模具CADCAM

1-1模具CAD/CAM的基本概念模具CAD/CAM现阶段应该指广义的计算机技术在模具设计与制造中的应用，一般包括计算机辅助设计[CAD]、计算机辅助工程分析[CAE]、计算机辅助制造[CAM]、计算机辅助工艺过程设计[CAPP]、产品数据管理系统[PDM]等内容。计算机辅助工程分析是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，从而及早发现设计缺陷，是实现模具优化的主要支持模块。计算机辅助工艺过程设计是指根据产品设计阶段给出的信息，人机交互或自动地完成产品加工方法的选择和工艺过程的设计。产品数据管理系统是以软件、计算机网络、数据库、分布式计算等技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源的一体化集成管理的技术。1-2模具CAD/CAM系统的组成一个完善的CAD/CAM系统应具有的7大功能：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。模具CAD/CAM系统的运行环境由硬件、软件和人三大部分组成。硬件主要包括计算机及其外围设备，广义上讲硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床等。硬件是CAD/CAM系统运行的基础。软件是CAD/CAM系统的核心，包括系统软件、支撑软件和应用软件等。模具CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络设备和自动化生产装备等组成。由专门的输入及输出设备来处理图形的交互输入与输出问题，是CAD/CAM系统与一般计算机系统的明显区别。根据CAD/CAM系统的运行环境，所用计算机的类型、规模和性能等级，可归纳为主机系统、小型成套系统、分布式工程工作站系统和微型机系统四种配置形式。主机是CAD/CAM系统的硬件核心，主要由中央处理器[CPU]和内存储器[简称内存]组成。CPU包括控制器和运算器。控制器按照从内存中取出的指令指挥和协调整个计算机的工作，运算器负责执行程序指令所要求的数值计算和逻辑运算。内存储器是CPU可以直接访问的存储单元，用来存放常驻的控制程序、用户指令、数据及运算结果。衡量主机性能的指标主要有两项：CPU性能和内存容量。外存储器简称外存，用来存放暂时不用或等待调用的程序、数据等信息。外存储器的特点是容量大。常见的有磁带、磁盘[软盘、硬盘]和光盘、移动硬盘、U盘。输入设备是指通过人机交互作用将各种外部数据转换成计算机能识别的电子脉冲信号的装置，主要分为键盘输入类、指点输入类、图形输入类、图像输入类、语音输入类等。输出设备是将计算机处理后的数据转换成用户所需形式的装置。常用的输出设备包括显示输出、打印输出、绘图输出、影像输出、语音输出。网络互联设备包括网络适配器、中继器、集线器、网桥、路由器、网关及调制解调器等装置，通过传输介质连接到网络上以实现资源共享。网络的连接方式即拓扑结构可分为星形、总线形、树形、环形以及星形和环形的组合等形式。测量设备包括万能量具、样板、三坐标测量仪、激光扫锚仪等。CAD/CAM系统的软件可分为系统软件、支撑软件和应用软件。系统软件主要包括操作系统、编程语言系统和网络通信及其管理软件。支撑软件一般具有较好的数据交换性能、软件集成性能和二次开发性能。根据支撑软件的功能可分为功能单一型和功能集成型软件。功能单一型支撑软件只提供CAD/CAM系统中某些典型过程的功能，如交互式绘图软件、三维几何建模软件、工程计算及分析软件、数控编程软件、数据库管理系统等。功能集成型软件提供了设计、分析、造型、数控编程以及加工控制等综合功能模块。第一章1、简述CAD/CAE/CAM的基本概念CAD/CAM：计算机辅助设计与制造是指利用计算机软、硬件系统来生成和运用各种数字信息和图像信息，辅助人们对产品或工程进行总体设计和自动加工的一种综合性技术。CAE：计算机辅助工程分析，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，从而及早发现设计缺陷，是实现模具优化的主要支持模块。2、简述CAD/CAE/CAM硬件系统组成模具CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络设备和自动化生产设备等组成。3、简述国内外常用的CAD/CAE/CAM软件的作用和应用领域交互式绘图软件：主要以交互方式完成二维工程图样的生成和绘制，具有图形的编辑、变换、存储、显示控制、尺寸标注等功能，如AUTOCAD、CAXA电子图板等三维几何建模软件：解决零部件结构设计问题，为用户提供完整准确的描述和显示三维几何形状的方法和工具，如SOLIDWORKS、MDT、SOLIDEDGE等工程计算与分析软件，如ANSYS、、Dynaform、Deform、Moldflow、SAP、ADINA、AutoForm、Indeed、Pam-stamp、Optris、Isopunch、MARC、NASTRAN、ADAMS等数控编程软件：一般具有刀具定义、工艺参数的设定、刀具轨迹的自动生成、后置处理及切削加工模拟等功能。Climatron、MasterCAM、SmartCAM、SurfCAM及CAXA制造工程师等功能集成型软件：Pro/E：包括70多个专用功能模块，如实体模型、特征建模、装配建模、曲面建模、工程图制作、模具设计、NC数控加工、逆向工程、有限元分析、产品数据管理等UG：优势是三维曲面、实体建模和数控编程功能。I-DEAS：是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件，其动态引导器帮助用户以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。CATIA：主要应用于机械制造、工程设计和电子行业。在三维复杂曲面建模及其加工编程方面极具优势。4、简述CAD/CAE/CAM的发展历程CAD技术的发展过程1、20世纪50年代后期至70年代初期，此阶段为初级阶段——线框造型技术。2、20世纪70年代初期至80年代初期，此阶段是第一次CAD技术革命——曲面（表面）造型技术3、20世纪80年代初期至80年代中期，此阶段是第二次CAD技术革命——实体造型阶段4、20世纪80年代中期至90年代初期，此阶段是第三次CAD技术革命——参数化技术5、20世纪90年代中期至今，此阶段是第四次CAD技术革命——变量化技术CAE技术的发展过程1、20世纪60-70年代处于探索阶段，有限元技术主要针对结构分析问题进行发展，以解决航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度及模拟实验和分析。