計算機輔助設計製造實訓指導

《計算機輔助設計製造實訓指導》，由謝黎明、沈浩、靳嵐著，清華大學出版社於2011年12月26日出版，全書包括數控加工工藝基礎（包括數控車削、數控銑削及線切割等）和加工程式編制等方面的理論知識、計算機技術輔助工藝設計（XACA工藝圖表）以及數控車、銑床的結構特點及操作加工方法。

基本信息

內容簡介

計算機輔助設計製造實訓指導 計算機輔助設計製造實訓指導
本書為工程訓練教材。全書內容廣泛，包括數控加工工藝基礎（包括數控車削、數控銑削及線切割等）和加工程式編制等方面的理論知識、計算機技術輔助工藝設計（XACA工藝圖表）以及數控車、銑床的結構特點及操作加工方法。
本書為高等學校機械類現代工程技術訓練教材，也可作為近機械類或非機械類實踐教學教材。

前言

21世紀之初，中國工程院的調查報告指出：中國的製造業直接創造國民生產總值的約1/3，占整個工業生產的4/5左右，為國家財政提供1/3以上的收入，貢獻出口總額的90%。處於工業中心地位的製造業，特別是裝備製造業是國民經濟持續發展的基礎，是工業現代化建設的發動機和動力源，是技術進步的主要舞台，是國家安全的重要保障，是國際競爭中取勝的法寶。只有用先進的製造技術不斷地改造和提升各產業部門的裝備和生產運行水平，發展現代文明的物質基礎，才能實現對環境友好的可持續發展。
20世紀以來，數控加工技術已經成為金屬切削加工技術的重要發展方向之一。航天航空、汽車船舶、模具製造及高精儀器等對數控切削加工的高需求，推動著數控技術的迅猛發展及廣泛套用。
數位化設計製造的根本是數控技術，數控技術是現代製造業實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎，離開了數控技術，先進制造技術就成了無本之木。數控技術的廣泛套用給機械製造業的生產方式、管理模式帶來深刻的變化，其關聯效益和輻射能力更是難以估計。數控技術及數控裝備已成為關係國家戰略地位和體現國家綜合國力水平的重要基礎性產業，其水平高低是衡量一個國家製造業現代化程度的核心標誌，實現製造裝備及生產過程數位化，已經成為當今製造業的發展方向。
我國數控技術及產業雖然在改革開放以來取得了顯著的成就，但是與已開發國家相比仍然有較大的差距，其原因是多方面的，但最重要的是數控人才的匱乏。目前，隨著數控技術在我國的普及和發展，國內數控工具機用量的劇增，迫切需要培養大量高素質、能力強的數控人才。為此，在本書編寫過程中，作者從高等教育的實際出發，以培養套用型人才為目的，在理論上以“必需、夠用”為度，加強實踐的針對性和技術的實用性，以數控工具機的結構、數控加工工藝及數控編程為主要內容，培養學生的動手能力和創新意識。
本書作為高等工科院校的實訓教材，力求反映數控技術、數控加工工藝、數控編程和數控工具機的基本知識，併兼顧到理論聯繫實際，層次合理，敘述簡練，便於實訓教學。
本書編寫時參閱了很多院校和企業的教材、資料和文獻，部分來源於網路，並得到很多專家和同事的支持和幫助，在此謹致謝意！在本書的出版過程中，得到了蘭州理工大學技術工程學院等單位的大力支持，在此表示誠摯的感謝！
由於編寫時間倉促和水平、經驗所限，書中難免存在缺點和不當之處，敬請廣大讀者批評指正。
編者
2011.10

目錄

第1章數位化設計製造技術概論
1.1數位化設計技術
1.2數位化製造技術
1.3數位化設計製造技術的主要內容
1.4數位化製造技術的未來發展方向
第2章數控加工程式編制基礎
2.1數控編程的基本概念
2.1.1數控加工工作過程
2.1.2數控程式編制的定義
2.1.3數控程式的編制方法
2.1.4數控加工常用術語
2.2數控加工程式的程式段結構和常用編程指令
2.2.1數控加工程式的程式段結構
2.2.2常用編程指令
2.3數控程式編制的內容及步驟
2.3.1加工工藝決策
2.3.2刀位軌跡計算
2.3.3編制或生成加工程式清單
2.3.4程式輸入
2.3.5數控加工程式正確性校驗
2.4編程實例
2.5數控加工過程仿真
第3章計算機輔助工藝設計
3.1CAXA工藝圖表簡介
3.1.1系統特點
3.1.2CAXA工藝圖表的運行
3.1.3系統界面（圖形與工藝）
3.1.4常用術語釋義
3.1.5檔案類型說明
3.1.6常用鍵盤與滑鼠操作
3.2工藝模板定製
3.2.1工藝模板概述
3.2.2繪製卡片模板
3.2.3定製工藝卡片模板
