第一章-材料加工CADCAECAM技術(shù)基礎(chǔ)-課件

材料加工CAD/CAE/CAM技術(shù)基礎(chǔ)《計(jì)算機(jī)在材料工程中的應(yīng)用》1熟悉CAD/CAE/CAM的基本概念和基本組成，了解其發(fā)展動(dòng)向。掌握CAD/CAE/CAM技術(shù)的基本原理和基本方法，以及在材料成型加工領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)例?；具_(dá)到能運(yùn)用CAD/CAE/CAM軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、分析與制造加工。學(xué)習(xí)本門課的要求2學(xué)時(shí)安排課堂教學(xué) 16-20軟件實(shí)踐 4-8學(xué)習(xí)方法

課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)（軟件實(shí)踐）相結(jié)合，輔之以自學(xué)成績(jī)考核考試 60%其他 40%推薦參考教材

材料加工CAD/CAE/CAM技術(shù)基礎(chǔ)，陳立亮，機(jī)械工業(yè)出版社，2012；

CAD/CAE/CAM技術(shù)與應(yīng)用，王定標(biāo)等，化學(xué)工業(yè)出版社，2005；CAD/CAM原理與應(yīng)用，蔡潁等，機(jī)械工業(yè)出版社，1998；3應(yīng)用范圍——航空航天工業(yè)4應(yīng)用范圍——建筑行業(yè)5應(yīng)用范圍——汽車工業(yè)6應(yīng)用范圍——各個(gè)領(lǐng)域7第一章CAD/CAE/CAM概述CAD/CAE/CAM基本概念CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM系統(tǒng)選擇原則CAD/CAE/CAM發(fā)展趨勢(shì)81.1.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（ComputerAidedDesign）

CAD是以計(jì)算機(jī)為主要研究手段來輔助設(shè)計(jì)者完成某項(xiàng)工作的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、評(píng)價(jià)、優(yōu)化等信息處理的綜合性高新技術(shù)。

CAD是20世紀(jì)60年代以來迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，從開始只完成一些計(jì)算和繪圖以及數(shù)控加工，發(fā)展到輔助工程設(shè)計(jì)，模擬加工過程和CAD/CAE/CAM一體化。1.1CAD/CAE/CAM基本概念91.1CAD/CAE/CAM基本概念CAD主要研究?jī)?nèi)容造型技術(shù)即圖形處理，是CAD技術(shù)的基礎(chǔ)，用以表達(dá)設(shè)計(jì)方案，從二維到三維。如曲面造型、實(shí)體造型、特征造型、特征化造型、參數(shù)化設(shè)計(jì)等。優(yōu)化分析在設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行分析、優(yōu)化所設(shè)計(jì)的方案，使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。如：結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算優(yōu)化（強(qiáng)度計(jì)算）；傳熱和流動(dòng)分析（模具冷卻系統(tǒng)、擠出定型模優(yōu)化設(shè)計(jì)、熱流道澆注系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算、運(yùn)用流動(dòng)分析優(yōu)化模具成型方案）；求解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。e.g.三維造型軟件（PRO/E、UG和I-DEAS）和專用軟件（HSC、Z-MOLD…）在CAD系統(tǒng)中引入“并行工程”的思想，已成為發(fā)展趨勢(shì)。101.1CAD/CAE/CAM基本概念綜合評(píng)價(jià)對(duì)完成的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校核和評(píng)價(jià)，包括：尺寸校核；外觀分析；碰撞（干涉）試驗(yàn)（e.g.新型液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、裝配、運(yùn)動(dòng)過程）；內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析（內(nèi)應(yīng)力、溫度分析、翹曲）和加工中的缺陷預(yù)測(cè)（e.g.熔體充模狀態(tài)、氣穴位置、擠出模中的熔體流速、吹塑加工中的吹破）信息交換

CAD之間、CAD與CAM之間、CAD與CAE之間、CAD與CAPP之間、CAD與RPM之間以及通過internet進(jìn)行遠(yuǎn)程、異地的信息溝通與資源共享。它基于數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IGES、STEP、SAT等；CAD技術(shù)應(yīng)研究如何更合理、更高效、更準(zhǔn)確地交換數(shù)據(jù)。111.1CAD/CAE/CAM基本概念1.1.2計(jì)算機(jī)輔助工程CAE（ComputerAidedEngineering）含義又稱模擬仿真技術(shù)，主要通過構(gòu)造準(zhǔn)確描述研究對(duì)象的某一過程或者屬性的數(shù)學(xué)模型；利用合適的求解方式，設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，得到研究對(duì)象的某一過程或?qū)傩缘那蠼饨Y(jié)果，進(jìn)而預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的問題和發(fā)展趨勢(shì)，提出科學(xué)、合理的對(duì)策、建議和方法。121.1CAD/CAE/CAM基本概念CAE主要研究?jī)?nèi)容有限元分析FEM（FiniteElementMethod）對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特征、動(dòng)態(tài)特征、強(qiáng)度、振動(dòng)、熱變形、磁場(chǎng)強(qiáng)度、流場(chǎng)等進(jìn)行分析和研究，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝方案。131.1CAD/CAE/CAM基本概念V=50km/hMass=1100Kg模鍛過程旋軋過程疲勞分析141.1CAD/CAE/CAM基本概念模擬仿真

