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1、模具CAD/CAM1 1模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件参考教材： 机械CAD/CAM技术 王隆太王隆太 主编主编教材：模具CAD/CAM 华中理工大学华中理工大学 李志刚李志刚 主编主编2 2模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 模具CAD/CAM 机械CAD/CAM技术3 3模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件模具CAD /CAM技术的应用领域：计算机绘图、数控加工模具计算机绘图、数控加工模具 计算机辅助设计模具、模拟塑性成形过程、计算机辅助设计模具、模拟塑性成形过程、CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE一体化一体化 模具模具CAD/CAMC
2、AD/CAM系统的重要概念和基本知识，包括系统的系统的重要概念和基本知识，包括系统的组成、数据处理方法、图形变换、几何造型、自动绘图、数组成、数据处理方法、图形变换、几何造型、自动绘图、数控加工等内容；冲压模、注塑模控加工等内容；冲压模、注塑模CAD/CAMCAD/CAM系统介绍。系统介绍。本课程主要讲授内容：4 4模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第一章 CAD/CAM技术概论 CAD/CAMCAD/CAMComputer Aided Design and Computer Aided Computer Aided Design and Computer Aided Manuf
3、acturingManufacturing CAD/CAMCAD/CAM技术的发展和应用已成为衡量一个国家技术的发展和应用已成为衡量一个国家科技科技现现代化和代化和工业工业现代化的重要标志之一。现代化的重要标志之一。第一节 CAD/CAM的基本概念一项利用计算机软、硬件协助人完成一项利用计算机软、硬件协助人完成产品产品的的设计与制造设计与制造的技术。的技术。5 5模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 在设计人员进行产品概念设计的基础上，从事产品的几何造型分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析和计算，再根据计算结果决定是否对设计结果进行修改，修改满意后编辑
4、全部设计文档，输出工程图。一、一、CAD技术技术 CAD工程技术人员以计算机为工具，用自身的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称，是一项综合性技术。1.CAD设计过程：6 6模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件输入设计要求设计模型定义工程分析计算满意？文档编辑、图形输出图形交互设备数据库图形库程序库7 7模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件3.CAD系统的组成： 由科学计算、图形系统、工程数据库等组成。2.CAD的功能： 几何建模、工程分析、模拟仿真、自动绘图。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、优化设计、产品的常规计算分析。
5、图形系统用于几何造型、自动绘图、动态仿真等设计过程。工程数据库对设计过程中所需使用或产生的数据、图形、文档等信息进行存储和管理。8 8模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算。线制定、工时定额计算。 其中，其中，工序设计工序设计包含：加工设备和工装的使用、包含：加工设备和工装的使用、加工余量的分配、切削用量选择以及机床、刀具的加工余量的分配、切削用量选择以及机床、刀具的选择、必要的工序图生成等。选择、必要的工序图生成等。二、二、CAPP技术技术CAPPComputer Aided Pr
6、ocess Planning。 即计算机辅助工艺设计。计算机辅助工艺设计。 根据产品设计结果，进行产品的加工方法和制根据产品设计结果，进行产品的加工方法和制造过程的设计。造过程的设计。1.CAPP1.CAPP的功能：的功能：9 9模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 应用CAPP之后，可以迅速编制出完整、详尽、优化的工艺方案和各种工艺文件，极大提高工艺人员的工作效率，缩短工艺准备时间，加快产品投放市场的速度。为企业的科学管理提供可靠的数据。 2.CAPP的作用：传统的工艺设计方式：工艺人员依据个人的经验，以手工的方式进行工艺设计，因效率低、工艺方案因人而异，难以取得最佳的工艺方案，
7、从而难以适应当今快速发展的生产需要。1010模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 通常指数控程序的编制，包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真、后置处理、NC代码生成等。三、三、CAM技术技术CAMComputer Aided Manufacturing1.狭义CAM 利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等方面。2.广义CAM1111模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件四、四、CAD/CAM集成技术集成技术从上世纪60年代开始，在国内外研究开发了一批性能优良的相互独立
8、的商品化CAD、CAPP、CAM系统这些独立的系统分别在产品设计自动化、工艺规程设计自动化和数控编程自动化方面起到了重要作用。但是，这些各自独立的系统，不能实现彼此之间信息的自动传递和交换，必须由设计者对数据信息进行必要的转换。结果：降低了设计效率，并可能产生错误。1212模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件CAD/CAMCAD/CAM集成集成在在CADCAD、CAPPCAPP、CAMCAM各模块之各模块之间有关信息的自动传递和转换。集成化的间有关信息的自动传递和转换。集成化的CAD/CAMCAD/CAM系统系统借助于借助于公共的公共的工程数据库工程数据库、网络通信技术网络通信技术
9、以及标准格式以及标准格式的的中性文件接口中性文件接口，把分散于机型各异的计算机中的，把分散于机型各异的计算机中的CAD/CAMCAD/CAM模块模块高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻。保证系统内信息的流动畅通无阻。计算机集成制造Computer Integrated Manufacturing， 即“CIM”。年由美国哈林顿博士提出。将企业内所有分散的信息系统进行集成，不仅包括生产信息，还包括生产管理过程所需的全部信息，从而构成一个计算机集成制造系统（CIMS）。CAD/CAM集成技术是计算机集成制造系统的一项核心技术。13
10、13模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第二节 模具CAD/CAM技术的应用 我国模具我国模具CAD/CAMCAD/CAM的开发始于上世纪的开发始于上世纪7070年代末期，目前已经年代末期，目前已经开发了具有自主产权的开发了具有自主产权的CAD/CAMCAD/CAM系统，今后应继续加速模具系统，今后应继续加速模具CAD/CAMCAD/CAM的研究开发贺推广应用工作。的研究开发贺推广应用工作。一、一、CAD/CAM技术在模具行业的发展状况技术在模具行业的发展状况早在上世纪早在上世纪6060年代，国外一些飞机贺汽车制造公司就开始年代，国外一些飞机贺汽车制造公司就开始CAD/CAMCAD
11、/CAM技术的研究工作。如日本丰田公司在技术的研究工作。如日本丰田公司在19651965年将数控年将数控加工用于模具加工，加工用于模具加工，8080年代初期开始采用覆盖件冲模年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/CAMCAD/CAM系统。系统。 目前，数控加工（目前，数控加工（NCNC）、加工中心（）、加工中心（MCMC）、柔性制造系）、柔性制造系统（统（FMS)FMS)已经应用于模具制造，应用已经应用于模具制造，应用CAD/CAMCAD/CAM技术比较普遍技术比较普遍的为美、日、德等国。的为美、日、德等国。1414模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 几何造型功能，即具备描述物体几何
12、形状的能力；几何造型功能，即具备描述物体几何形状的能力； 标准化（设计准则、模具零件和结构）标准化（设计准则、模具零件和结构）GTGT； 设计准则的处理（程序化、公式化）；设计准则的处理（程序化、公式化）； 柔性（设计方式、生产方式）柔性（设计方式、生产方式）二、模具二、模具CAD/CAM的优越性的优越性提高模具质量；提高模具质量； 节省时间，提高生产率；节省时间，提高生产率； 大幅降低成本（原材料、复杂型面加工）；大幅降低成本（原材料、复杂型面加工）； 解放技术人员，使其从事更多的创造性工作。解放技术人员，使其从事更多的创造性工作。三、模具三、模具CAD/CAM的特点的特点1515模具模具C
13、ADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第三节 建立CAD/CAM系统的过程和方法 一、系统分析一、系统分析根据根据软件工程学软件工程学的方法，的方法，CAD/CAMCAD/CAM系统的生命周期分为系统的生命周期分为系统分系统分析、系统设计、程序设计、系统调试、系统维护析、系统设计、程序设计、系统调试、系统维护5 5个阶段。个阶段。主要任务主要任务：对现行的工作流程进行调查，收集并分析有关资料，：对现行的工作流程进行调查，收集并分析有关资料，了解用户的需求，确定系统的总目标、功能、性能和接口，建立系了解用户的需求，确定系统的总目标、功能、性能和接口，建立系统的总体逻辑模型。统的总体逻辑模型。常用