3.2.4定製工藝規程模板
3.3工藝卡片填寫
3.3.1新建與打開工藝檔案
3.3.2單元格填寫
3.3.3行記錄的操作
3.3.4自動生成工序號
3.3.5卡片樹操作
3.3.6卡片間關聯填寫設定
3.3.7與其他軟體的互動使用
3.3.8取消/重複
3.4工藝附圖的繪製
3.4.1利用電子圖板繪圖工具繪製工藝附圖
3.4.2向卡片中添加已有的圖形檔案
3.5高級套用功能
3.5.1卡片借用
3.5.2規程模板管理與更新
3.5.3統計功能及統計卡片的製作
3.5.4工藝規程檢索
3.5.5基於網路的配置
3.6列印
3.6.1繪圖輸出
3.6.2批量列印
3.6.3列印排版
3.7知識庫管理
3.7.1資料庫常用操作
3.7.2系統知識庫
3.7.3自定義知識庫
3.8實例
第4章數控車削加工
4.1數控車工藝分析
4.1.1數控車削加工工件的裝夾及對刀
4.1.2數控車削加工工藝制定
4.1.3零件圖形的數學處理及編程尺寸設定值的確定
4.1.4數控車削加工工藝路線的擬定
4.1.5數控車削加工工序的設計
4.2數控車削的自動編程
4.2.1CAXA數控車用戶界面及主要功能
4.2.2CAXA數控車界面說明
4.2.3CAXA數控車基本操作
4.3CAXA數控車加工的主要內容
4.3.1常用術語
4.3.2刀具庫管理
4.3.3主要加工方法
第5章數控銑削加工
5.1數控銑床加工工藝基礎
5.1.1選擇並確定數控銑削加工部位及工序內容
5.1.2零件圖樣的工藝性分析
5.1.3保證基準統一的原則
5.1.4分析零件的變形情況
5.1.5零件的加工路線
5.1.6數控銑削加工順序的安排
5.1.7常用銑削用量的選擇
5.1.8模具數控加工工藝分析舉例
5.2CAXA製造工程師簡介及運行環境說明
5.2.1CAXA製造工程師視窗界面
5.2.2常用鍵含義
5.2.3檔案的讀入
5.2.4零件的顯示
5.2.5曲線的繪製
5.2.6曲線的編輯
5.2.7幾何變換——平移
5.3CAXA製造工程師CAM系統
5.3.1CAXA製造工程師CAM系統自動編程的基本步驟
5.3.2CAXA製造工程師CAM系統的相關操作及設定
5.3.3粗加工方法
5.3.4精加工方法
5.3.5後置處理
5.4CAXA製造工程師編程實例
5.4.1五角星的造型與加工
5.4.2滑鼠的曲面造型與加工
5.4.3凸輪的造型與加工
第6章數控線切割加工工藝及編程
6.1數控線切割加工概述
6.2數控線切割加工的主要工藝指標及影響因素
6.2.1數控線切割加工的主要工藝指標
6.2.2影響數控線切割加工工藝指標的主要因素
6.3數控線切割加工工藝分析
6.3.1零件圖工藝分析
6.3.2工藝準備
6.3.3工件的裝夾和位置校正
6.3.4加工參數的選擇
6.4數控電火花線切割編程方法
6.4.13B格式編程（無間隙補償程式）
6.4.24B格式編程（有間隙補償程式）
6.4.3ISO格式編程
6.5線切割加工基本操作
第7章數控車床操作實訓
7.1數控車床簡介
7.2數控車床的主要加工對象
7.3數控車床的安全使用常識
7.4CAK63系列數控車床簡介
7.5數控車床控制臺（FANUCOi系統）簡介
7.5.1CAK63數控系統操作面板
7.5.2數控車床操作面板
7.6FANUCOi系統常用功能界面
7.7FANUCOi系統加工程式的編輯
7.8FANUCOi系統車床常用代碼
7.9FANUCOi系統設定工件零點的幾種方法
7.10數控車床的操作
第8章數控銑床操作實訓
8.1數控銑床簡介
8.1.1數控銑床的分類
8.1.2數控銑床的主要結構
8.1.3數控銑床的主要加工對象
8.1.4數控銑床的控制功能
8.2數控銑床的基本操作
8.2.1XK714數控銑床介紹
8.2.2XK714數控銑床基本操作
第9章實訓項目
9.1實訓目的和要求
9.2實訓內容和步驟
9.3進度安排與成績考核
9.4實訓過程中的注意事項
9.5減速箱部件的數控加工實例
9.6二維文字加工實訓
9.7二維外輪廓加工實訓
9.8二維內型腔加工實訓
9.9孔及外輪廓加工實訓
9.10子程式套用實訓
9.11數控銑削綜合訓練
附錄數控加工實訓報告
參考文獻

部分章節

