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1、目录,返回,了解: CAD、CAE、CAM的基本概念、发展历程和特点以及CAD、CAE、CAM系统的功能； 熟悉: CAD/CAE/CAM技术在材料成形中的应用 及其发展趋势； 重点: 学习和掌握CAD/CAE/CAM系统的功能特点及在材料成形中的应用。,本章教学要求,1.1 CAD/CAE/CAM技术的发展 1.2 CAD/CAE/CAM系统的功能 1.3 CAD/CAE/CAM技术在材料成形中的应用 1.4 CAD/CAE/CAM技术展望,目录,返回,1.1 CAD/CAE/CAM技术的发展1.1.1 CAD技术的发展 1.1.2 CAE技术的发展1.1.3 CAM技术的发展1.1.4 C
2、AD/CAE/CAM技术的集成,目录,返回,1.1.1 CAD技术的发展1. 初始准备阶段(20世纪50年代)2. 研制试验阶段(20世纪60年代至70年代)3. 技术商品化阶段(20世纪70年代末至80年代中期)4. 高速发展阶段(20世纪80年代中期至90年代初期)5. 全面普及阶段(20世纪90年代至今),目录,返回,1. 初始准备阶段1950年，在美国麻省理工学院(MIT)的旋风号(Whirlwind )计算机上配置了第一台图形显示器。1958年美国Calcomp公司研制了滚筒式绘图仪，GerBer公司研制了平板绘图仪。 1959年12月，在MIT召开的CAD规划会议上，明确提出了CA
3、D的概念。,目录,返回,2. 研制试验阶段1960年，美国MIT林肯实验室的博士研究生Ivan Sutherland发表的博士论文“Sketchpad人机交互的图形系统” 。1964年秋IBM公司着手开发交互图形终端的第一代产品IBM 2250。从60年代末起，出现最早的CAD/CAM系统(DAC-I汽车计算机辅助设计系统、CADAM、CADD)。,目录,返回,3. 技术商品化阶段在此阶段，CAD技术开始实用化，出现曲线及曲面问题。1977年，法国达索飞机公司成立的一个开发部门，开发出了三维曲面造型系统CATIA。1979年，SDRC公司推出了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CA
4、E软件I-DEAS。这一阶段的CAD/CAM系统经历了从传统三维线框系统及二维绘图系统到三维实体造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析和仿真的集成应用。,目录,返回,4. 高速发展阶段1982年4月，John Walker创立了Autodesk公司，Autodesk公司是CAD发展史上的一个成功经典。 1985年，Keith Bentley成立了Bentley Systems公司，开发了基于PC的CAD系统Micro Station。同年，Micro Control公司成立，推出第一个基于PC的三维CAD产品Cad key。1985年，PTC公司成立，开始研制参数化设计软件Pro/E
5、NGINEER。,目录,返回,5. 全面普及阶段 到1997年，全球CAD/CAM市场前5位的排名是：PTC、Dassault Systemes、EDS/Unigraphics、SDRC和Autodesk。 如今，国际上面向制造业的CAD产品已经被兼并成四大谱系：IBM/Dassault、EDS/Unigraphics、PTC和Autodesk。,目录,返回,1.1.1 CAD技术的发展(2)相对于CAD技术在世界范围内的蓬勃发展，国内研究起步较晚。20世纪70年代初，企业和高校联合开始研究计算几何的数学理论、工程图的绘制方法及布局、布线的算法。 “八五”期间，全国重点工科院校基本上进行了CA
6、D的基础教育 “九五”期间，“甩图板”工程启动，让众多的中国企业认识到了使用CAD的必要性 “十五”期间，制订了“用信息化带动工业自动化”的指导方针，提倡大力发展CAD/CAE/CAM的集成技术 “十一五”期间，重点是信息化、正版化工作,目录,返回,1.1.2 CAE技术的发展计算机辅助工程(CAE)泛指包括分析、计算和仿真在内的一 切研发活动。1. CAE的起源2. CAE的发展,目录,返回,1. CAE的起源CAE的理论基础起源于20世纪40年代。 1943年数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解St.Venant扭转问题，提出了有限元的概念。
7、 19631964年Besseling、Melos和Jones等人证明了有限元法是基于变分原理的里兹法的另一种形式，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。 近20年来，有限元法的应用范围不断扩大，已由简单的弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题。,目录,返回,2. CAE的发展 20世纪60年代，世界三大CAE软件公司MSC、SDRC和ANSYS先后成立，并开始研发大型通用CAE软件。 20世纪7080年代是CAE技术的蓬勃发展时期，这一期间许多CAE软件公司相继成立(MARC、MDI、CSAR、ADIND) 20世纪90年代是C
