工厂在推广和应用成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺规程设计系统。 最早进行这项研究工作的是上海同济 大学，他们在 1982年研制成功了 TOJICAP 系统，并通过了由国家教委组织的鉴定，并于 1985 年在国际 CIRP会议上正式发表。 随后北京理工大学也研制出适用于车辆中回转体零件的 BITCAPP系统，北京航空航天大学发表了 BHCAPP系统，还有 —些高等院校和工厂合作研制的 CAPP系统也相继获得成功。 CAPP 系统的工作原理 CAPP 系统有两种工作原理：派生法和创成法。 (1)派生法 (Variant) 根据成组技术的原理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出标准工艺规程，并以文件的形式贮存在计 算机中。 当要为新零件设计工艺规程时，输入该零件的成组技术代码，由计算机判别零件属于哪一个零件组，检索出该零件组的标准工艺规程，再根据零件的结构形状特点、尺寸公差，进行编辑修改，获得适合于该零件的工艺规程。 通常调用标准工艺文件，确定加工顺序，计算切削参数、加工时间或加工费用都是由计算机自动进行的。 (2)创成法 (Generative) 不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。 当输入新零件的有关信息后，系统 可以模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动地生成零件的工艺规程。 目前用派生法原理生成工艺规程的力法已经比较成熟，应用十分广泛，现有的大部分CAPP 系统都属于这种类型。 创成法原理目前还不完善，还没有一个纯粹的创成法 CAPP 系统出现。 CAPP 系统的结构组成 CAPP 系统的基本结构主要由零件信息的获取、工艺决策、工艺数据库／知识库、人机界面、工艺文件管理／输出等五大模块组成。 零件信息的描述与输入 零件信息描述的内容 零件信息主要包括零件的几何信息和工艺信 息两个方面内容 （ 1）几何信息 所谓零件的几何信息是指零件的几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑关系，如零件表面的形状、各表面间的相互位置等。 零件的几何信息实际上就是零件的图形信息。 （ 2）工艺信息 工艺信息是指零件的加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、热处理要求、配合和啮合关系等多种信息。 零件信息描述的基本方法 （ 1）零件分类编码描述法 零件分类编码描述法是基于成组技术原理，首先需制订一套编码系统，用该编码系统根据零件的几何形状和工艺特征对零件进行编码处理，然后将这些零件编码输入计算机来粗 略描述零件的形状、尺寸、精度等信息。 （ 2）形状特征描述法 形状特征描述法要求将组成零件的各个形状特征按一定顺序逐个地输入到计算机中去，并按事先确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成一种供 CAPP作业调用的零件信息模型。 （ 3）语言描述法 该方法是用一种能由计算机识别的语言来对零件信息进行描述。 用户首先用这种语言规定的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后通过相应的计算机编译系统对描述结果进行编译，形成计算机能够识别的零件信息代码。 （ 4）知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息甚至整个 产品的信息。 （ 5）直接将 CAD作业结果作为 CAPP的输入 派生法 CAPP系统 派生法 CAPP系统的工作原理 派生法也叫做经验法、样件法。 在派生法 CAPP系统中，零件图样按成组技术中的分类编码系统进行编码，用数字代码表示零件图样上的信息。 派生法 CAPP 系统的工作原理是根据成组技术中相似性原理，如果零件的结构形状相似，则它们的工艺规程也有相似性。 对于每一个相。