計算機輔助設計製造實訓指導第1章數位化設計製造技術概論第1章數位化設計製造技術概論數位化設計與製造技術是指利用計算機軟硬體及網路環境，實現產品開發全過程的一種技術，即在網路和計算機輔助下通過產品數據模型，全面模擬產品的設計、分析、裝配、製造等過程。數位化設計與製造不僅貫穿於企業生產的全過程，而且涉及企業的設備布置、物流物料、生產計畫、成本分析等多個方面。數位化設計與製造技術的套用可以大大提高企業的產品開發能力、縮短產品研製周期、降低開發成本、實現最佳設計目標和企業間的協作，使企業能在最短時間內組織全球範圍的設計製造資源開發出新產品，大大提高企業的競爭能力。1.1數位化設計技術數位化設計，可以分成“數位化”和“設計”兩部分。數位化就是把各種各樣的信息用二進制的數字來表示，數位化技術起源於二進制數學，在半導體技術和數字電路學的推動下，使得很多複雜的計算可以交給機器或電路來完成。發展到今天，微電子技術更是將我們帶到了數位化領域的前沿。設計就是構想、運籌、計畫和預算，它是人類為了實現某種特定的目的而進行的創造性活動。設計具有多重特徵，同時廣義的設計涵蓋的範圍很大。設計有明顯的藝術特徵，又有科技的特徵和經濟的屬性。從這些角度看，設計幾乎包括了人類能從事的一切創造性工作。設計的另一個定義是指控制並且合理地安排視覺元素、線條、形體、色彩、色調、質感、光線、空間等，涵蓋藝術的表達和結構造型。設計是特殊的藝術，其創造的過程是遵循實用化求美法則的。設計的科技特性，表明了設計總是受到生產技術發展的影響。數位化設計就是數位技術和設計的緊密結合,是以先進設計理論和方法為基礎、以數位技術為工具，實現產品設計全過程中所有對象和活動的數位化表達、處理、存儲、傳遞及控制，其特徵表現為設計的信息化、智慧型化、可視化、集成化和網路化；其主要研究內容包括產品功能數位化分析設計、產品方案數位化設計、產品性能數位化設計、產品結構數位化設計、產品工藝數位化設計；其方法是產品信息系統集成化設計。產品的競爭力主要體現在研發周期、成本、質量和服務等幾個方面。為提高這些方面的競爭力，世界各國知名製造廠商都在大力採用數位化設計製造技術改造企業。如美國通用汽車公司套用數位化設計製造技術後，將新轎車的研發周期由原來的48個月縮短到24個月，碰撞試驗的次數由原來的幾百次降低到幾十次，套用電子商務技術後又將銷售成本降低了10%。美國波音公司以Boeing-777為標誌，建立了世界上第一台全數位化飛機樣機（見圖1-1），這是製造業數位化設計製造技術發展的一個里程碑。其採用產品數位化定義（DPD）、數位化預裝配（DPA）和並行工程（CE）後，達到了設計更改量和返工量比傳統方法減少50%，研製周期縮短50%的顯著效果，最重要的是可以保證飛機從設計、製造到試飛一次成功。美國與英國、土耳其、義大利等八國建立了以項目為龍頭的全球虛擬動態聯盟，充分利用這些國家已有的技術、人力、資金、設備等資源，實現異地設計製造，在加速產品研製和生產方面，取得了巨大的成功，總體上達到了縮短設計周期50%、縮短製造周期66%、降低製造成本50%的良好效果。圖1-1飛機製造業採用的數位化樣機到目前為止，數位化設計技術的發展歷程可以大體上劃分為以下5個階段：（1）CAx工具的廣泛套用。自20世紀50年代開始，各種CAD/CAM工具開始出現並逐步套用到製造業中。這些工具的套用表明製造業已經開始利用現代信息技術來改進傳統的產品設計過程，標誌著數位化設計的開始。（2）並行工程思想的提出與推行。20世紀80年代後期提出的並行工程是一種新的指導產品開發的哲理，是在現代信息技術的支持下對傳統的產品開發方式的一種根本性改進。產品數據管理（productdatamanagement,PDM）技術及DFx（如DFM、DFA等）技術是並行工程思想在產品設計階段的具體體現。（3）虛擬樣機技術的出現。隨著技術的不斷進步，仿真在產品設計過程中的套用變得越來越廣泛而深刻，由原先的局部套用（單領域、單點）逐步擴展到系統套用（多領域、全生命周期）。虛擬樣機技術正是這一發展趨勢的典型代表。虛擬樣機技術是一種基於虛擬樣機的數位化設計方法，是各領域CAx/DFx技術的發展和延伸。虛擬樣機技術進一步融合先進建模/仿真技術、現代信息技術、先進設計製造技術和現代管理技術，將這些技術套用於複雜產品全生命周期、全系統，並對它們進行綜合管理。與傳統產品設計技術相比，虛擬樣機技術強調系統的觀點，涉及產品全生命周期，支持對產品的全方位測試、分析與評估，強調不同領域的虛擬化的協同設計。（4）協同仿真技術。