《压铸模CAD CAE CAM 教学课件 ppt 作者 于彦东 第2章 模具CADCAECAM基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压铸模CAD CAE CAM 教学课件 ppt 作者 于彦东 第2章 模具CADCAECAM基础（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 模具CAD/CAE/CAM基础,2.1 模具CAD/CAE/CAM概述 2.2 模具CAD/CAE/CAM系统构成 2.3 图形处理技术 2.4 数据处理技术 2.5 数值模拟理论基础 2.6 模具CAD/CAE/CAM数据交换技术 2.7 思考题,2.1 模具CAD/CAE/CAM概述,2.1.1 CAD/CAE/CAM技术定义 1.CAD技术 CAD技术是由计算机帮助工程设计人员进行设计，可以服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织、化工等产品的总体设计、造型设计、结构设计等环节。利用CAD软件把设计人员的创造思维、综合判断力与计算机强大的记忆、数值计算、信息检索等能力有机结合，完成产品
2、的设计计算、几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图等工作。为了实现这些功能，一个完整的CAD系统有科学计算，图形系统和工程数据库三部分组成，其中科学计算包括结构参数计算、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等；图形系统则包括几何造型 、自动绘图、动态仿真等；工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据 、图形、文档等进行存储和管理。,2.CAE技术 CAE是指求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形式简单的子区域，
3、即将一个连续体简化为有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点的场变量值。实际结构的物理性能可以用通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来代替对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。CAE技术可以对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。,3.CAM技术 CAM技术是用计算机辅助完成产品制造过程的统称，有狭义CAM和广义CAM。狭义CAM主要指产品的数控加工（Num
4、erical Control，NC),它的输入信息是零件的工艺路线和工序內容，输出信息是加工时刀具的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。广义CAM主要指利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等，还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。 CAM技术包括：刀具种类、特性和材料库的建立，切削加工工艺参数的确定；粗、精加工刀具轨迹的优化规划和NC的令的产生；过切检查与加工表面的精度控制；加工过程的仿真等。,2.1.2 模具CAD/CAE/CAM发展现状 1.模具CAD/CAE/CAM技术发展历程 我国虽然很早就开始制造和使用模具，但是长期以
5、来未形成高技术含量的产业。直到20世纪80年代后期，随着科技的进步，模具工业才驶入快速发展的轨道。 国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代，到70年代已经研制出了模具CAD/CAM的专门系统，推出了面向中小型企业的CAD/CAM的商业软件，可应用于各种类型的模具设计和制造。,2.模具CAD/CAE/CAM技术主要内容 1）设计制造一体化系统集成框架的开发研究，目标是开发一个先进的集成 平台，支持各种应用系统的开发运行。 2) 新一代三维几何设计系统的开发研究，使该系统具有强有力的几何造型和工程绘图功能。 3) 35轴的数控编程系统的开发研究，使其具有智能的图形交互式多坐标编程系统，
6、达到工程化、实用化的水平。 开发针对制造工艺的计算机辅助模拟系统，在给定的的工程参数下，该 系统能分析其工艺过程，动态显示仿真效果。 5) 产品有限元分析前后置处理技术的研究，在CAD系统的基础上，按STEP标准自动建立有限元模型，动态显示受力和变形情况。 6) 数据库技术与数据交换技术和接口的开发研究，实现产品数据的描述、交换、共享、集成、存档等管理目标。 7) 模具装配加工及有限元分析工程模拟，用数值分析的方法对模具的受力和变形进行计算，从而为优化模具结构、改善受力条件提供科学依据。,3.模具CAD/CAE/CAM技术发展趋势 1） 模具软件功能集成化。 2） 模具设计、分析及制造的三维化
7、。 3） 模具软件的智能化趋势。 4）模具软件应用的网络化趋势。 5）并行工程技术在模具中应用。 6）模具高速测量及其逆向工程技术。,2.1.3 模具CAD/CAE/CAM技术的应用效果 模具制造中采用CAD/CAE/CAM后，对于可能取得的技术经济效益，使用过CAD/CAE/CAM系统或正在使用此技术的人们的体会不尽相同，但其效果可以概括为以下几方面： 1.缩短模具生产周期 2.提高模具设计水平 3.提高模具的制造质量 4.提高标准化程度 5.提高人的创造性,2.2 模具CAD/CAE/CAM系统构成,2.1.2 硬件的组成 1.主机 主机是模具CAD/CAE/CAM系统硬件的核心，主要由中