14、工具常用工具：数据流程图。：数据流程图。 详细设计：详细设计：设计各功能模块的内部细节，包括算法和数据结构。设计各功能模块的内部细节，包括算法和数据结构。 概要设计：确定软件系统的总体结构和模块间的关系，定义各模块间的接口，设计全局数据结构，确定系统钰其他软件及用户之间界面的纤细内容。二、系统设计二、系统设计 采用结构化系统设计方法，设计过程可分为概要设计和详细设计；采用结构化系统设计方法，设计过程可分为概要设计和详细设计；强调强调“ “自顶向下自顶向下” ”的分解，即将系统逐级向下分解为模块和子模块。的分解，即将系统逐级向下分解为模块和子模块。1616模具模具CADCAMCADCAM讲义课件
15、讲义课件三、程序设计三、程序设计主要任务主要任务：根据系统设计说明书进行程序设计，将功能模块用：根据系统设计说明书进行程序设计，将功能模块用某种语言实现。某种语言实现。基本技术基本技术：结构化程序设计：结构化程序设计四、系统测试四、系统测试目的是保证系统的目的是保证系统的可靠性可靠性，分为，分为单元测试、整体测试、有效性单元测试、整体测试、有效性测试测试3 3种。种。结构化程序设计结构化程序设计用一组标准的准则贺工具从事程序设计。用一组标准的准则贺工具从事程序设计。这些准则和工具包括这些准则和工具包括: :一组基本控制结构、自顶向下的扩展原则、一组基本控制结构、自顶向下的扩展原则、模块化贺逐步
16、求精的方法。模块化贺逐步求精的方法。五、系统维护五、系统维护分为分为改正性维护、适应性维护、完善性维护改正性维护、适应性维护、完善性维护3 3种。种。1717模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第四节 CAD/CAM的发展趋势 一、集成化一、集成化计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMSCIMS，Computer Integrated Computer Integrated Manufacture SystemManufacture System）: : 将企业的将企业的产品设计、制造、经营管理产品设计、制造、经营管理等活动集成起来，其目的等活动集成起来，其目的是在计算机辅
17、助下，利用最小的制造和管理资源，最优地实现企是在计算机辅助下，利用最小的制造和管理资源，最优地实现企业的发展目标，获得最大的总体效益。业的发展目标，获得最大的总体效益。CIMCIM的核心技术的核心技术集成集成，包括，包括物理集成、信息集成、功能集物理集成、信息集成、功能集成成，其中，其中信息集成信息集成是是CIMCIM的基础和关键。的基础和关键。信息集成信息集成的必要条件：的必要条件：共享的产品模型、统一的数据库、网络共享的产品模型、统一的数据库、网络。二、微型化二、微型化 以以超级微机超级微机为基础的为基础的CAD/CAMCAD/CAM系统不断增多，功能也不断扩系统不断增多，功能也不断扩大大
18、。（。（“ “双核双核” ”，数，数G G内存内存）1818模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、网络化三、网络化 将多台微机工作站连接成将多台微机工作站连接成分布式分布式CAD/CAMCAD/CAM系统系统，结构灵活，结构灵活，功能强。功能强。四、智能化四、智能化 人工智能技术人工智能技术设计制作自动化的重要途径。近年来，人设计制作自动化的重要途径。近年来，人工智能的应用集中在引入知识工程、发展专家系统。工智能的应用集中在引入知识工程、发展专家系统。五、最优化五、最优化 塑性成形过程的计算机模拟技术是解决模具可靠性问题的重塑性成形过程的计算机模拟技术是解决模具可靠性问题的重要途
19、径；利用仿真技术模拟加工过程，有利于保证加工质量。要途径；利用仿真技术模拟加工过程，有利于保证加工质量。六、新型化六、新型化 用于用于CAD/CAMCAD/CAM的新型外部设备将不断问世，系统将不断更新。的新型外部设备将不断问世，系统将不断更新。1919模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第二章 模具CAD/CAM系统的组成 设计人员设计人员在设计策略、逻辑控制、信息组织、以及经验和创造在设计策略、逻辑控制、信息组织、以及经验和创造性方面占主导地位。性方面占主导地位。CAD/CAMCAD/CAM系统的组成系统的组成系统的组成系统的组成 CAD/CAM CAD/CAM系统由系统由硬件
20、、软件、设计人员硬件、软件、设计人员。 硬件硬件基础。包括计算机主机、计算机外部设备以及网络通基础。包括计算机主机、计算机外部设备以及网络通信设备等。信设备等。 计算机计算机在信息的存储与检索、分析与计算、图形与文字处理等在信息的存储与检索、分析与计算、图形与文字处理等方面有着特有的功能；方面有着特有的功能； 软件软件核心。包括操作系统、支撑软件和应用软件等。核心。包括操作系统、支撑软件和应用软件等。2020模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件良好的通信联网功能良好的通信联网功能将位于不同地点和不同部门的各种将位于不同地点和不同部门的各种 异构异构 计算机和控制装置连接起来，进行信
21、息计算机和控制装置连接起来，进行信息 交换和协同工作。交换和协同工作。第一节第一节 模具模具CAD/CAM系统的硬件系统的硬件1.1.组成：组成：由计算机主机、输入设备、输出设备、存储器、生产装由计算机主机、输入设备、输出设备、存储器、生产装备、以及计算机网络等组成。备、以及计算机网络等组成。2.2.硬件系统应满足的要求硬件系统应满足的要求强大的图形功能强大的图形功能要求系统具有大的内存、高的图形分辨率。要求系统具有大的内存、高的图形分辨率。大的外存储容量大的外存储容量要求系统具有大硬盘存储容量。要求系统具有大硬盘存储容量。方便的人机交互功能方便的人机交互功能要求系统能提供方便的人机交互工具和
22、要求系统能提供方便的人机交互工具和 快速的交互响应速度。快速的交互响应速度。2121模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件3.3.主要硬件设备主要硬件设备（1 1）计算机主机：）计算机主机： CAD/CAM系统硬件的核心。主要由中央处理器（CPU）、内存储器、输入输出（I / O）接口组成。内存储器：CPU可以直接访问的存储单元，用于存储常驻的控制程序、用户指令、准备接受处理的数据。CPU：计算机的心脏，由控制器和运算器组成。控制器的作用：使系统内各模块相互协调地工作，能够进行人机之间、计算机之间、计算机与外部设备之间的信息传输和资源的调度，指挥系统中各功能模块执行各自的功能。运算器
23、的作用：执行程序指令所要求的计算和逻辑操作，输出数值计算和逻辑操作的结果。2222模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件计算机的分类：计算机的分类：1、大中型计算机采用一个主机连接多个终端，支持多用户同时工作，有较强的计算能力和运算速度，可以从事复杂的设计计算和分析。、小型机性价比优于大中型计算机，世纪年代末年代初的CAD/CAM系统多采用这种机型。到了世纪年代中期，小型机逐渐被性能价格比更好的工程工作站所代替。、工程工作站世纪年代初出现的介于小型机与个人微机之间的新型计算机，它采用多CPU并行处理技术、大的虚拟存储空间，具有强大图形显示和处理功能，具有高速网络通信能力。、微型型计算
24、机近年来，高档微机的功能已经接近低档工作站水平。2323模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（4 4）输出设备）输出设备当CPU需要使用外存储器中的信息时，需要将这些信息调入内存储器接受CPU处理。而内存储器中暂时不用的程序和数据则调回到外存储器，以便腾出内存装入待运行的程序和数据。磁带、磁盘、光盘、U盘、移动硬盘等。（2 2）外存储器）外存储器外存储器不能直接被CPU访问，通常用于存储CPU暂时不用的程序和数据。常见的外存储器：（3 3）输入设备）输入设备光标控制设备、数字化仪、键盘、图形扫描等。图形显示器、绘图仪、打印机等。2424模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课
25、件 文档文档关于软件程序的各种设计、使用说明书，是关于软件程序的各种设计、使用说明书，是程序设计的依据。程序设计的依据。 文档的设计和编制水平在很大程度上决定了软件的质文档的设计和编制水平在很大程度上决定了软件的质量，只有具备了合格、齐全的文档，软件才能商品化。量，只有具备了合格、齐全的文档，软件才能商品化。第二节第二节 模具模具CAD/CAM系统的软件系统的软件 计算机计算机软件软件控制计算机运行，并使计算机发挥最大功效的计控制计算机运行，并使计算机发挥最大功效的计算机算机程序、数据程序、数据以及各种以及各种文档文档。分为。分为系统软件、支撑软件、专业性系统软件、支撑软件、专业性应用软件应用
26、软件三个不同的层次。三个不同的层次。 程序程序指挥计算机硬件工作和工程计算的指挥计算机硬件工作和工程计算的指令的集合指令的集合，是软，是软件的主要内容。件的主要内容。2525模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（）图形接口标准（）图形接口标准为了统一不同硬件和操作系统环境下图为了统一不同硬件和操作系统环境下图形接口软件模块的开发而制定的图形接口标准，标准中提供了接口形接口软件模块的开发而制定的图形接口标准，标准中提供了接口函数。函数。 、系统软件、系统软件用于计算机的管理、维护、控制、运行，以及对计算机程序的用于计算机的管理、维护、控制、运行，以及对计算机程序的翻译和执行。主要有以
27、下几类：翻译和执行。主要有以下几类：（）操作系统操作系统操作系统的操作系统的基本功能基本功能有：有：CPUCPU管理管理、内存管理内存管理、文件管理文件管理、输入输入输出管理输出管理。常用的有操作系统有常用的有操作系统有DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix等。等。（）编译系统（）编译系统将用高级语言编写的程序，翻译转换成计算将用高级语言编写的程序，翻译转换成计算机能够直接执行的机器指令的软件程序。常用的高级语言有机能够直接执行的机器指令的软件程序。常用的高级语言有C C、FORTRANFORTRAN、PASCALPASCAL、BASICBASIC等等2626模具模具CA
28、DCAMCADCAM讲义课件讲义课件 （1 1）单一功能型支撑软件）单一功能型支撑软件、支撑软件、支撑软件由专门的软件公司开发，是在系统软件基础上开发的满足由专门的软件公司开发，是在系统软件基础上开发的满足CAD/CAMCAD/CAM用户一些共同需要的通用性软件。用户一些共同需要的通用性软件。 支撑软件一般分为支撑软件一般分为单一功能型单一功能型和和综合集成型综合集成型两大类。两大类。 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统系统的支撑软件主要包括的支撑软件主要包括图形处理软件、几何造图形处理软件、几何造型软件、数据库管理系统型软件、数据库管理系统等。等。 只提供只提供CAD/CAMCAD/C