協同仿真技術將面向不同學科的仿真工具結合起來構成統一的仿真系統，可以充分發揮仿真工具各自的優勢，同時還可以加強不同領域開發人員之間的協調與合作。目前HLA規範已經成為協同仿真的重要國際標準，基於HLA的協同仿真技術也將會成為虛擬樣機技術的研究熱點之一。（5）多學科設計最佳化技術（multidisciplinarydesignoptimization,MDO）。複雜產品的設計最佳化問題可能包括多個最佳化目標和分屬不同學科的約束條件。現代的MDO技術為解決學科間的衝突，尋求系統的全局最優解提供了可行的技術途徑。目前MDO技術在國外已經有了許多成功的案例，並出現了相關的商用軟體，典型的如Engineous公司的ISight。國內關於MDO技術的研究和套用也已經展開。巨觀上看，數位化設計的發展歷程正相當於現代信息技術在產品設計領域中的套用由點發展為線，再由線發展為面的過程。仿真的廣泛套用正在成為當前數位化設計技術發展的主要趨勢。隨著虛擬樣機概念的提出，使得仿真技術的套用更加趨於協同化和系統化。開展關於虛擬樣機及其關鍵技術的研究，必將提高企業的自主設計開發能力，推動企業全面的信息化進程。1.2數位化製造技術數位化製造技術是在數位化技術和製造技術融合的背景下，並在虛擬現實、計算機網路、快速原型、資料庫和多媒體等支撐技術的支持下，根據用戶的需求，迅速收集資源信息，對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃和重組，實現對產品設計和功能的仿真以及原型製造，進而快速生產出達到用戶要求性能的產品的整個製造全過程。通俗地說：數位化就是將許多複雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數位化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部，進行統一處理，這就是數位化的基本過程。計算機技術的發展，使人類第一次可以利用極為簡潔的“0”和“1”編碼技術，來實現對一切聲音、文字、圖像和數據的編碼、解碼。各類信息的採集、處理、儲存和傳輸實現了標準化和高速化。數位化製造就是指製造領域的數位化，它是製造技術、計算機技術、網路技術與管理科學的交叉、融合、發展與套用的結果，也是製造企業、製造系統與生產過程、生產系統不斷實現數位化的必然趨勢，其內涵包括三個層面：以設計為中心的數位化製造技術、以控制為中心的數位化製造技術、以管理為中心的數位化製造技術。數位化製造技術的起源主要從以下幾個方面展現出來。（1）NC工具機（數控工具機）的出現。1952年，美國麻省理工學院首先實現了三坐標銑床的數控化，數控裝置採用真空管電路。1955年，第一次實現了數控工具機的批量製造，當時主要是針對直升機的鏇翼等自由曲面的加工。（2）CAM處理系統APT（自動編程工具）的出現。1955年美國麻省理工學院(MIT)伺服機構實驗室公布了自動編程工具(automaticallyprogrammedtools,APT)系統。其中的數控編程主要是發展自動編程技術，這種編程技術是由編程人員將加工部位和加工參數以一種限定格式的語言(自動程式語言)寫成所謂的源程式，然後由專門的軟體轉換成數控程式。（3）加工中心的出現。1958年，美國K&T公司研製出帶自動刀具交換裝置(ATC)的加工中心。同年，美國UT公司首次把銑、鑽等多種工序集中於一台數控銑床中，通過自動換刀方式實現連續加工，成為世界上第一台加工中心。（4）CAD（計算機輔助設計）軟體的出現。1963年，美國出現了商品化的計算機繪圖設備，進行CAD二維繪圖。20世紀70年代，出現了三維的CAD表現造型系統，中期出現了實體造型。（5）FMS（柔性製造系統）系統的出現。1967年，美國實現了多台數控工具機連線而成的可調加工系統，即最初的FMS（flexiblemanufacturingsystem）。（6）CAD/CAM（計算機輔助設計/計算機輔助製造）的融合。進入20世紀70年代，CAD、CAM開始走向共同發展的道路。由於CAD與CAM所採用的數據結構不同，在CAD/CAM技術發展初期，開發人員的主要工作是開發數據接口，溝通CAD和CAM之間的信息流。不同的CAD、CAM系統都有自己的數據格式規定，都要開發相應的接口，不利於CAD/CAM系統的發展。在這種背景下，美國波音公司和GE公司於1980年制定了數據交換規範(initiagraphicsexchangespecifications，IGES)，從而實現CAD/CAM的融合。