通過建模、求解、分析，模擬實(shí)際過程。常見模擬仿真方法：有限差分法FDM、邊界元法BEM求解工程設(shè)計(jì)。鑄件在砂型中冷卻時(shí)的溫度變化仿真151.1CAD/CAE/CAM基本概念

優(yōu)化設(shè)計(jì)

是進(jìn)行方案優(yōu)化的基本功能三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析和仿真對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)軌跡、干涉校核進(jìn)行研究，提供直觀的、可以仿真或交互的設(shè)計(jì)技術(shù)。裝配關(guān)系仿真161.1CAD/CAE/CAM基本概念1.1.3計(jì)算機(jī)輔助制造CAM（ComputerAidedManufacturing）零件數(shù)控銑仿真

是對(duì)制造過程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理和控制。包括工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和機(jī)器人編程等。171.1CAD/CAE/CAM基本概念1.1.4CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的組成軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件

支撐軟件

181.2CAD/CAE/CAM系統(tǒng)集成CAD工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)CAECAM專家系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案零件信息改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)NC指令設(shè)計(jì)任務(wù)書用戶需求產(chǎn)品模型CAD/CAE/CAM系統(tǒng)功能模型圖191.3材料加工CAD/CAE/CAM1.3.1主要研究?jī)?nèi)容鑄造成形CAD/CAE/CAMCAD：鑄造工藝、工裝（模具/模板）CAE：有限分析的模擬優(yōu)化技術(shù)CAM：鑄造工裝的數(shù)控加工成型塑性成形CAD/CAE/CAMCAD：冷沖模、沖裁模、彎曲模、拉深模及鍛造模設(shè)計(jì)CAE：利用有限元對(duì)塑性成形的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)應(yīng)力集中、開裂、變形等缺陷；CAM：利用數(shù)控、電火花等快速制造塑性成形模具。201.3材料加工CAD/CAE/CAM

焊接成型CAD/CAE/CAMCAD：排料設(shè)計(jì)、焊接材料選擇、保護(hù)氣體選擇、焊接工藝制定等CAE：分析焊接過程的傳熱、應(yīng)力、焊接熔池內(nèi)的流動(dòng)及微觀組織等，優(yōu)化焊接工藝CAM：控制數(shù)控機(jī)進(jìn)行切割和焊接注射成型CAD/CAE/CAMCAD：產(chǎn)品圖與模具型腔圖的尺寸轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)模架與典型結(jié)構(gòu)的生成、模具零件圖與總裝圖的生成等CAE：預(yù)測(cè)注射成型流動(dòng)及保壓階段的壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和凝固層的生成，流道的分析、優(yōu)化等CAM：研究注射模具的數(shù)控加工211.3材料加工CAD/CAE/CAM1.3.2材料加工CAD/CAE/CAM的集成集成系統(tǒng)的工作順序圖1-1集成結(jié)構(gòu)圖22圖1-2鋁合金車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3材料加工CAD/CAE/CAM

集成系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期最大限度保障產(chǎn)品質(zhì)量顯著降低產(chǎn)品開發(fā)成本有效整合了各種資源231.3材料加工CAD/CAE/CAM

集成系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例模具設(shè)計(jì)-工藝優(yōu)化-產(chǎn)品制造升液-充型-增/保段-靜置-開模低壓鑄造輪轂材質(zhì)：A356模具材料：H13（4Cr5MoSiV1）241.4CAD/CAE/CAM系統(tǒng)選擇原則CAD/CAE/CAM系統(tǒng)硬件選擇不僅要適應(yīng)CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展水平，而且要滿足它服務(wù)的對(duì)象，應(yīng)以使用目的和用戶所具有的條件（包括經(jīng)費(fèi)、人員技術(shù)水平等）為前提，以制造商提供的性能指標(biāo)為依據(jù)，以性能價(jià)格比及其適用程度為基本出發(fā)點(diǎn)，綜合考慮各方面因素加以決策，具體應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：