29、AM系统中某些典型的功能，如系统中某些典型的功能，如二维绘图、三维造二维绘图、三维造型设计、工程分析计算、数据库系统型设计、工程分析计算、数据库系统等。等。2727模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（1 1）单一功能型支撑软件）单一功能型支撑软件主要有美国的AutoCAD 2000AutoCAD 2000和国内自主开发的和国内自主开发的PICADPICAD、高华高华CADCAD、华软、华软InteCADInteCAD、大恒大恒CADCAD等。等。A 交互式绘图软件主要以人机交互方法完成二维工程图样的生成和绘制，具有图形的增删、缩放、复制、镜像等编辑功能，具有尺寸标注、图形拼装等图
30、形处理功能，具有尺寸驱动参数化绘图功能，具有较完备的机械标准件参数化图库。优点：绘图功能强、操作方便、价格便宜B 三维设计CAD系统基于微机平台，具有参数化特征造型功能，具有装配和干涉检查功能，以及简单曲面造型功能，价格适中，易于学习掌握。国内有MDT、Solidworks、Solidedge等。2828模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（1 1）单一功能型支撑软件）单一功能型支撑软件C 数控编程系统具有刀具的定义、工艺参数的设定、刀具轨迹的自动生成、后置处理、切削加工模拟等功能。典型的软件系统有Master CAMMaster CAM、SurfCAMSurfCAM 等。D 工程
31、分析软件国内外流行的单一功能工程分析软件有SAP、ADINA、ASTRAN、ANSYS等。2929模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（2 2）综合集成支撑软件）综合集成支撑软件这类软件功能比较完备，综合提供了设计、造型、分析、数控这类软件功能比较完备，综合提供了设计、造型、分析、数控编程等多种功能，如编程等多种功能，如I-DEASI-DEAS、UGIIUGII、CATIACATIA、 PRO/E PRO/E等。等。一般由下列一般由下列4 4个模块个模块组成：组成：CADCAD部分部分由由几何造型、参数化特征造型模块、工程图绘制模块、装配模几何造型、参数化特征造型模块、工程图绘制模
32、块、装配模块块组成。组成。CAECAE部分部分由有限元分析模块、机构运动仿真分析模块、优化设计模块组成。CAMCAM部分部分 由由数控加工编程模块、数控加工后置处理模块、切削加工检验数控加工编程模块、数控加工后置处理模块、切削加工检验模块模块组成。组成。3030模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。通常由用户结合当前设计工作需要自行开发。研制的软件。通常由用户结合当前设计工作需要自行开发。（3 3）应用软件）应用软件用户开发工具部分为用户二次开发提供了用户编程
33、语言（UPL）或与高级语言的开发接口，如UGIIUGII的的GRIPGRIP、AutoCADAutoCAD的的AutoLISPAutoLISP、ADSADS接口接口等。等。通过二次开发，可以提高软件系统的用户化程度，充分发挥软件系统的性能，提高使用效率。 当某一行业的当某一行业的应用软件应用软件逐步逐步商品化商品化形成通用软件产品时，它也可形成通用软件产品时，它也可以称为一种支撑软件，如以称为一种支撑软件，如MatlabMatlab软件。软件。（2 2）综合集成支撑软件）综合集成支撑软件3131模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第三节 CAD/CAM系统的支撑技术CAD/CAMC
34、AD/CAM系统除了配置必要的软、硬件之外，还系统除了配置必要的软、硬件之外，还需要多种技术的支持，如需要多种技术的支持，如数据管理技术、网络技术、数据管理技术、网络技术、成组技术、工程分析技术、仿真技术成组技术、工程分析技术、仿真技术等。等。 一、数据管理技术一、数据管理技术一、数据管理技术一、数据管理技术机械CAD/CAM涉及的数据的特点：数据量大、种类多、结构复杂。数据包含的内容：产品的物理特征、材料性能、数学模型、零件规格、几何形体描述、测试数据、设计标准和规范等。数据的表现形式：数值、文字信息、几何图形信息。3232模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件文件管理方式文件管理
35、方式按统一的规则和方法来组织和存取数据的技按统一的规则和方法来组织和存取数据的技术。它把数据组织成文件，即数据文件，用一个专用的文件管理系术。它把数据组织成文件，即数据文件，用一个专用的文件管理系统实施统一管理。统实施统一管理。CAD/CAMCAD/CAM系统中的数据管理，从系统中的数据管理，从文件管理模式文件管理模式，发展为，发展为数数据库管理模式据库管理模式，并进一步发展为，并进一步发展为工程数据库管理模式工程数据库管理模式。1 1、文件管理系统、文件管理系统文件管理系统文件管理系统一般由一般由操作系统操作系统提供。提供。数据文件是一组具有相同性质和结构的记录的集合，而记录则是由一系列相关
36、的数据项组成，它能完整地表示一个处理对象。在文件管理系统中，数据文件的建立、查询和存取是通过应用程序实现的，没有数据的集中管理，缺乏数据的独立性。3333模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 数据库管理系统的作用数据库管理系统的作用：2 2、数据库管理系统、数据库管理系统 一个数据库系统除了必要的硬件和系统软件之外，其核心部分是数据库管理系统（DBMS）。 数据库管理系统数据库管理系统用于对数据库及系统资源进行统一管理和控用于对数据库及系统资源进行统一管理和控制的软件。制的软件。 提供了对提供了对数据库数据库的定义、建立、检索、编辑修改等操作功能，的定义、建立、检索、编辑修改等操作
37、功能，对数据的安全性、完整性、和保密性进行统一的控制和管理，对数据的安全性、完整性、和保密性进行统一的控制和管理，起着起着应用程序应用程序与与数据库数据库之间的之间的接口接口作用作用，用户通过数据管理系统对数据，用户通过数据管理系统对数据库中的数据进行各种处理和应用，而不必了解数据库的物理结构。库中的数据进行各种处理和应用，而不必了解数据库的物理结构。 数据结构模型数据结构模型：层次型层次型( (机器机器- -部件部件- -零件零件) )、网状型网状型( (交叉交叉) )、关系关系型型( (表格表格) )三种。三种。FoxproFoxpro属于关系型数据库。属于关系型数据库。3434模具模具C
38、ADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 工程数据库工程数据库能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库。它与据库。它与商用数据库商用数据库的主要差别表现在对的主要差别表现在对复杂数据类型复杂数据类型的支持，的支持，对工程数据对工程数据动态的定义和管理动态的定义和管理。3 3、工程数据库、工程数据库在CAD/CAM系统中，人们希望能够利用数据库技术有效地管理工程应用中所涉及的图形、图像、声音等更加自然的信息形式，这是现行商用数据库系统难以适应的。因而人们提出了工程数据库的概念。3535模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件包括图表、二维或三维的
39、零件图和装配图。包括图表、二维或三维的零件图和装配图。（）工程数据的类型（）工程数据的类型机械CAD/CAM系统面临着整个设计和制造过程的数据，包括文字的和图形的、静态的和动态的，非常复杂。其数据类型可归纳为以下几种：A 管理型数据B 设计型数据产品设计与制造过程中所用到的数据资料，如国家标准和规范、产品设计与制造过程中所用到的数据资料，如国家标准和规范、产品目录、技术资料等产品目录、技术资料等生产设计过程中所产生的数据，具有生产设计过程中所产生的数据，具有动态性动态性。C 加工制造型加工制造型数据包括加工工艺数据、数控加工指令、检测监控数据等，要求包括加工工艺数据、数控加工指令、检测监控数据
40、等，要求实实时性时性较高较高D 图形数据3636模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（2）工程数据库系统的主要特点A 具有复杂工程数据的存储和管理的能力； B 具有动态建模的能力； C 支持多库操作和多版本管理； D 支持工程数据的长记录存取和文件兼容处理； E 支持智能型的规则描述和查询处理； F 具有良好的数据库系统环境和支持工具。 4 4、CAD/CAMCAD/CAM集成系统的数据管理方法集成系统的数据管理方法（3）采用工程数据库管理系统建立数据库的方法。将成为开发下一代CAD/CAM集成系统、CIMS系统的数据管理的主流。（1）基于文件记录的专用数据管理方法。目前常用的方法
41、，应用程序与数据文件一一对应。（2）在商用数据库管理系统（DBMS）上建立一套软件接口方法。目前所研制的CAD/CAM系统大多采用这种方法。3737模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件5. 5. 产品数据管理（产品数据管理（PDMPDM） PDM管理所有与产品相关的信息和过程的技术。与产品相关的信息CAD/CAM文件、材料清单、产品配置、事物文件、电子表格、供应商清单等产品信息。 与产品相关的过程加工工序、加工指南、工作流程等对过程的定义和管理。 PDM系统在关系型数据库基础上、采用面向对象技术开发的对企业产品数据管理的一种软件平台。为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息
42、的机制，覆盖了产品生命周期内的全部信息。3838模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件PDM系统应具有的功能电子资料及文档管理、产品配置管理、工作流程管理、分类及检索功能、项目管理功能。 目前，PDM系统已包括了文档管理、产品配置管理及工作流程管理等最基本的功能，可以对产品的整个生命周期进行完整的描述和控制。PDM在企业中的作用已经普遍被人们所认可。二、计算机网络技术二、计算机网络技术二、计算机网络技术二、计算机网络技术计算机网络用通信线路和通信设备将分散在不同地点并具有独立功能的计算机相互连接的计算机群。1 1、概述、概述3939模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件2、