（7）CIMS（計算機集成製造系統）的出現和套用。20世紀80年代中期，出現計算機集成製造系統（computerintegratedmanufacturingsystem,CIMS），波音公司成功地將CIMS套用于飛機設計、製造、管理，將原需8年的定型生產縮短至3年。（8）CAD/CAM軟體的空前繁榮。20世紀80年代末期至今，CAD/CAM一體化三維軟體大量出現，如：CADAM，CATIA，UG，I-DEAS，Pro/Engineering，ACIS，MasterCAM等，並套用到機械、航空、航天、汽車、造船等領域。1.3數位化設計製造技術的主要內容數位化設計及製造技術已經越來越多地套用在數控加工領域,CAD/CAM軟體技術也在飛速發展,出現了很多的軟體產品,這些產品根據自身的開發檔次及其適用度,被廣泛套用在不同加工場合,大大節省了設計製造的時間周期,並在一定程度上提高了製造精度和開發速度。數位化設計與製造技術集成了現代設計製造過程中的多項先進技術，包括三維建模、裝配分析、最佳化設計、系統集成、產品信息管理、虛擬設計與製造、多媒體和網路通信等，是一項多學科的綜合技術，其涉及的主要內容包括以下幾種。1.CAD/CAE/CAPP/CAM/PDMCAD/CAE/CAPP/CAM分別是計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助工藝規劃和計算機輔助製造的英文縮寫，它們是製造業信息化中數位化設計與製造技術的核心，是實現計算機輔助產品開發的主要工具。PDM技術集成並管理與產品有關的信息、過程及人與組織，實現分布環境中的數據共享，為異構計算機環境提供了集成套用平台，從而支持CAD/CAPP/CAM/CAE系統過程的實現。1）CAD——計算機輔助設計CAD在早期是英文computeraideddrawing(計算機輔助繪圖)的縮寫，隨著計算機軟、硬體技術的發展，人們逐步認識到單純使用計算機繪圖還不能稱為計算機輔助設計。真正的設計是整個產品的設計，它包括產品的構思、功能設計、結構分析、加工製造等，二維工程圖設計只是產品設計中的一小部分。於是CAD的縮寫由computeraideddrawing改為computeraideddesign，CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是協助創建、修改、分析和最佳化的設計技術。2）CAE——計算機輔助工程分析CAE(computeraidedengineering)通常指有限元分析和機構的運動學及動力學分析。有限元分析可完成力學分析(線性、非線性、靜態、動態)、場分析(熱場、電場、磁場等)、頻率回響和結構最佳化等。機構分析能完成機構內零部件的位移、速度、加速度和力的計算以及機構的運動模擬和機構參數的最佳化。3）CAPP——計算機輔助工藝規劃世界上最早研究CAPP（computeraidedprocessplanning）的國家是挪威，始於1966年，1969年正式推出世界上第一個CAPP系統AutoPros，並於1973年正式推出商品化AutoPros系統。美國是20世紀60年代末開始研究CAPP的，並於1976年由CAM-I公司推出頗具影響力的CAPP-I?sAutomatedProcessPlanning系統。4）CAM——計算機輔助製造CAM（computeraidedmanufacture）是計算機輔助製造的縮寫，它能根據CAD模型自動生成零件加工的數控代碼，對加工過程進行動態模擬，同時完成在實現加工時的干涉和碰撞檢查。CAM系統和數位化裝備結合可以實現無紙化生產，為計算機集成製造系統（CIMS）的實現奠定基礎。CAM中最核心的技術是數控技術。通常零件結構採用空間直角坐標系中的點、線、面的數字量表示，CAM就是用數控工具機按數字量控制刀具運動，完成零件加工。5）CAD/CAM集成系統隨著CAD/CAM技術和計算機技術的發展,人們不再滿足於這兩者的獨立發展,從而出現了CAM和CAD的組合,即將兩者集成(一體化),以適應設計與製造自動化的要求,特別是近年來出現的計算機集成製造系統的要求。這種一體化結合可使在CAD中設計生成的零件信息自動轉換成CAM所需要的輸入信息，防止信息數據的丟失。