第一章-材料加工CADCAECAM技术基础-课件.ppt
材料加工CAD/CAE/CAM技术基础计算机在材料工程中的应用,1,熟悉CAD/CAE/CAM的基本概念和基本组成，了解其发展动向。掌握CAD/CAE/CAM技术的基本原理和基本方法，以及在材料成型加工领域中的应用实例。基本达到能运用CAD/CAE/CAM软件进行工程设计、分析与制造加工。,学习本门课的要求,2,学时安排课堂教学16-20软件实践4-8学习方法 课堂教学与实验教学（软件实践）相结合，辅之以自学成绩考核考试60%其他40%推荐参考教材 材料加工CAD/CAE/CAM技术基础，陈立亮，机械工业出版社，2012；CAD/CAE/CAM技术与应用，王定标等，化学工业出版社，2005；CAD/CAM原理与应用，蔡颍等，机械工业出版社，1998；,3,应用范围航空航天工业,4,应用范围建筑行业,5,应用范围汽车工业,6,应用范围各个领域,7,第一章 CAD/CAE/CAM 概述,CAD/CAE/CAM基本概念CAD/CAE/CAM系统集成材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM系统选择原则CAD/CAE/CAM发展趋势,8,1.1.1 计算机辅助设计 CAD（Computer Aided Design）CAD是以计算机为主要研究手段来辅助设计者完成某项工作的设计、计算、分析、评价、优化等信息处理的综合性高新技术。CAD是20世纪60年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术，从开始只完成一些计算和绘图以及数控加工，发展到辅助工程设计，模拟加工过程和CAD/CAE/CAM一体化。,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,9,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,CAD主要研究内容造型技术 即图形处理，是CAD技术的基础，用以表达设计方案，从二维到三维。如曲面造型、实体造型、特征造型、特征化造型、参数化设计等。优化分析 在设计的同时进行分析、优化所设计的方案，使设计达到最优。如：结构应力应变计算优化（强度计算）；传热和流动分析（模具冷却系统、挤出定型模优化设计、热流道浇注系统的热平衡计算、运用流动分析优化模具成型方案）；求解系统的动态性能。e.g.三维造型软件（PRO/E、UG和I-DEAS）和专用软件（HSC、Z-MOLD）在CAD系统中引入“并行工程”的思想，已成为发展趋势。,10,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,综合评价 对完成的设计方案进行校核和评价，包括：尺寸校核；外观分析；碰撞（干涉）试验（e.g.新型液压系统的设计、装配、运动过程）；内部结构剖析（内应力、温度分析、翘曲）和加工中的缺陷预测（e.g.熔体充模状态、气穴位置、挤出模中的熔体流速、吹塑加工中的吹破）信息交换 CAD之间、CAD与CAM之间、CAD与CAE之间、CAD与CAPP之间、CAD与RPM之间以及通过internet进行远程、异地的信息沟通与资源共享。它基于数据交换标准，如IGES、STEP、SAT等；CAD技术应研究如何更合理、更高效、更准确地交换数据。,11,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,1.1.2 计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）含义 又称模拟仿真技术，主要通过构造准确描述研究对象的某一过程或者属性的数学模型；利用合适的求解方式，设置合理的边界条件和初始条件，得到研究对象的某一过程或属性的求解结果，进而预测可能产生的问题和发展趋势，提出科学、合理的对策、建议和方法。,12,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,CAE主要研究内容有限元分析FEM（Finite Element Method）对产品结构的静态特征、动态特征、强度、振动、热变形、磁场强度、流场等进行分析和研究，改进产品设计、优化工艺方案。,13,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,V=50 km/h Mass=1100 Kg,模锻过程,旋轧过程,疲劳分析,14,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,模拟仿真 通过建模、求解、分析，模拟实际过程。常见模拟仿真方法：有限差分法FDM、边界元法BEM求解工程设计。,铸件在砂型中冷却时的温度变化仿真,15,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,优化设计 是进行方案优化的基本功能 三维运动机构的分析和仿真 对机构的运动参数、运动轨迹、干涉校核进行研究，提供直观的、可以仿真或交互的设计技术。,16,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,1.1.3 计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）,零件数控铣仿真,是对制造过程进行设计、管理和控制。包括工艺设计、数控编程和机器人编程等。,17,1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念,1.1.4 CAD/CAE/CAM系统的组成,软件系统,系统软件,应用软件,支撑软件,18,1.2 CAD/CAE/CAM 系统集成,19,1.3 材料加工CAD/CAE/CAM,1.3.1 主要研究内容 铸造成形CAD/CAE/CAMCAD：铸造工艺、工装（模具/模板）CAE：有限分析的模拟优化技术CAM：铸造工装的数控加工成型 塑性成形CAD/CAE/CAMCAD：冷冲模、冲裁模、弯曲模、拉深模及锻造模设计CAE：利用有限元对塑性成形的应力、应变进行模拟，预测应力集中、开裂、变形等缺陷；CAM：利用数控、电火花等快速制造塑性成形模具。,20,1.3 材料加工CAD/CAE/CAM,焊接成型CAD/CAE/CAMCAD：排料设计、焊接材料选择、保护气体选择、焊接工艺制定等CAE：分析焊接过程的传热、应力、焊接熔池内的流动及微观组织等，优化焊接工艺CAM：控制数控机进行切割和焊接 注射成型CAD/CAE/CAMCAD：产品图与模具型腔图的尺寸转换、标准模架与典型结构的生成、模具零件图与总装图的生成等CAE：预测注射成型流动及保压阶段的压力场、温度场、应力应变场和凝固层的生成，流道的分析、优化等CAM：研究注射模具的数控加工,21,1.3 材料加工CAD/CAE/CAM,1.3.2 材料加工CAD/CAE/CAM的集成 集成系统的工作顺序,图1-1 集成结构图,22,1.3 材料加工CAD/CAE/CAM,集成系统优点大幅度缩短产品开发周期最大限度保障产品质量显著降低产品开发成本有效整合了各种资源,23,1.3 材料加工CAD/CAE/CAM,集成系统应用实例,模具设计-工艺优化-产品制造,升液-充型-增/保段-静置-开模,低压铸造轮毂材质：A356 模具材料：H13（4Cr5MoSiV1）,24,1.4 CAD/CAE/CAM系统选择原则,CAD/CAE/CAM系统硬件选择不仅要适应CAD/CAE/CAM技术发展水平，而且要满足它服务的对象，应以使用目的和用户所具有的条件（包括经费、人员技术水平等）为前提，以制造商提供的性能指标为依据，以性能价格比及其适用程度为基本出发点，综合考虑各方面因素加以决策，具体应考虑以下几个方面：,系统功能系统的开放性和可移植性系统升级扩展能力系统的可靠性、可维护性与服务质量,25,1.4 CAD/CAE/CAM系统选择原则,CAD/CAM系统的软件选择原则软件性能价格比与硬件匹配二次开发环境开放性软件商的综合能力,26,1.5 CAD/CAE/CAM发展趋势,高度集成化 智能化 网络化和协同化 绿色化,27,