43、局域网系统的组成、局域网系统的组成（1）网卡局域网络的通信接口，是实现计算机与电缆系统的物理连接，进行计算机的数据信号与传输电缆中的传输信号之间的转换，决定网络的传输率和传输可靠性等网络性能。 （3）服务器一台高档微机、工程工作站或小型机。其作用为：运行网络操作系统；存储、管理网络中共享的软、硬件资源；对网络中各工作站的活动进行监视和控制。 由网卡与媒体、服务器、工作站、网间连接器、网络系统软件等组成。CAD/CAM系统所采用的网络均属于局域网。（2）传输媒体双绞线、同轴电缆或光缆等。4040模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（4）工作站PC机或工程工作站，是用户访问网络的操作平
44、台。 服务器通过网络操作系统控制和协调各工作站之间的工作，最大限度地对各网络用户提出的要求作出迅速的响应，它能区分、处理、响应各工作站同时发来的对网络进行操作的不同要求。3、网络的拓扑结构、网络的拓扑结构（6）网络系统软件主要是网络操作系统。（5）网间连接器是将几种不同型式的网络连接在一起的互连设备。有中继器、网桥、路由器、网关等几种不同形式类型。 网络中各个工作站节点相互连接的方法和形式。局域网的基本拓扑结构形式：总线形、星形、环形、网状形。实验室采用HUB的形式为星形拓扑结构形式。4141模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件4. 4. 网络协议网络协议网络协议网络协议 网络协议
45、在网络中，通信双方共同遵守的规则和约定的集合。国际标准化组织（ISO）1980年制定了开放系统互连模型（OSI），现已作为广泛承认的一种计算机网络标准。 OSI网络标准采用7层功能结构来描述两用户之间的通信：即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 在OSI互连模型中，两个相互通信的系统都有共同的层次结构，而每个层次均有自身的通信协议，包括语法、语义、时序三方面的约定。只有物理层（最底层）才在通信媒体上进行实实在在的信息流传输，而在上面各层中两系统之间并无实际的传输。4242模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、成组技术三、成组技术成组技术合理组织产品生产过
46、程的一种将工程技术和管理技术集于一体的生产组织管理方法。 成组技术利用产品零件之间的相似性，将零件分类成组，然后根据每组零件所拥有的相似特征，为其同组零件找出相对统一的最佳方案，从而节约时间和精力，以取得所期望的经济效益。 第四节第四节 CAD/CAM技术的发展和应用技术的发展和应用一、一、CAD/CAM技术的发展展1、单元技术的发展和应用阶段 20世纪6070年代。主要特征：CAD/CAE/CAM各功能模块已基本形成，但数据结构尚不统一，集成性差，企业尚处于单元技术的应用阶段。4343模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 20世纪80年代，CAD/CAM技术迅速发展。 主要特征：
47、CAD/CAE/CAM以及计算机辅助计划管理各大模块之间信息流实现一体化（CIMS），系统集成性好，企业应用已从二维计算机绘图向着三维CAD建模、CAD/CAE/CAM集成化应用方向发展。 20世纪90年代，CAD/CAM技术正从传统的面向零件的CAD/CAM集成阶段向面向产品并行设计、制造协同工作环境方向发展。热点问题面向产品全生命周期的建模技术；基于工程数据库的企业级产品数据管理；由工程工作站或高档微机组成的客户机/服务器（C/S）的网络系统；支持群体小组的协同工作模式。（）CAD/CAM的集成阶段（）面向产品并行设计制造的CAD/CAM阶段4444模具模具CADCAMCADCAM讲义课件
48、讲义课件二、二、CAD/CAM技术在我国的应用技术在我国的应用起步于20世纪70年代，当时主要是利用计算机进行产品设计中的分析计算。 20世纪80年代，国家在机械CAD/CAM技术开发应用方面进行了重点投资，支持对国民经济有影响的重点机械产品CAD进行开发和研制，并取得了一系列在国内来说具有开创性的成果。 20世纪90年代，我国CAD技术开发与应用进入了较为系统的推广阶段，各类CAD系统的研制开发出现了商品化、产业化的势头。 1986年3月，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位老科学家联合向中共中央写了一封信，题为关于跟踪世界战略性高科技发展的建议，信中恳切地指出，面对着世界新技术革命的挑战，中
49、国应该不甘落后，要从现在就抓起，用力所能及的资金和人力跟踪新技术的发展进程，而不能等到十年、十五年经济实力相当好时再说，否则就会贻误时机，以后永远翻不了身。这封信得到了邓小平同志的高度重视，小平同志亲自批示：“这个建议十分重要”，“找些专家和有关负责同志讨论，提出意见，以凭决策，此事宜速作决断，不可拖延。”在随后的半年中，经过广泛、全面和极为严格的科学和技术论证后，中共中央、国务院批准了高技术研究发展计划（863计划）纲要。从此，中国的高技术研究发展进入了一个新阶段。15年来，在党中央和国务院的正确领导下，在有关部门的大力支持下，经过广大科技人员的奋力攻关，863计划取得了重大进展，为我国高技
50、术发展、经济建设和国家安全做出了重要贡献。 由于计划的提出与邓小平同志的批示都是在1986年3月进行的，因此此计划被称为“863计划”。863计划（国家高技术研究发展计划）：计划（国家高技术研究发展计划）：4545模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第三章数据的处理方法第三章数据的处理方法 在CAD作业中，将设计所需的表格数据和曲线图表预先存入计算机中，供设计时灵活、方便的调用，这个过程中涉及到各种工程手册的数据处理技术。 工程手册的数据处理包括数表和线图的处理，处理技术有数表的程序化、数表的文件化、数表的公式化等。 数表的类型: 1 常数数表数据之间没有明显的函数关系；2 列表函
51、数用以表达工程中某些复杂问题参数之间的关系。4646模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 对于常数数表，可用赋值的方法进行程序化处理。如果数据量较大，且需共享的数据，可将这些常数数表存入数据文件或数据库中。从而实现数据与程序的分离，增强数据管理的安全性，同时提高工程数据的可维护性。 对于列表函数，可按常数数表处理方法进行处理，也可对数表进行公式化处理，即将数表中数据拟合成公式，由计算机直接求取所需的数据。一、数表的程序化一、数表的程序化 1、以数组的形式存放数表 利用一维数组、二维数组或三维数组表示数表中的数据；用高级语言编写检索参数（系数）的程序。 2、以数据文件形式存放数表 将
52、数表文件化处理，使程序简练；使数表与应用程序分离，实现一个数表文件供多个应用程序使用；增强数据管理的安全性，提高数据系统的可维护性。4747模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、 数表的公式化如果列表函数的数据之间存在有某些联系或函数关系，应尽量进行公式化处理。公式化处理方法： 原因：1、数表的存储和使用占用较多的计算机资源和存储空间，增加检索时间；2、数据的离散性和离散数据的有限性，使相邻两数值点之间的函数值只能选取相近的数据，给计算带来误差。 1、函数插值； 2、曲线拟合。4848模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件一、函数插值 函数插值的基本思想：在插值点附近选
53、取若干合适的连续结点，通过这些结点构造一个简单函数g(x)以代替原有的未知的函数f(x)，插值点的g(x)值就作为原函数值的近似值。根据所选取的结点的个数，可将函数插值分为线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值三种。 根据插值点x值，选取两个相邻的自变量x1和x2，并满足x1 xx2的条件。过（x1，y1）（x2，y2）两结点连线的直线代替原来的函数 f (x) ，可得插值点函数为：1、线性插值（一次插值、二点插值）4949模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 通过不在一条直线上的三点，构建一条抛物线近似曲线g(x)以代替原有函数，其表达式为：2、抛物线插值（二次插值、三点插值） 为n
54、个结点的n-1 次插值多项式，其表达式为累加和的形式：3、拉格朗日插值公式（多点插值）5050模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、函数拟合工程上常采用数据的函数拟合方法（或 “曲线拟合” ）对列表函数进行公式化处理。 采用函数拟合方法所拟合的曲线不要求严格通过所有的结点，而是尽量反映数据的变化规律， 最小二乘法的实质：如何选取结点系数，使各结点到所拟合曲线偏差的平方和最小。1、在坐标纸上标示出列表函数各结点数据，并根据其趋势绘出大致的曲线；2、根据曲线确定近似的拟合函数类型，拟合函数可为代数多项式、对数函数、指数函数等；3、用最小二乘法原理确定函数中的待定系数。 采用最小二乘法
55、进行函数拟合的处理步骤：5151模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件线图由直线、折线、各种曲线构成，能直观地表示出参数间 的函数关系。线图的计算机处理方法（3个）：（）找到线图原有的公式，将公式编到程序中；三、线图的程序化三、线图的程序化（）将线图离散为数表，并进行程序化处理；（）复杂的线图各别进行处理。5252模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第四章第四章 计算机图形处理技术计算机图形处理技术计算机图形处理技术利用计算机的高速运算能力和实时显示功能，处理各类图形信息的技术。包括图形的输入、图形的生成显示、图形的变换、编辑、识别、图形的输出绘制等方面。 一、变换原理一