8、央处理器 ,内存储器 （也称内存）及I/O接口组成。 2.外部存储器 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。 3.图形终端输入/输出设备 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。 4.网络互联设备 包括网络适配器（也称网卡）、中继器、集线器、网桥、路由器、网关及 调制解调器等装置，通过传输介质联接到网络上以实现资源共享。,2.2.2 软件的组成 模具CAD/CAE/CAM系统的软件可分为系统软件、支撑软件和应用软件三个层次。,2.3 图形处理技术,2.3.1 图形变换 1.二维图形变换 （1）平移变换 xOy平面上的点P（x
9、，y）在其坐标方向上增加平移量Tx和Ty，可变换至新位置（x , y）。平移变换的关系式为： x=x+Tx y=y+Ty 平移使图形相对于原坐标系由一个位置移动至另一个位置，而图形本身不发生变化。,（2）比例变换 若点的x，y坐标分别乘以Sx和Sy，可得到新的点，如图2-4所示。这种变换称为比例变换，Sx和Sy为两坐标方向上的比例系数。比例变换的关系式为 x = xSx y = ySy,(a)原来的点 (b)新的点 图2-4 图形的比例变换,（3）旋转变换 图形绕坐标原点旋转某一角度生成变换后的图形，这种变换称为旋转变换。设点P（x，y）绕原点O顺时针方向旋转角后达到P（x，y），如图2-7所
10、示为三角形绕坐标原点顺时针旋转45的变换情况。,(a)变换前 (b)变换后 图2-7 图形的旋转变换,（1）齐次坐标 对点向量x y和x y引入第三分量，使它们成为x y 1和x y1。位置向量x y 1和x y 1中的第三元素1，可看做一个附加坐标，即平面上的一个点（二维向量）用3个坐标（三维向量）来表示。这种用三维向量表示二维向量，或用n+1维向量表示n维向量的方法称为齐次坐标表示法。在齐次坐标表示法中，n维向量的变换是在n+1维空间内实现的。在n+1维齐次空间中的一个向量可看做一个n维空间中的向量多了一个比例因子H。通常笛卡儿坐标系中的二维点x y的齐次表达式是Hx Hy H，其中H 0
11、。于是，给出点的齐次表达式X Y H，就可以得到而为笛卡儿坐标，即：,（2）变换矩阵 如果点的位置向量用齐次坐标表示，那么平移变换矩阵、比例变换矩阵和旋转变换矩阵将分别采用如下形式。 平移变换矩阵 比例变换矩阵 旋转变换矩阵,（3）变换的级联 图形除了需要进行以上所讨论的一些简单变换外，通常需要进行更复杂的变换。例如，图形绕任意点旋转，可以通过3个简单变换来实现，即平移旋转平移。一系列的简单变换（变换顺序）可以通过级联组合成一个变换。在对变换序列进行级联时，顺序问题十分重要。 级联的目的是将一个变换顺序表示成一个变换。假设点P经过n次变换T1,T2,T3, Tn，则总的变换结果为 P = P
12、T1 T2 Tn-1 Tn = PT 所以，总的变换矩阵 T = T1 T2 Tn-1 Tn,2.三维图形变换 前面所讨论的二维变换扩展到三维时，三维点的位置向量齐次坐标表示为x y z 1，齐次变换矩阵是44方阵，即: 因此，三维空间点的变换可写为: 正常化处理后的坐标为:,1)平移变换 把点（x y z）平移到新点（X Y Z）的变换为 式中，Tx, Ty, Tz分别为在x, y, z坐标轴方向上的平移分量。,2）比例变换 用比例变换可以分别调节每个坐标方向上的大小 均匀缩放图形大小的变换为 正常化处理,3）旋转变换 （1）绕坐标轴旋转变换矩阵 绕z轴旋转角z角如图2-10（a），变换矩阵
13、Rz为,绕y轴旋转y角如图2-10(c）, 变换矩阵Ry为,绕x轴旋转x角如下图, 变换矩阵Rx为,(a) (b) (c) 绕3个坐标轴的旋转,z,（2）绕空间任意轴的旋转变换 移动原点到旋转轴上的平移变换矩阵为, 绕x轴旋转直到旋转轴位于xOz平面内,绕x轴转角的确定,位于xOz平面内的旋转轴, 所以绕y轴旋转变换矩阵为, 绕z轴旋转角，变换矩阵为, 绕y轴逆时针旋J角，变换矩阵为, 绕z轴顺时针旋转I角，变换矩阵为, 平移使坐标原点返回到它原来的位置,绕任意轴旋转角的变换矩阵R是以上给出的变换矩阵之乘积，即：,2.3.2 CAD系统三维造型 1.传统造型方法几何造型和实体造型 1）线框造型
14、(Wire Frame Modeling) 2）曲面造型（Surface Modeling） 3）传统的实体造型,(a)线框造型 (b)曲面造型 (c)实体造型 三维建模系统的类型,2.新一代的实体造型技术特征造型 随着CAD/CAE/CAM一体化技术的发展，传统的几何造型技术越来显 出不足，主要表现在以下几个方面： 1）数据库尚不完备。 2）在表达零件的数据结构的抽象层次上，只能支持低层次的几何、拓扑信息，而 没有工程含义。 3）设计环境欠佳。 目前特征造型技术已逐步完善，具有特征造型功能的商品化系统不断出现，他们共同具有的特点包括： 参数化设计功能 基于特征设计思想 采用通用数据交换标准,
15、2.3.3 参数化设计 参数化设计是以一种全新的思维方式来进行产品的创建和修改。它用约束来表达产品几何模型，定义一组参数来控制设计结果，从而能通过调整参数来修改设计模型。 1.参数化设计 在参数化设计系统中，首先必须建立参数化模型。参数化模型有多种，如几何参数模型、力学参数模型等。,参数化模型,2.参数化设计的功能 1）从几何参数化模型自动导出精确的模型。 2）通过修改局部参数来达到自动修改几何模型的目的。 3.参数化设计的主要方法 1）变动几何法（Variational Geometry） 2）几何推理法,2.4.1 数表和线图的程序化处理 1.数表的程序化 2.数表的公式化 1）函数插值 2）数据拟合 3.线图的程序化,2.4 数据化处理,2.4.2 文件管理系统的应用 1.数据文件的建立 在数据文件建立的过程中，需要注意以下几个问题。 1）数据资料的正确组织 2）选择适应的文件组织方法 3）正确录入数据 4）注意保存、备份数据文件,2.模具CAD/CAM系统模块间的数据传递,利用文件系统实现数据管理与传递,2.4.3 数据库技术及应用 利用文件系统管理数据存在以下问题： 1）因为文件是根据应用程序的需要而建立的，这就使得数据和应用程序需要 有各自的文件。 2）由于数据的逻辑结构是适应于应用程序的，这就使得数据和应用程序相互 依赖
