材料加工CADCAECAM技术基础课件.pptx

1、12022年4月18日22022年4月18日熟悉熟悉CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的基本概念和基本组成，了解其发展的基本概念和基本组成，了解其发展动向。动向。掌握掌握CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM技术的基本原理和基本方法，以及在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。材料成型加工领域中的应用实例。基本达到能运用基本达到能运用CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM软件进行工程设计、分析软件进行工程设计、分析与制造加工。与制造加工。学习本门课的要求32022年4月18日学时安排学时安排课堂教学课堂教学16-2016-20软件实践软件实践4-8

2、4-8学习方法学习方法 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成绩考核考试考试60%60%其他其他40%40%推荐参考教材推荐参考教材 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM技术基础，陈立亮，机械工业出版社，技术基础，陈立亮，机械工业出版社，20122012； CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM技术与应用，王定标等，化学工业出版社，技术与应用，王定标等，化学工业出版社，20052005； CAD/CAM CAD/CAM原理与应用，蔡颍等，机械工业出版社，原理与应用，蔡颍等，机械工业出版社，1998

3、1998；42022年4月18日应用范围航空航天工业航空航天工业52022年4月18日应用范围建筑行业建筑行业62022年4月18日应用范围汽车工业汽车工业72022年4月18日应用范围各个领域各个领域82022年4月18日第一章第一章 CAD/CAE/CAM u CAD/CAE/CAM基本概念基本概念u CAD/CAE/CAM系统集成系统集成u 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMu CAD/CAE/CAM系统选择原则系统选择原则u CAD/CAE/CAM发展趋势发展趋势92022年4月18日1.1.1 计算机辅助设计计算机辅助设计 CAD（Computer Aided Design） C

4、ADCAD是以计算机为主要研究手段来辅助设计者完成某项工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。新技术。 CADCAD是是2020世纪世纪6060年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合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，模拟加工过程和加工，发展到辅助工程设计，模拟加工过程和CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM一体化。一体化。1.1 CAD/CA

5、E/CAM 基本概念基本概念102022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM CADCAD主要研究内容主要研究内容造型技术造型技术 即图形处理，是即图形处理，是CADCAD技术的基础，用以表达设计方案，从二技术的基础，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、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。参数化设计等。优化分析优化分析 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。最优。 如：结构应力应变计算优化（强度计算）；传热和流动如：结构应力应变计算优化（强度计算）；

6、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。的动态性能。e.g.e.g.三维造型软件（三维造型软件（PRO/EPRO/E、UGUG和和I-DEASI-DEAS）和专用）和专用软件（软件（HSCHSC、Z-MOLDZ-MOLD）在）在CADCAD系统中引入系统中引入“并行工程并行工程”的思想，的思想，已成为发展趋势。已成为发展趋势。112022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念基本概念综

7、合评价综合评价 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（观分析；碰撞（干涉）试验（e.g.新型液压系统的设计、装配、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（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）熔体流速、吹塑加工中的吹破）信息交换信息交换 CAD之间、之间、CAD与与CAM之间、之间、CAD与与CAE之间、之间、 CA

8、D与与CAPP之间、之间、CAD与与RPM之间以及通过之间以及通过internet进行远程、异地进行远程、异地的信息沟通与资源共享。它基于数据交换标准，如的信息沟通与资源共享。它基于数据交换标准，如IGES、STEP、SAT等；等；CAD技术应研究如何更合理、更高效、更准确技术应研究如何更合理、更高效、更准确地交换数据。地交换数据。122022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念基本概念1.1.2 计算机辅助工程计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）含义）含义 又称模拟仿真技术，主要通过构造准确描述研究对又称模拟仿真技术，主要通过构造准确描

9、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。和发展趋势，提出科学、合理的对策、建议和方法。132022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念基本概念CAE主要研究内容主要研究内容有限元分析有限元分析FEM（Finite Element Method） 对产品结构的静态特征、动态特征、强度