56、、变换原理一、变换原理一、变换原理图形变换的实质对组成图形的个顶点进行坐标变换。1、平移变换x-y平面上的点P(x,y)，在坐标方向上增加平移量Tx和Ty，新位置的坐标为（x,y）。平移变换的关系式为：第一节第一节 图形变换图形变换5353模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件3、旋转变换点P(x,y)绕坐标原点o顺时针方向旋转角后，到达新位置P（x,y），该旋转变换的关系式为：2、比例变换比例变换的关系式为：思考： 如图像关于坐标轴、原点、通过原点与坐标轴成45角直线作镜像变换，系数Sx、Sy分别是多少？5454模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、变换的矩阵表示齐次
57、坐标将一个n维向量用n+1维向量表示。如二维向量的点的坐标（x,y），其齐次坐标为（x,y,1），在几何意义上，相当于把发生在三维空间的变换限制在某一坐标为1的平面内。变换矩阵T用来对原图形施行坐标变换的工具。二维图形变换矩阵T为3X3阶矩阵，三维图形变换矩阵T为4X4阶矩阵。 1、齐次坐标2、变换矩阵（1）平移变换矩阵：5555模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（2）比例变换矩阵：（3）旋转变换矩阵： 若对点x y 1进行平移变换，则有：5656模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 级联变换由一系列的简单变换（变换序列）通过级联组合而实现的变换，也称为组合变换、复合
58、变换。相应的变换矩阵为级联变换矩阵。 级联变换矩阵级联变换中各个基本变换的有序乘积。例如，将图形绕任意点P（Xp，Yp）转角的旋转变换，可通过如下的基本变换实现： 三、变换的级联（1）将旋转中心P点平移到坐标原点；（2）将图形绕坐标原点旋转角；（3）将旋转中心平移回到原来位置。5757模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 三维图形的几何变换可在二维图形几何变换的基础上进行简单的扩展。 三、三维图形变换 运用齐次坐标的方法，可将三维空间点的几何变换表示为：其中，T是4X4阶的变换矩阵。5858模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第二节第二节 计算机辅助绘图计算机辅助绘图
59、交互式绘图在交互式绘图系统的支持下，用户使用键盘、鼠标等输入设备，通过人机对话的方式进行绘图的方法。 目前，国内比较流行的交互式绘图CAD软件有具有自主版权的CAXA电子图板、开目CAD（华中科技大学）、高华CAD（清华大学）和PICAD（北京凯思软件公司）等，以及AutoCAD、Microstation等国外的软件系统。一、交互式绘图5959模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、程序参数化绘图 机械工程图中，由于很多零部件的形状相似，例如键、销、螺钉、螺母、滚动轴承等，一般采用程序参数化绘图来绘制这些零件。利用程序参数化绘图，用户只须向程序提供所要求的一些参数。如钣金件只须提供
60、起始点坐标和各边边长；齿轮零件只须提供模数、齿数、变位系数等参数。对于标准件，可用其规格尺寸作为参数 。 形状特征拼合法一种绘图方法。将形状特征（如倒角、键槽、退刀槽、中心孔等）赋予参数，编制成绘图程序，通过调用这些特征绘图程序，可以拼合成各种不同的零件图形，这种绘图方法即为形状特征拼合法。6060模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、尺寸驱动式参数化绘图 基本思想以草图方式快速绘制图形，然后进行必要的尺寸标注，最后通过驱动程序，产生由尺寸标注所控制的准确图形。 参数化图形中，除了包含各图元的几何信息外，还包含了各种约束条件，即结构约束和尺寸约束。 1、尺寸驱动参数化绘图原理 由
61、尺寸驱动参数化软件模块，在非参数化图形基础上引入了约束机制实现的。（1）结构约束各图元之间的平行、垂直、相切、对齐、相等、对称等拓扑关系。（2）尺寸约束表示图形中各组成图元的长度、角度、半径及相对位置等。各尺寸标注的尺寸值作为参数进行处理。6161模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件2、尺寸驱动参数化绘图软件的主要功能 只要图元间近似的相对位置关系在系统精度的设定范围内，系统的草图整理功能就能将不精确的草图整理为具有准确相对位置关系的图形，为进一步作参数化尺寸驱动做好准备。在尺寸驱动前，应对图形进行参数化处理，也就是在图形间添加适当的结构约束，并使尺寸值成为参数。每一个尺寸只须标注
62、一次，其余视图的尺寸跟随联动，即三视图尺寸随动处理。 尺寸之间若存在一定的函数关系，可将某些尺寸设置成变量，其它尺寸用变量的表达式来表示。（1）草图绘制与整理（2）参数化尺寸驱动（3）建立尺寸间的函数关系6262模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件四、参数化图库的使用与建立 如在AutoCAD中可使用形（Shape）或图块（Block）的功能实现建库。 对于一些标准件和通用件，编制相应的图形参数式绘图程序，然后组成一个个图形程序库。 如PCCAD（清华天河软件公司）二维绘图软件提供的参数化图库管理系统，用户只需画出图形，进行参数化处理并编写尺寸变量参数表，就可方便的建立自己的参数化
63、图库。 1、用图块或符号的方式建立图库 2、建立图形程序库。 3、利用参数化图库管理工具建立图库6363模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件五、工程图的自动生成 完成产品几何造型设计后，通过设定图幅、视图类型、投影方向等参数，系统将自动生成所需的工程图。 由于工程图中各个视图是根据产品实体模型自动生成的，因而很好地解决了传统二维绘图中始终存在的投影线、截交线难求的问题。 通过参数关联技术的应用，使得无论在三维实体模型环境还是在二维工程图环境下，任一方的修改都能在另一环境中得到反映，彻底解决了由于设计修改引起的图档更新问题。6464模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第五
64、章第五章 几何造型几何造型第一节第一节 几何造型的一般概念几何造型的一般概念一、机械CAD/CAM几何建模的概念1、几何建模的概念 CAD/CAM系统中的几何模型把三维实体的几何形状及其属性用合适的数据结构进行描述和存储，供计算机进行信息转换与处理的数据模型。 几何模型包含了三维形体的几何信息、拓扑信息以及其它的属性数据。 几何建模用计算机图形系统来表示和构造形体的几何形状，建立计算机内部模型的过程。 几何建模技术是CAD/CAM系统的核心，是实现CAD/CAM/CAE集成的基础。6565模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 采用三维实体造型技术来构造设计对象模型，不仅使设计过程直
65、观、方便，同时也为后续的应用，如物性计算、工程分析、数控加工编程及模拟、三维装配、运动仿真、动力学和运动学分析、渲染处理等提供了一个较好的产品数据化模型，对实现CAD/CAM技术的集成、保证产品数据的一致性和完整性提供了技术支持。（1）20世纪60年代，开始产生线框模型 ；（2）20世纪70年代，三维形体出现表面模型；（3）20世纪70年代末，出现实体模型 。2、几何建模技术的发展 实体造型通过简单体素的几何变换和并、交、差集合运算，生成各种复杂形体的建模技术。 几何模型为线框模型、表面模型、实体模型的统称，即形体的描述和表达是建立在几何信息和拓扑信息的处理基础上。6666模具模具CADCAM
66、CADCAM讲义课件讲义课件二、CAD/CAM几何建模技术的基本知识 1、几何信息 几何信息构成三维形体的各几何元素的形状、位置和大小。 几何信息可以用具体的数学表达式来进行定量描述，在实际应用中可以通过某些不等式对其边界加以限制。 2、拓扑信息 拓扑信息反映三维形体中几何元素的数量及其相互间连接关系。 几何元素间的连接关系是指：一个形体（Object）由哪些面（Face）组成，每个面上有几个环（Loop），每个环由哪些边（Edge）组成，每条边又由哪些点（Vertex）定义。 形体由点、边、环、面、体等各种不同的几何元素构成，其中点（V）、边（E）、面（F）为最基本的几何元素。6767模具模
67、具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件形体在计算机内采用六层拓扑结构进行定义。 （1）体由封闭表面围成的有效空间。 正则形体具有良好边界的形体。正则形体没有悬边、悬面，任意边没有两个以上的邻面。 （2）壳构成一个完整实体的封闭边界，是形成封闭的单一连通空间的一组面的结合。 一个连通的物体由一个外壳和若干个内壳构成。 （3）面由一个外环和若干个内环界定的不连通表面。 面有方向性，用外法失方向作为该面的正方向。4、形体的表示3、非几何信息 产品除描述实体几何信息、拓扑信息以外的信息。包括零件的物理属性和工艺属性等，如零件质量、性能参数、公差、加工粗糙度、技术要求等。6868模具模具CADCAM
68、CADCAM讲义课件讲义课件 外环确定面的最大边界的环。外环的边按逆时钟走向。 内环确定面内孔或凸台周界的环。内环的边按顺时钟走向。（5）边实体两个邻面的交界。 顶点不能孤立存在于实体内、实体外或面和边的内部。（4）环面的封闭边界，由有序、有向边的组合。 环不能自交，且有内外之分。 一条边有两个顶点，分别称为该边的起点和终点，边不能自交。（6）顶点边的端点，为两条或两条以上边的交点。6969模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件形体使用如右图所示的拓扑结构（形体使用如右图所示的拓扑结构（形体使用如右图所示的拓扑结构（形体使用如右图所示的拓扑结构（topologytopology） 顶
69、点顶点（Vertex）边边（Edge） 环环（Loop）面面（ Face ）壳壳（Shell） 体体（Object） 模型模型（Model）点点（Point）曲线曲线（Curve）表面表面（Surface）7070模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件5、正则集和正则集合运算正则集的数学定义： S = k i S式中，k表示闭包，i表示内部，S表示集合。 该公式的含义为：如果一集合S的内部闭包与原来的集合相等，则称此集合为正则集。 通常的交、并、差运算有可能产生非正则集。为此，定义一套正则化的集合算子并（*）、交（*）、差（*），以区别于常规的集合算子、与 ，保证在运算后仍产生正则集