產品設計、工藝規程設計和產品加工製造集成於一個系統中，提高了生產效率。CAD/CAM集成系統是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC（生產計畫與控制）等各種功能不同的軟體有機地結合起來，用統一的執行控制程式來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統內部信息流的暢通並協調各個系統有效地運行。國內外大量的經驗表明，CAD系統的效益往往不是從其本身，而是通過CAM和PPC系統體現出來的；反過來，CAM系統假如沒有CAD系統的支持，花巨資引進的設備往往很難有效地得到利用；PPC系統假如沒有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及時和準確的數據作為計畫的依據，訂出的計畫也較難貫徹執行，所謂的生產計畫和控制將得不到實際效益。因此，人們著手將CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系統有機地、統一地集成在一起，從而消除“自動化孤島”，取得最佳的效益。6）PDM——產品資料庫管理隨著CAD技術的推廣，原有技術管理系統難以滿足要求。在採用計算機輔助設計以前，產品的設計、工藝和經營管理過程中涉及的各類圖紙、技術文檔、工藝卡片、生產單、更改單、採購單、成本核算單和材料清單等均由人工編寫、審批、歸類、分發和存檔，所有的資料均通過技術資料室進行統一管理。自從採用計算機技術之後，上述與產品有關的信息都變成了電子信息。簡單地採用計算機技術模擬原來人工管理資料的方法往往不能從根本上解決先進的設計製造手段與落後的資料管理之間的矛盾。要解決這個矛盾，必須採用PDM技術。PDM（產品數據管理）是從管理CAD/CAM系統的高度上誕生的先進的計算機管理系統軟體。它管理的是產品整個生命周期內的全部數據。工程技術人員根據市場需求設計的產品圖紙和編寫的工藝文檔僅僅是產品數據中的一部分。PDM系統除了要管理上述數據外，還要對相關的市場需求、分析、設計與製造過程中的全部更改歷程、用戶使用說明及售後服務等數據進行統一有效的管理。2.ERP——企業資源計畫企業資源計畫（enterpriseresourceplanning,ERP）系統，是指建立在信息技術基礎上，對企業的所有資源（物流、資金流、信息流、人力資源）進行整合集成管理，採用信息化手段實現企業供銷鏈管理，從而達到對供應鏈上的每一環節實現科學管理。ERP系統集中信息技術與先進的管理思想於一身，成為現代企業的運行模式，反映時代對企業合理調配資源，最大化地創造社會財富的要求，成為企業在資訊時代生存、發展的基石。在企業中，一般的管理主要包括三方面的內容：生產控制（計畫、製造）、物流管理（分銷、採購、庫存管理）和財務管理（會計核算、財務管理）。3.RE——逆向工程技術逆向工程技術（reverseengineering,RE）對實物作快速測量，並反求為可被3D軟體接受的數據模型，快速創建數位化模型（CAD），進而對樣品作修改和詳細設計，達到快速開發新產品的目的。4.RP——快速原型快速原型（rapidprototyping，RP）技術是20世紀90年代發展起來的，被認為是近年來製造技術領域的一次重大突破，其對製造業的影響可與數控技術的出現相媲美。RP系統綜合了機械工程、CAD、數控技術、雷射技術及材料科學技術，可以自動、直接、快速、精確地將設計思想物化為具有一定功能的原型或直接製造零件，從而可以對產品設計進行快速評價、修改及功能試驗，有效地縮短了產品的研發周期。5.異地、協同設計異地、協同設計是指在網際網路/企業內部網的環境中，進行產品定義與建模、產品分析與設計、產品數據管理及產品數據交換等。異地、協同設計系統在網路設計環境下為多人、異地實施產品協同開發提供支持工具。6.基於知識的設計將產品設計過程中需要用到的各類知識、資源和工具融到基於知識的設計（或CAD）系統之中，支持產品的設計過程，是實現產品創新開發的重要工具。設計知識包括產品設計原理、設計經驗、既有設計示例和設計手冊/設計標準/設計規範等，設計資源包括材料、標準件、既有零部件和工藝裝備等資源。7.虛擬設計、虛擬製造綜合利用建模、分析、仿真以及虛擬現實等技術和工具，在網路支持下，採用群組協同工作，通過模型來模擬和預估產品功能、性能、可裝配性、可加工性等各方面可能存在的問題，實現產品設計、製造的本質過程，包括產品的設計、工藝規劃、加工製造、性能分析、質量檢驗，並進行過程管理與控制等。