第一章-材料加工CADCAECAM技術基礎-課件

材料加工CAD/CAE/CAM技術基礎《計算機在材料工程中的應用》1熟悉CAD/CAE/CAM的基本概念和基本組成，了解其發(fā)展動向。掌握CAD/CAE/CAM技術的基本原理和基本方法，以及在材料成型加工領域中的應用實例?；具_到能運用CAD/CAE/CAM軟件進行工程設計、分析與制造加工。學習本門課的要求2學時安排課堂教學 16-20軟件實踐 4-8學習方法

課堂教學與實驗教學（軟件實踐）相結合，輔之以自學成績考核考試 60%其他 40%推薦參考教材

材料加工CAD/CAE/CAM技術基礎，陳立亮，機械工業(yè)出版社，2012；

CAD/CAE/CAM技術與應用，王定標等，化學工業(yè)出版社，2005；CAD/CAM原理與應用，蔡潁等，機械工業(yè)出版社，1998；3應用范圍——航空航天工業(yè)4應用范圍——建筑行業(yè)5應用范圍——汽車工業(yè)6應用范圍——各個領域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81.1.1計算機輔助設計CAD（ComputerAidedDesign）

CAD是以計算機為主要研究手段來輔助設計者完成某項工作的設計、計算、分析、評價、優(yōu)化等信息處理的綜合性高新技術。

CAD是20世紀60年代以來迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性計算機應用技術，從開始只完成一些計算和繪圖以及數(shù)控加工，發(fā)展到輔助工程設計，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主要研究內(nèi)容造型技術即圖形處理，是CAD技術的基礎，用以表達設計方案，從二維到三維。如曲面造型、實體造型、特征造型、特征化造型、參數(shù)化設計等。優(yōu)化分析在設計的同時進行分析、優(yōu)化所設計的方案，使設計達到最優(yōu)。如：結構應力應變計算優(yōu)化（強度計算）；傳熱和流動分析（模具冷卻系統(tǒng)、擠出定型模優(yōu)化設計、熱流道澆注系統(tǒng)的熱平衡計算、運用流動分析優(yōu)化模具成型方案）；求解系統(tǒng)的動態(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。101.1CAD/CAE/CAM基本概念綜合評價對完成的設計方案進行校核和評價，包括：尺寸校核；外觀分析；碰撞（干涉）試驗（e.g.新型液壓系統(tǒng)的設計、裝配、運動過程）；內(nèi)部結構剖析（內(nèi)應力、溫度分析、翹曲）和加工中的缺陷預測（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進行遠程、異地的信息溝通與資源共享。它基于數(shù)據(jù)交換標準，如IGES、STEP、SAT等；CAD技術應研究如何更合理、更高效、更準確地交換數(shù)據(jù)。111.1CAD/CAE/CAM基本概念1.1.2計算機輔助工程CAE（ComputerAidedEngineering）含義又稱模擬仿真技術，主要通過構造準確描述研究對象的某一過程或者屬性的數(shù)學模型；利用合適的求解方式，設置合理的邊界條件和初始條件，得到研究對象的某一過程或?qū)傩缘那蠼饨Y果，進而預測可能產(chǎn)生的問題和發(fā)展趨勢，提出科學、合理的對策、建議和方法。121.1CAD/CAE/CAM基本概念CAE主要研究內(nèi)容有限元分析FEM（FiniteElementMethod）對產(chǎn)品結構的靜態(tài)特征、動態(tài)特征、強度、振動、熱變形、磁場強度、流場等進行分析和研究，改進產(chǎn)品設計、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求解工程設計。鑄件在砂型中冷卻時的溫度變化仿真151.1CAD/CAE/CAM基本概念

優(yōu)化設計

是進行方案優(yōu)化的基本功能三維運動機構的分析和仿真對機構的運動參數(shù)、運動軌跡、干涉校核進行研究，提供直觀的、可以仿真或交互的設計技術。裝配關系仿真161.1CAD/CAE/CAM基本概念1.1.3計算機輔助制造CAM（ComputerAidedManufacturing）零件數(shù)控銑仿真

是對制造過程進行設計、管理和控制。包括工藝設計、數(shù)控編程和機器人編程等。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)技術優(yōu)化設計方案零件信息改進零件結構NC指令設計任務書用戶需求產(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主要研究內(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、拉深模及鍛造模設計CAE：利用有限元對塑性成形的應力、應變進行模擬，預測應力集中、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：排料設計、焊接材料選擇、保護氣體選擇、焊接工藝制定等CAE：分析焊接過程的傳熱、應力、焊接熔池內(nèi)的流動及微觀組織等，優(yōu)化焊接工藝CAM：控制數(shù)控機進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、標準模架與典型結構的生成、模具零件圖與總裝圖的生成等CAE：預測注射成型流動及保壓階段的壓力場、溫度場、應力應變場和凝固層的生成，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集成結構圖22圖1-2鋁合金車輪結構設計1.3材料加工CAD/CAE/CAM

集成系統(tǒng)優(yōu)點大幅度縮短產(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)應用實例模具設計-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CAD/CAE/CAM技術發(fā)展水平，而且要滿足它服務的對象，應以使用目的和用戶所具有的條件（包括經(jīng)費、人員技術水平等）為前提，以制造商提供的性能指標為依據(jù)，以性能價格比及其適用程度為基本出發(fā)點，綜合考慮各方面因素加以決策，具體應考慮以下幾個方面：