70、，及保证形体的有效性。 实体造型中，通过布尔运算将一些基本体素合成复杂的形体。布尔运算是一种正则化的集合运算，它保证两个基本体素经过运算后所得结果是有意义的，并可进一步参与布尔运算。7171模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件6、欧拉公式 运用欧拉公式可以检验形体的合法性和一致性。（1）对于正则形体，其点（V）、边（E）、面（F）的个数满足欧拉公式： V E + F = 2（2）将三维封闭的空间分割成B个独立的多面体，则点、边、面、体的个数满足欧拉公式： V E + F B = 1（3）对于有G个孔洞的形体，相应的欧拉公式为： V E + F L = 2（B G）7272模具模具C
71、ADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第二节第二节 三维几何建模技术三维几何建模技术一、线框建模（Wire Frame Modeling ） 1、线框建模三维实体仅通过顶点和棱边来描述形体的几何形状。 2、线框模型中的数据结构由一个顶点表和一个棱边表组成。棱边表用来表示棱边和顶点的拓扑关系，顶点表用来记录各顶点的坐标值。 3、优点数据结构简单，信息量少，占用的内存空间小，对操作的响应速度快。 4、缺点由于线框模型只有棱边和顶点的信息，缺少面与边、面与体等拓扑信息，导致形体信息的描述不完整，容易产生多义性，不能正确表达曲面形体的轮廓线；不能进行消隐；不能产生剖视图；不能进行物性计算和求交计算；无
72、法检验实体的碰撞和干涉；无法生成数控加工的刀具轨迹和有限元网格的自动划分等。7373模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、表面建模（Surface Modeling ） 1、表面建模通过对物体各个表面或曲面进行描述的一种三维建模方法。 2、表面模型中的数据结构在线框模型的基础上，增加了面的有关信息和连接指针，除了顶点表和棱边表之外，增加了面表结构。 线框建模作为建模的基础与表面模型和实体模型密切配合，成为CAD建模系统中不可缺少的组成部分。 3、优点相对于线框模型而言，表面模型增加了面、边的拓扑关系，因而可以进行消隐处理、剖面图的生成、渲染、求交计算、数控刀具轨迹的生成、有限元网
73、格划分等作业。 4、缺点表面模型缺少体的信息以及体、面间的拓扑关系，无法区分面的哪一侧是体内或体外；不能进行物性计算和分析。 5、常见的曲面构造方法：平面、线性拉伸面、直纹面、回转面、扫成面、圆角面、等距面。7474模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、实体建模（Solid Molding ） 实体建模不仅描述了实体的全部几何信息，而且定义了所有点、线、面、体的拓扑信息。（一）实体建模的概念 （）能够方便地确定三维空间中在面的哪一侧存在实体，确定给定点的位置是处在实体的边界面上，还是在实体的内部或外部； （）利用实体建模系统可对实体信息进行全面完整的描述，能够实现消隐、剖切、有限
74、元分析、数控加工，对实体着色、光照及纹理处理，能够进行实体的外形计算等。优点：（二）几何形体的表示方法常用三维实体在计算机内的表示方法：基本体素表示法、扫描表示法、边界表示法、构造实体几何表示法、空间单元表示法。7575模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 基本体素表示法用一组参数来定义一族形状相似但大小不同的形体，如锥、柱、球、立方体等。 扫描表示法由一个二维图形或三维形体，在空间沿某一方向或脊椎线平移或绕某一轴线旋转来定义实体的方法。1、基本体素表示法 对基本体素的引用或比例变换只影响形体的几何形状，而不改变其拓扑信息。 基本体素表示法和其它构造方法相结合，可以构造出较复杂的形
75、体。2、扫描表示法3、边界表示法（Boundary Representation） 边界表示法即B-Rep法。通过构成实体的面、环、边、顶点的几何数据和拓扑关系数据在计算机中表示实体。7676模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件采用B-Rep表示实体的优点： 缺乏实体生成的过程信息，即该实体是由哪些基本体素定义的、是通过何种运算拼合而成的；存储数据量大，必须具有方便的用户界面才能建立起实体的所有边界信息。 采用B-Rep表示实体的缺点： 详细记录了构成形体的所有几何元素的几何信息和拓扑信息，有利于以面和边为基础的多种几何运算和操作，以及交、并、差集合运算，便于构造和表达具有复杂外形
76、的三维实体。7777模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 构造实体几何表示法即CSG表示法。用一棵有序的二叉树记录一个实体的所有组合基本体素以及正则集合运算和几何变换的过程。 CSG表示法的特点无二义性4、构造实体几何表示法（Constructive Solid Geometry） CSG的几何造型系统中，通常有两套数据结构：一套是由基本体素以及集合运算和几何变换所生成实体的二叉树的数据结构；另一套是描述这些体素的位置及其体、面、边、点的信息。 对于同一实体，其CSG二叉树的构造并不唯一，同一复杂结构可由不同的构造方法如protrusion、cut、copy等得来。 优点造型简单，
77、易于实现，可以方便地转换成其它的数据结构表示。 缺点不能存储最终实体的更详细的几何信息，必须经过运算转化为B-Rep表示后，才能对实体的点、边、面等信息进行查询和编辑。7878模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件CSG表示法与B-Rep表示法的综合运用采用CSG树作为用户的输入接口，同时在计算机内部采用B-Rep描述方法来记录三维形体的完整的几何信息和拓扑信息。 空间单元表示法用一系列规则的空间单元（或称“体元” ）来表示实体的一种方法。通常用体元重心处的坐标来表示一个空间单元，单元的大小决定了单元分解的精度。优点算法简单；容易实现并、交、差集合运算；易于检查实体间的碰撞干涉、便于
78、消隐和输出显示；具有物性计算和有限元计算的基础。空间单元表示法用于二维图形（四叉树数据结构）和空间三维实体（八叉树数据结构） 5、空间单元表示法 缺点需要大量的存储空间；不能表达各部分之间的拓扑关系；没有点、线、面等形体单元的概念；难以转化为B-Rep表示和CSG表示。7979模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第三节第三节 特征建模技术特征建模技术一、特征建模的概念特征从工程对象中高度概括和抽象后得到的具有工程语义的功能要素。它不仅包含了确定的几何形状信息，而且还含有如材料、尺寸公差和形位公差、粗糙度、装配要求以及工艺、管理等各种属性。特征建模通过特征及其集合进行定义、描述零件模
79、型的过程。特征本身是参数化的，在特征建模时，各个形状特征的位置和尺寸可以通过尺寸驱动方便地进行修改，其附属的属性也随之修改。 参数化（Parametric）造型技术的主要特点： 1、 基于特征； 2、全尺寸约束； 3、尺寸驱动设计修改； 4、全数据相关。8080模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、特征的分类与特征间的关系 从模具CAD/CAM的作业过程和要求来考虑，特征可分为形状特征 、精度特征 、材料特征 、技术特征 、装配特征 和管理特征 。在Pro/E软件中，有：拉伸特征、旋转特征、扫描特征、混成特征、孔特征、倒角特征、圆角特征、阵列特征、切割特征、肋特征、抽壳特征以及基
80、准面、基准轴、基准点等辅助特征。1、特征的分类（1）形状特征具有一定工程语义的几何形体，包含了这些形体的几何信息和拓扑信息。（2）精度特征用于描述零件上公称的几何形状允许的变化量，包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等信息。（3）材料特征用于描述与零件材料及热处理要求相关的信息，如零件的材料型号、性能、热处理要求和方式、表面处理方式和条件、硬度、检验方式等。8181模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件（4）技术特征用于描述零件的有关性能和技术要求。（5）装配特征用于描述零件在装配过程中要使用的信息和装配时的技术要求，如零件的配合关系、装配顺序和方式、装配要求等。（6）管理特征用于描述
81、零件的管理信息，如零件名、图号、批量、设计者、日期、未注粗糙度等。其中，精度特征、材料特征、技术特征、装配特征等四个与生产加工工艺相关的特征，统称为“工艺特征”。 一般有以下3种：（1）相邻关系在空间位置之间的相互关系。（2）从属关系在某一主特征上产生辅助特征（有时仅作为尺寸标注参考、几何图元平移等），辅助特征从属于主特征。（3）分布关系表示某类特征在空间按照某种方式所排列的关系。2、特征之间的关系8282模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、常见特征建模的方式基于特征的设计由设计人员调用特征造型系统中的特征，通过增加、删除和修改等操作建立零件特征模型的建模方式。 特征识别根据已
82、有的几何模型，通过一系列的算法对待识别的几何模型进行解释，识别出相应的形状特征，并加以定义，达到特征建模的目的。 特征识别方式：采用特征识别建立零件的特征模型过程比较复杂，且容易出错，对于复杂的零件甚至难以实现。 、基于特征的设计、特征识别 （1）交互式特征识别 （2）系统自动进行特征识别8383模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件3、特征映射根据工程应用环境的不同，有以下5种特征域： 特征的映射为使后续的应用能直接利用CAD系统的产品信息，就必须将设计特征映射为各种后续应用领域所需要的特征，这一过程称之为特征的映射。 特征的多视域造成了在CAD/CAPP/CAM系统间的特征及其信
83、息需求不同，阻碍了各系统之间信息的真正集成。 （1）设计特征域； （2）分析特征域； （3）工艺特征域； （4）制造特征域； （5）装配特征域。8484模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 本节内容作为课外上机内容。要求以某一产品或该产品的某个部件为原型，设计其三维模型，并输出二维图纸。具体要求如下： 1、完成各零、部件的几何造型（零件总数不少于两个）； 2、完成各零件的二维图； 3、完成产品或部件的装配图，并输出二维图. 第四节 几种CAD软件三维造型功能简介 模具模具CAD/CAM课程上机作业课程上机作业 班 级：模具_班 姓 名： 任课老师： 完成时间： 自己制作封面，将打印