8.概念設計、工業設計概念設計是設計過程的早期階段，其目標是獲得產品的基本形式或形狀。廣義的概念設計應包括從產品的需求分析到詳細設計之前的全部設計過程，如功能設計、原理設計、形狀設計、布局設計和初步的結構設計。從工業設計角度看，概念設計是指在產品的功能和原理基本確定的情況下，產品外觀造型的設計過程，主要包括布局設計、形狀設計和人機工程設計。計算機輔助概念設計和工業設計以知識為核心，實現形態、色彩、宜人性等方面的設計，將計算機與設計人員的創造性思維、審美能力和綜合分析能力相結合，是實現產品創新的重要手段。9.綠色設計綠色設計是指面向環保的設計（designforenvironment,DFE），包括支持資源和能源的最佳化利用、污染的防止和處理、資源的回收再利用和廢棄物處理等諸多環節的設計，是支持綠色產品開發、實現產品綠色製造、促進企業和社會可持續發展的重要工具。10.並行設計並行設計是以並行工程模式替代傳統的串列式產品開發模式，使得在產品開發的早期階段就能很好地考慮後續活動的需求，以提高產品開發的一次成功率。數位化設計與製造技術中各組成部分作為獨立的系統，已在生產中得到了廣泛的套用，這些套用不僅大大提高了產品設計的效率、更新了傳統的設計思想、降低了產品的成本、增強了企業及其產品在市場上的競爭力，還在企業新的設計和生產技術管理體制建設中起到了很大作用。數位化設計與製造技術已成為企業保持競爭優勢，實現產品創新開發、進行企業間協作的重要手段。1.4數位化製造技術的未來發展方向（1）利用基於網路的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技術，實現產品全數位化設計與製造。在CAD/CAM套用過程中，利用產品數據管理（PDM）技術實現並行工程，可以極大地提高產品開發的效率和質量。企業通過PDM可以進行產品功能配置，利用系列件、標準件、借用件、外購件以減少重複設計。在PDM環境下進行產品設計和製造，通過CAD/CAE/CAPP/CAM等模組的集成，實現產品無圖紙設計和全數位化製造。（2）CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術與企業資源計畫、供應鏈管理、客戶關係管理相結合，形成製造企業信息化的總體構架。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術主要用於實現產品的設計、工藝和製造過程及其管理的數位化；企業資源計畫（ERP）是以實現企業產、供、銷、人、財、物的管理為目標；供應鏈管理（supplychainmanagement,SCM）用於實現企業內部與上游企業之間的物流管理；客戶關係管理（customerrelationshipmanagement,CRM）可以幫助企業建立、挖掘和改善與客戶之間的關係。上述技術的集成，可以整合企業的管理，建立從企業的供應決策到企業內部技術、工藝、製造和管理部門，再到用戶之間的信息集成，實現企業與外界的信息流、物流和資金流的順暢傳遞，從而有效地提高企業的市場反應速度和產品開發速度，確保企業在競爭中取得優勢。（3）虛擬設計、虛擬製造、虛擬企業、動態企業聯盟、敏捷製造、網路製造以及製造全球化，將成為數位化設計與製造技術發展的重要方向。虛擬設計、虛擬製造技術以計算機支持的仿真技術為前提，形成虛擬的環境、虛擬設計與製造過程、虛擬的產品、虛擬的企業，從而大大縮短產品開發周期，提高產品設計開發的一次成功率。特別是網路技術的高速發展，企業通過國際網際網路、區域網路和內部網，組建動態聯盟企業，進行異地設計、異地製造，然後在最接近用戶的生產基地製造成產品。（4）以提高對市場快速反應能力為目標的製造技術將得到超速發展和套用。瞬息萬變的市場促使交貨期成為競爭力諸多因素中的首要因素。為此，許多與此有關的新觀念、新技術在21世紀將得到迅速的發展和套用。其中有代表性的是：並行工程技術、模組化設計技術、快速原型技術、快速資源重組技術、大規模遠程定製技術、客戶化生產方式等。（5）製造工藝、設備和工具的柔性和可重構性將成為企業裝備的顯著特點。先進的製造工藝、智慧型化軟體和柔性的自動化設備、柔性的發展戰略構成未來企業競爭的軟、硬體資源；個性化需求和不確定的市場環境，要求克服設備資源沉澱造成的成本升高風險，製造資源的柔性和可重構性將成為21世紀企業裝備的顯著特點。