8、AE技术的成熟壮大时期。CAD技术的发展为CAE的推广应用打下了坚实的基础。同时，CAE软件也在积极扩展本身的功能。,目录,返回,1.1.3 CAM技术的发展数控机床的诞生 数控编程的自动化 集中加工的实现 机器人的出现柔性制造系统的研制 图形编程系统的应用,目录,返回,1.1.4 CAD/CAE/CAM技术的集成随着CAD、CAE、CAM技术的飞速发展，CAD、CAE、CAM技术的集成成为必然发展趋势。 西方发达国家一直处于领跑地位。UG、Pro/ENGINEER、CADDS、C-Mold、DEFORM、MF、Euclid-IS及MAGMA SOFT等都已商品化，得到了广泛应用。 我国也有一
9、批从事CAD/CAE/CAM集成技术研究和应用的科技人才。CAXA系统、注塑模HSC系统及CAE软件、冷冲模CAD系统等等，能够为企业提供产品设计、三维造型、成形工艺分析与模具设计、NC编程等全方位的技术支持。,目录,返回,1.2 CAD/CAE/CAM系统的功能1.2.1 CAD系统的功能1.2.2 CAE系统的功能1.2.3 CAM系统的功能1.2.4 CAD/CAE/CAM系统的集成,目录,返回,1.2.1 CAD系统的功能造型功能优化功能 综合评价功能 信息交换功能,目录,返回,1.2.2 CAE系统的功能建模工程分析 有限元分析 机构分析 公差分析 模拟仿真,目录,返回,1.2.3
10、CAM系统的功能常用CAM软件有MasterCAM、UG、SurfCAM等。,目录,返回,1.2.4 CAD/CAE/CAM系统的集成利用CAD进行产品的几何实体建模，为CAE所用；利用CAE对产品的几何实体模型进行各种分析优化，其间根据CAE计算结果，不断利用CAD修改几何实体模型，最终确定出符合性能、经济性等方面要求的最优化的合格产品；利用CAD输出产品的三维图形、工程图纸等，并保存所有产品数据信息为CAM所用；利用CAM完成产品生产制造所必需的工艺设计、NC编程等工作以及实际制造工作。 目前，CAD/CAE/CAM集成系统以计算机及周边设备和系统软件为基础，包含了二维绘图、三维造型、有限
11、元分析及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟、制造过程控制及产品数据管理等功能。,目录,返回,1.3 CAD/CAE/CAM技术在材料成形中的应用材料成形技术(Materials Processing Technology)涉及工业生产的各个方面，主要包括塑性加工、铸造、焊接、热处理及表面改性、粉末冶金等单元或复合成形技术，在国民经济中占有重要地位。将CAD/CAE/CAM技术应用到材料成形领域，可以提高材料成形的设计水平、缩短产品生产周期、降低制造成本，对促进经济发展有着重要的意义。1.3.1 材料成形CAD/CAE/CAM1.3.2 材料成形CAD/CAE/CAM实例,目录,返回,1
12、.3.1 材料成形CAD/CAE/CAM塑性成形CAD/CAE/CAM注射成型CAD/CAE/CAM 铸造成形CAD/CAE/CAM 焊接成形CAD/CAE/CAM,目录,返回,塑性成形CAD/CAE/CAM塑性成形CAD 塑性成形CAE 塑性成形CAM 2. 注射成型CAD/CAE/CAM注塑模CAD/CAM 注塑模CAE,目录,返回,3. 铸造成形CAD/CAE/CAM铸造成形CAD 铸造成形CAE 铸造成形CAM 4. 焊接成形CAD/CAE/CAM焊接CAD 焊接CAE 焊接CAM,目录,返回,1.3.2 材料成形CAD/CAE/CAM实例1. 挤出模具简介2. 挤出模CAD/CAE/
13、CAM,目录,返回,1. 挤出模具简介,目录,返回,图1.1 口模结构简图 1-口模 2-口模 3过渡板 4-汇流板 5-分流板 6-分流板 7-连接头 8-加热圈 9-加热板 10-型芯 11-镶件,2. 挤出模CAD/CAE/CAM基于Internet的挤出模CAD/CAE/CAM系统流程图如图1.2所示。下面举例：某公司通过Internet定制开发设计某一型材，经过客户确认，接着由ERP下达任务，开发设计人员使用主流CAD软件进行初步方案设计、型腔设计、结构设计，进行试装配，检查各模板、型芯、镶件等零件有无干涉，型腔是否平滑过渡。用CAE分析软件对所需模具进行流道分析计算，进一步完善的CAD图，再经过审核、批准，便可投入生产。其流道CAE分析过程图如图1.3所示。,目录,返回,2. 挤出模CAD/CAE/CAM(2)对经过审核、批准的CAD图，由工艺设计人员从ERP系统中导入所需的来自技术部门的模具零部件名称，根据ERP模具档次及局域网PED图纸要求在ERP中进行工艺设计，再借助CAD软件设计工艺图，CAM中心就可以有计划地按CAD图、ERP工艺要求制订模具制造工艺路线图和加工模具零件。图1.4所示为模具制造工艺路线。,目录,返回,1.4 CAD/CAE/CAM技术展望标准化 网络化 开放性 集成化 可视化 绿色化,目录,返回,