84、的二维装配图、零件图及封面装订在一起。封面形式如下：8585模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第六章 CAD/CAM集成技术一、产生产生于20世纪80年代初。我国在20世纪80年代末开始兴起计算机集成制造技术，20世纪90年代已经在不少企业得到实际应用。CAD/CAPP/CAM集成分系统是CIMS的一个重要组成部分。二、CAD/CAM集成内容并非是各系统模块叠加式组合，而是通过不同数据结构的映射和数据交换，利用各种接口将CAD/CAPP/CAM的各个应用程序和数据库连接成一个集体化的整体。8686模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 CAD/CAM的集成涉及到网络集成
85、、功能集成和信息集成等诸多方面。 网络集成：解决异构和分布环境下网内和网间的设备互连、传输介质互用、网络软件互操作和数据互通信等问题。功能集成：保证各种应用互通互换、应用程序互操作以及系统界面一致性等。信息集成：是CAD/CAPP/CAM集成的核心，要解决异构数据源和分布环境下的数据互操作和数据共享等问题。信息集成的三种实现方式：1）通过专用格式文件的集成方式；2）通过标准格式数据文件的集成方式；3）利用公用工程数据库进行系统集成。8787模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、CAD/CAM集成的关键技术 20世纪90年代初，国际标准化组织开发了产品模型数据的交换标准（STEP，
86、Standard for the Exchange of Product Model Data）。1）产品建模技术。2）集成的数据管理技术。3）产品数据交换接口技术。四、产品数据交换标准20世纪70年代，美国国家标准和技术局开始研究初始化图形交换标准IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification），解决了图形几何信息的交换问题。1、IGES标准2、STEP标准8888模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件一、数控系统、计算机数控系统（一、数控系统、计算机数控系统（CNCCNC）的概念）的概念数控系统数字控制系统简称，NumericalControl
87、System。早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（HardNC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。第七章第七章 数控加工数控加工CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。计算机数控（Computerizednumericalcontrol,简称CNC）系统用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统组成由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成，核心是CNC装置。898
88、9模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件二、数控系统的分类二、数控系统的分类与传统专用型数控系统相比，结构上具备一些开放性，功能十分强大，如FANUC16i/18i,Simens840D,NumIO60等。根据系统硬件和软件组成及其结构形式分为以下4种类型:1、传统专用型数控系统硬件由数控系统生产厂家自行开发，具有很强的专用性，经过了长时间的使用，质量和性能稳定可靠，目前还占领着制造业的大部分市场。缺点:a.用户的应用、维修以及操作人员培训完全依赖于数控系统生产厂家，系统维护费用较高;b.系统功能的扩充以及更新完全依赖于公司的技术水平，周期比较长;c.大量市售廉价通用软硬件在专用数控
89、系统上无法使用，功能比较单一。2、PC嵌入NC结构的开放式数控系统缺点：但系统软硬件结构十分复杂，系统价格也十分昂贵，一般的中小型数控机床生产厂家没有经济能力去购买。9090模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件与前几种数控系统相比，全软件型开放式数控系统具有最高的性价比，因而最有生命力。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC、德国PowerAutomation公司的PA8000NT，以及NUM公司的NUM1020系统等。3、NC嵌入PC结构的开放式数控系统硬件部分由开放式体系结构的运动控制卡与PC机构成。运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能
90、力。如日本MAZAK公司用三菱电机的MELDASMAGIC64构造的MAZATROL640CNC。这种数控系统的开放性能比较好，并且对功能进行改进也比较方便，系统的控制功能主要由运动控制卡来实现，机床硬件发生改变时，只需要修改相应部分的控制软件，并且系统性价比也比较高，能够满足大多数的数控机床生产厂家的需要。4、全软件型的开放式数控系统一种最新型的开放式体系结构的数控系统，所有的数控功能(包括插补、位置控制等)全部都是由计算机软件来实现的。9191模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、数控加工编程发展历程：手工编程数控语言自动编程图形交互编程CAD/CAM集成系统编程其中后面三种
91、均为计算机辅助编程。9292模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件手工编程方法是编制加工程序的基础，也是机床现场加工调试的主要方法，对机床操作人员来讲是必须掌握的基本功，其重要性是不容忽视的。1、手工编程：从零件图纸分析、工艺处理、数值计算、编写程序单、程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。手工编程比较简单，容易掌握，适应性较强。适合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序，以及程序坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。9393模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件2、自动编程：是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控加工
92、程序的过程的过程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。特点：采用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，产生出零件加工程序单，并且对加工过程进行模拟。对于形状复杂，具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序，采用自动编程方法效率高，可靠性好。在编程过程中，程序编制人可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改。9494模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 当前，应用CAD/CAM系统进行数控编程已成为数控机床加工编程的主流。论文“基于Pro/ENC模块的图形交互式自动编程
93、”文章摘要：随着计算机技术的发展,图形交互式自动编程的应用越来越广泛,它可以直接将零件的几何图形信息转化为数控加工程序,极大地提高了数控编程的效率.文章介绍了利用Pro/engjneerNC模块进行图像交互式自动编程的工作流程,并以铣削实例对编程过程中的有关参数设置进行了分析说明.3、图形交互式自动编程：4、CAD/CAM集成系统编程由CAD系统所生成的产品数据模型将在CAM系统中直接转换为产品的加工模型，CAM系统可帮助产品制造工程师完成被加工零件的形面定义、刀具的选择、加工参数的设定、刀具轨迹的计算、数控加工程序的自动生成、加工模拟等数控编程的整个过程。9595模具模具CADCAMCADC
94、AM讲义课件讲义课件 取件位置 应避免工件材料内部组织及内应力对加工精度的影响； 切割路线的走向应选择注意材料变形的影响； 将起（终）点选在切割表面的拐角处，或选在精度要求不高的表面上，或选择容易修整的表面上。一、数控线切割编程中的工艺处理1、偏移量f的确定第五节第五节 数控电火花线切割加工的程序编制数控电火花线切割加工的程序编制采用快走丝机构，在V空=6080V时，一般Z=0.010.02mm。2、取件位置、切割路线走向及起点的选择9696模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 （1）适当的定位可以简化编程工作； （2）适当的夹具可以简化编程工作或扩大线切割机的使用范围。3、钼丝切
95、割轨迹的确定（1)直接加工零件时，钼丝切割轨迹通过公差带中心；(2)加工冷冲模的凸凹模时，切割轨迹偏离公差带中心，以延长模具的使用寿命；(3)当线切割分粗精两次完成，或有后续加工时，应留出加工余量:4、零件定位方式的确定与夹具选择5、辅助程序的规划辅助程序：引入程序、切出程序、超切程序和回退程序9797模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第八章第八章 注塑模具注塑模具CAD/CAM第一节第一节第一节第一节 注塑模注塑模注塑模注塑模CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM概述概述概述概述一、发展简史一、发展简史一、发展简史一、发展简史CAD、CAM的发展；CAE的发展。K.K.W
96、ang，美国康奈尔大学（Cornell）大学教授，C-MoldMoldflow。二、技术特点重点：注塑产品的造型、模具设计、绘图、数控加工数据的生成。传统的方法需要采用木模进行仿行加工，CAD/CAE/CAM的集成化从根本上改变了模具生产方式。CAE预测成型工艺参数、模具结构（流道系统；浇口位置、个数；冷却等）。CAM：模具型腔的几何数据刀具的曲面运动轨迹数控加工指令，省去了木模制作，提高精度贺效率。9898模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件三、工作内容1.制品的几何造型2.模腔表面的生成如何由制品形状准确地生成型腔（型芯）表面形状，仍然是当前的研究课题。3.模具结构设计4.标准