將數位化技術用於製造過程，可大大提高製造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高產品生產過程的質量和效率，增強工業產品的市場競爭力。現代產品開發設計要求有效地組織多學科的產品開發隊伍，充分利用各種計算機輔助技術和工具，並充分考慮產品設計開發的全過程，從而縮短產品開發周期、降低成本、提高產品質量，生產出滿足用戶需要的產品。第2章數控加工程式編制基礎第2章數控加工程式編制基礎數控加工程式編制是目前數位化設計製造技術中最能明顯發揮效益的環節之一，其在實現設計加工自動化、提高加工精度和加工質量、縮短產品研製周期等方面發揮著重要作用。2.1數控編程的基本概念數控編程是從零件圖紙到獲得數控加工程式的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點（cutterlocationpoint）。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點，多軸加工中還要給出刀軸矢量。編制數控加工程式是使用數控工具機的一項重要技術工作，理想的數控程式不僅應該保證加工出符合零件圖樣要求的合格零件，還應該使數控工具機的功能得到合理的套用與充分的發揮，使數控工具機能安全、可靠、高效地工作。2.1.1數控加工工作過程利用數控工具機完成零件數控加工的過程如圖2-1所示。圖2-1數控加工過程在數控工具機上加工零件時，要預先根據零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數和走刀運動數據，然後編制加工程式，傳輸給數控系統，在事先存入數控裝置內部的控制軟體支持下，經處理與計算，發出相應的進給運動指令信號，通過伺服系統使工具機按預定的軌跡運動，進行零件的加工。因此，在數控工具機上加工零件時，首先要編寫零件加工程式清單，稱為數控加工程式，該程式用數字代碼來描述被加工零件的工藝過程、零件尺寸和工藝參數（如主軸轉速、進給速度等），將該程式輸入數控工具機的NC系統，控制工具機的運動與輔助動作，完成零件的加工。數控工具機是按照事先編制好的數控程式自動地對工件進行加工的高效自動化設備。理想的數控程式不僅應該保證能加工出符合圖樣要求的合格工件，還應該使數控工具機的功能得到合理的套用與充分發揮，以使數控工具機能安全、可靠、高效地工作。由此可見，數控編程是數控加工的重要步驟。2.1.2數控程式編制的定義在程式編制之前，編程人員應首先充分了解所套用數控工具機的規格、性能、數控系統所具備的功能及編程指令格式等要求；在程式編制時，需要先對零件圖樣規定的技術要求、幾何形狀、尺寸及工藝要求進行分析，確定加工方法及加工路線，並進行數值計算，從而獲得刀位點的位置數據；之後，按數控工具機規定採用的程式代碼和程式格式，將工件的尺寸、刀位點的走刀路線和位移量、切削要素（主軸轉速、切削進給量、背吃刀量等）以及輔助功能（換刀、主軸的正反轉、切削液的開或關等）編製成數控加工程式。數控程式編制，即根據被加工零件的圖紙和技術要求、工藝要求等切削加工的必要信息，按數控系統所規定的指令和格式編製成加工程式檔案，這個過程稱為零件數控加工程式編制，簡稱數控編程。2.1.3數控程式的編制方法數控加工程式的編制方法主要有兩種，即手工編程和自動編程。1.手工編程手工編程主要由人工來完成數控編程中各個階段的工作，當被加工零件形狀不十分複雜和程式較短時，都可以採用手工編程，手工編程的過程如圖2-2所示。圖2-2手工編程過程手工編程是指編制零件數控加工程式的各個步驟，即從零件圖紙分析、工藝決策、確定加工路線和工藝參數、計算刀位軌跡坐標數據、編寫零件的數控加工程式單直至程式的檢驗，均由人工來完成。對於點位加工或幾何形狀不太複雜的零件，所需要的加工程式不長，計算也比較簡單，出錯機會較少，這時用手工編程既經濟又及時，因而手工編程仍被廣泛地套用於形狀簡單的點位加工及平面輪廓加工中。對於輪廓形狀不是由簡單的直線、圓弧組成的複雜零件，特別是空間複雜曲面零件，數值計算則相當繁瑣，工作量大，容易出錯，且很難校對，採用手工編程是難以完成的。

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