10、、振动、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。设计、优化工艺方案。142022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 基本概念基本概念V = 50 km/h Mass=1100 Kg模锻过程模锻过程旋轧过程旋轧过程疲劳分析疲劳分析152022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 模拟仿真模拟仿真 通过建模、求通过建模、求解、分析，模拟解、分析，模拟实际过程。常见实际过程。常见铸件在砂型中冷却时的温度变化仿真铸件在砂型中冷却时的温度变化仿真162022年4月18日1

11、.1 CAD/CAE/CAM 装装配配关关系系仿仿真真172022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 1.1.3 计算机辅助制造计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）零件数控铣仿真零件数控铣仿真 是对制造过程进行设计、管理和控制。包括工艺设计、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。数控编程和机器人编程等。182022年4月18日1.1 CAD/CAE/CAM 1.1.4 CAD/CAE/CAM系统的组成系统的组成软软件件系系统统系统软件系统软件 应用软件应用软件 支撑软件支撑软件 192022年4月18日1.2

12、 CAD/CAE/CAM CAD工程数据库管理系统CAECAM专家系统技术优化设计方案零件信息改进零件结构NC指令设计任务书用户需求产品模型CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM系统功能模型图系统功能模型图202022年4月18日1.3 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM1.3.1 主要研究内容主要研究内容 铸造成形铸造成形CAD/CAE/CAM CAD：铸造工艺铸造工艺、工装（模具、工装（模具/模板）模板） CAE：有限分析的模拟优化技术：有限分析的模拟优化技术 CAM：铸造工装的数控加工成型：铸造工装的数控加工成型 塑性成形塑性成形CAD/CAE/CAM CAD：冷冲模、冲裁模、

13、弯曲模、拉深模及锻造模设计：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、：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；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。：利用数控、电火花等快速制造塑性成形模具。212022年4月18日1.3 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM 焊接成型焊接成型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：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

14、观组织等，：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，优化焊接工艺优化焊接工艺CAM：控制数控机进行切割和焊接：控制数控机进行切割和焊接 注射成型注射成型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：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：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：研究注射模具的数控

15、加工222022年4月18日1.3 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM1.3.2 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM的集成的集成 集成系统的工作顺序集成系统的工作顺序图图1-1 集成结构图集成结构图232022年4月18日图图1-2铝合金车轮结构设计铝合金车轮结构设计1.3 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM 集成系统优点集成系统优点大幅度缩短产品开发周期大幅度缩短产品开发周期最大限度保障产品质量最大限度保障产品质量显著降低产品开发成本显著降低产品开发成本有效整合了各种资源有效整合了各种资源242022年4月18日1.3 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM 集成系统应用实例集成

16、系统应用实例模具设计模具设计 - 工艺优化工艺优化 - 产品制造产品制造升液升液 - 充型充型 - 增增/保段保段 - 静置静置 - 开模开模低压铸造轮毂材质：A356 模具材料：H13（4Cr5MoSiV1）252022年4月18日1.4 CAD/CAE/CAM系统选择原则系统选择原则 CAD/CAE/CAM系统系统硬件选择硬件选择不仅要适应不仅要适应CAD/CAE/CAM技术技术发展水平，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，以制造商提供有的条件（包括经费、人员技术水平等）为前提，以

17、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，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：综合考虑各方面因素加以决策，具体应考虑以下几个方面：系统功能系统功能系统的开放性和可移植性系统的开放性和可移植性系统升级扩展能力系统升级扩展能力系统的可靠性、可维护性与服务质量系统的可靠性、可维护性与服务质量262022年4月18日1.4 CAD/CAE/CAM系统选择原则系统选择原则CAD/CAM系统的系统的软件选择软件选择原则原则软件性能价格比软件性能价格比与硬件匹配与硬件匹配二次开发环境二次开发环境开放性开放性软件商的综合能力软件商的综合能力272022年4月18日1.5 CAD/CAE/CAM发展趋势发展趋势 高度集成化高度集成化 智能化智能化 网络化和协同化网络化和协同化 绿色化绿色化