2、20世纪70-80年代是CAE技术蓬勃发展时期，分析软件的开发主要集中在计算精度、硬度及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用及磁盘空间的利用上。3、20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件向各CAD软件的专用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。目前，CAE软件系统的一个特点是与通用CAD软件的集成使用。CAM技术发展过程1、1952年美国麻省理工学院（MIT）首次试制成功了数控铣床，随后MIT研制开发了自动编程语言（APT），标志着CAM技术的开端。2、1966年以后出现了采用通用计算机直接控制多台数控机床DNC系统以及英国莫林公司研制的由计算机集中控制的自动化制造系统。3、20世纪70年代，美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统（FMS），将CAD/CAM技术推向了新的阶段。4、20世纪80年代，CAD与CAM相结合，形成了CAD/CAM集成技术，导致了新理论、新算法的大量涌现。5、简单列举5-8种模具加工机床模具加工机床：1、三坐标抄数机；2、车床；3、铣床；4、磨床；5、电火花机床；6、线切割机床；7、模具成型注塑机；6、简述模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势1、逐步提高CAD/CAE系统的智能化程度2、研究模具的运动仿真技术，即冲模的冲压过程与注射模的运动仿真。3、协同创新设计将成为模具设计的主要方向。4、基于网络的模具CAD/CAE集成化系统将深入发展。5、模具CAD/CAM技术应用的ASP模式将成为发展方向。第二章1、三维几何建模系统可以分为几种不同层次的建模类型，其特点分别是什么？三维几何建模系统可以分为三种不同层次的建模类型，即线框建模、曲面建模、实体建模。线框建模的特点：结构简单，易于理解，数据存储量少，操作灵活，反应速度快，是进一步进行曲面建模和实体建模的基础。曲面建模是在线框建模的数据基础上，增加可形成立体面的各相关数据。为逆向工程的CAD建模提供了基础。实体建模提供了对物体完整的几何和拓扑定义，可以对模型进行质量、质量、惯性矩等实际物理量的计算，也可以进行实体与实体间的相交、消隐、明暗、渲染等处理。2、试就计算机内部表示三维实体模型的方法常见的几种模式做简单介绍？边界表示法〔B-Reps〕：把物体定义为封闭的边界表面围成的有限空间。构造立体几何法〔CSG〕：在计算机内部不是通过边界平面和边界线来定义实体，而是通过基本体素及它们的几何逻辑运算如交、并、差集表示，即通过三种形式的布尔运算生成新的几何形体。混合模式，它是一个系统采用了不同形式的表达方法，由两种不同的数据结构组成，以便互相补充或应用于不同的目的。空间单元表示法，通过一系列空间单元构成的图形来表示物体的一种方法。要求有大量的存储空间。半空间法，一个平面半空间可通过一个无限平面和法向向量来定义。空间单元模型的计算机内部表示常用四叉树和八叉树，四叉树描述二维物体，八叉树描述三维物体。3、CSG法与B-Reps法各有何优缺点？CSG法优点：1、输入图形数据可以直接利用；2、图形数据完整，容易设计事后编辑；3、实体的表现较精确。缺点：1、图形数据较多，输入比较麻烦；2、因输入条件多，在CAD中相关功能操作复杂。B-Reps法优点：1、几何形状不易产生错误；2、图形数据结构紧凑，输入较快；3、处理速度较快。缺点：1、必须按指定的要求进行几何图形的逻辑运算，操作步骤较多；2、缺少相关的图形数据，在执行布尔运算后，事后修改不容易；3、实体表现不精确；4、易导致图形文件容量增大。4、找一个实际零件，试用CSG表示法分析它由哪些基本体素构成？基本方法：将一些基本的立体组件图形，如立方体、长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体等，相互重叠放置在一起，然后剪去或拟合重复的部分布尔运算：交集、并集、差集即可。5、计算机辅助数控编程技术的发展大约经历了几个阶段？1、数控语言自动编程；2、图形自动编程系统；3、CAD/CAM集成数控编程系统6、数控铣削常用的刀具有哪此？加工参数包括哪些内容？常用的刀具有平刀、圆鼻刀、球刀三种。刀具加工参数包括切削速度、进给量、背吃刀量、和切削深度7、零件图样分析包括哪些内容？1、检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷。2、分析尺寸公差、表面粗造度要求。3、形状和位置公差要求。8、数控编程的典型流程是什么？1、分析零件图样和工艺要求；2、自动编程；3、编写加工程序单；4、程序检验；5、传输NC程序到机床加工。2．1CAD/CAM建模技术参数化和变量化设计的基础是尺寸驱动的几何模型。参数化造型主要使用关联性约束来定义和修改几何模型，约束包括尺寸约束、拓扑约束和工程约束参数化设计步骤：1、建立几何拓扑模型；2、进行参数化定义；3、推导参数表达式；4、编制程序将以上参数化模型编入计算机程序。模块化设计：在对产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列相对通用的功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同功能或性能、不同规格的产品2．2计算机辅助数控加工广义CAM指利用计算机辅助完成从原材料到产品全部制造过程，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生成控制、质量控制等。狭义CAM指计算机辅助制造部分，即数控加工NC，输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹和数控程序。数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程，主要任务是计算加工走刀中的刀位点CL点，刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