97、模架选择5.部装图、总装图的生成以“搭积木”的方式装配模具图。6.模具零件图的生成7.注塑工艺条件及注塑材料的选择熔体温度、模具温度、注射压力、注塑速率、保压压力、充填时间、熔体材料等；预测成型故障、制品缺陷。8.注塑流动及保压过程模拟熔体在流动过程中的动态图；不同时刻熔体（制品）在型腔内各处的温度、压力、剪切速率、切应力、最大锁模力等。9999模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 9. 9.冷却过程分析冷却过程分析 采用边界元法分析模具的冷却过程；用有限差分法分析制品采用边界元法分析模具的冷却过程；用有限差分法分析制品沿模壁垂直方向的一维热传导；用经验公式描述冷却水在管道中的沿模
98、壁垂直方向的一维热传导；用经验公式描述冷却水在管道中的导热。目的：缩短模具冷却时间；改善制品在冷却过程中的温度分导热。目的：缩短模具冷却时间；改善制品在冷却过程中的温度分布不均匀性。布不均匀性。 10. 10.力学分析力学分析 采用有限元法计算模具在注塑成型过程中最大的变形和应力，采用有限元法计算模具在注塑成型过程中最大的变形和应力，以检验模具的刚度和强度；对制品进行翘曲分析等。以检验模具的刚度和强度；对制品进行翘曲分析等。 11. 11.数控加工数控加工 自动编程，生成机床数控线切割指令、曲面的三轴、五轴数自动编程，生成机床数控线切割指令、曲面的三轴、五轴数控铣削刀具轨迹以及相应的控铣削刀具
99、轨迹以及相应的NCNC代码，刀具实时加工路径模拟代码，刀具实时加工路径模拟 。 100100模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第二节第二节 注塑模具结构注塑模具结构 一、注塑模结构CAD的工作流程分析：图10-2“小型精密多腔注塑模结构软件工作流程”，这也是典型的模具设计工作流程。二、标准模架的选择分析：图10-3“标准模架的组成”、图10-5“标准模架选择程序流程图”。三、型腔与型芯形状的生成分析：图10-7“型腔与型芯形状生成流程见图”。四、型腔模与型芯模的生成采用ProE软件进行模具设计，可实现自动生成型腔、型芯；采用EMX外挂，可以进行模架（斜导柱等）的设计与装配。101
100、101模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件第九章第九章 冲裁模冲裁模CAD/CAM 20世纪60年代，CAD应用于飞机机身和汽车车身的研究；1973年，美国的DIECOMP公司研制成功PDDC连续模CAD系统；1977年，美国OBERG公司开始采用CAD/CAM系统，设计制造复杂精密的冲压模具。此外，日本、德国和意大利等国的一些研究单位和公司都在冲模CAD/CAM的研究和应用中做了大量工作。目前，国内有多种冲模CAD软件，而现有CAD/CAM系统如ProE、UG等都能进行冲模设计，其中ProE的冲模外挂名为PDX（注塑模的外挂为EMX）。102102模具模具CADCAMCADCAM
101、讲义课件讲义课件 1. 1.复杂模具的几何造型；复杂模具的几何造型； 2. 2.工艺设计、分析计算；工艺设计、分析计算； 3. 3.建立标准模具零件和结构的图形库；建立标准模具零件和结构的图形库； 4. 4.绘图、输出模具零件图和装配图；绘图、输出模具零件图和装配图； 5. 5.有限元分析、优化设计；有限元分析、优化设计； 6. 6.模具加工工艺设计、模具加工工艺设计、NCNC编程。编程。冲模冲模CAD/CAM的作用：的作用：103103模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 冲裁模冲裁模CAD/CAMCAD/CAM系统可用于简单模、复合模、连续模的设计制系统可用于简单模、复合模、连
102、续模的设计制造当中，将产品零件图输入计算机系统后，系统可以完成工艺分析造当中，将产品零件图输入计算机系统后，系统可以完成工艺分析计算和模具结构设计，绘制模具零件图和装配图，完成数控线切割计算和模具结构设计，绘制模具零件图和装配图，完成数控线切割编程。编程。第一节第一节 冲裁模冲裁模CAD/CAM系统的结构与功能系统的结构与功能 一、系统的结构一、系统的结构一、系统的结构一、系统的结构 1. 1.系统的硬件配置系统的硬件配置 2. 2.系统的软件结构系统的软件结构 系统的软件主要由应用程序、数据库、图形库、绘图软件等系统的软件主要由应用程序、数据库、图形库、绘图软件等部分组成。部分组成。 数据库
103、采用数据库采用DBASEDBASE关系型数据库管理系统，库内存放了工艺关系型数据库管理系统，库内存放了工艺设计参数、模具结构参数、标准零件尺寸、公差、材料性能等数据。设计参数、模具结构参数、标准零件尺寸、公差、材料性能等数据。 图形软件包括图形基本软件和应用软件。图形软件包括图形基本软件和应用软件。 应用程序包括简单模、复合模、连续模的工艺设计计算、模应用程序包括简单模、复合模、连续模的工艺设计计算、模具结构设计、线切割具结构设计、线切割NCNC编程等。编程等。 结构图如下页所示。结构图如下页所示。104104模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件冲裁模CAD/CAM系统的软件结构：
104、数据库DBASE应用程序工艺计算模具结构设计NC自动编程图形软件三维图形基本软件标准图形库汉字库自动绘图纸带穿孔105105模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 分析图分析图8-3 “8-3 “冲裁模冲裁模CAD/CAMCAD/CAM系统的流程系统的流程” ”。其中，复合模为一。其中，复合模为一个分支，简单模与连续模为另一个分支。个分支，简单模与连续模为另一个分支。 产品零件图的输入方法有产品零件图的输入方法有3 3种：编码法、面素拼合法、交互式输种：编码法、面素拼合法、交互式输入法。大多数冲模入法。大多数冲模CAD/CAMCAD/CAM采用交互式图形输入法。采用交互式图形输入法。
105、 工艺性判别模块：工艺性判别模块： 以自动搜索和判断的方式分析冲裁件的工艺性，如零件不适以自动搜索和判断的方式分析冲裁件的工艺性，如零件不适合冲裁，则给出零件图修改提示。合冲裁，则给出零件图修改提示。 毛坯排样模块：毛坯排样模块： 以材料利用率为目标函数，进行排样的优化设计，可完成单以材料利用率为目标函数，进行排样的优化设计，可完成单排、双排、调头双排等不同方式的排样。排、双排、调头双排等不同方式的排样。 工艺方案的选择：工艺方案的选择： 通过交互的方式，决定采用简单模、复合模或连续模。通过交互的方式，决定采用简单模、复合模或连续模。 数控线切割自动编程模块：数控线切割自动编程模块： 选择穿丝
106、孔位置和直径，确定起割点，计算金属丝的运动轨选择穿丝孔位置和直径，确定起割点，计算金属丝的运动轨迹，完成迹，完成NCNC编程。编程。二、系统的功能与流程：二、系统的功能与流程：二、系统的功能与流程：二、系统的功能与流程：106106模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。已能生产单套重量达50多吨的大型冲压模具；国内也能生产为中档轿车配套的覆盖件模具了；精度达到1-2m，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产；表面粗糙度达到Ra1.5m的精冲模，大尺寸（300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。冲压模具冲压模具CAD/
107、CAM技术状况技术状况107107模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统；我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统
108、于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽一汽一汽一汽和成飞成飞成飞成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。冲压模具冲压模具CAD/CAM技术的发展与应用技术的发展与应用108108模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件“八五”（1991-1995）、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司的Pro/Engin
109、109109eer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图（DieLayout图）的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。冲压模具冲压模具CAD/CAM技术的发展与应用技术的发展与应用109109模
110、具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件快速原型快速原型快速原型快速原型(RP)(RP)与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具靠样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无无无无模多点成型模多点成型模多点成型模多点成型及激光冲击和电磁成
111、型激光冲击和电磁成型激光冲击和电磁成型激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。冲压模具冲压模具CAD/CAM技术的发展与应用技术的发展与应用110110模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件目前，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步。吉林大学吉林大学吉林大学吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件； 华中科技大学华中科技大学华中科技大学华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件；上海交通大学上海交通大学上海交通大
112、学上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件；冲压成型CAECAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学华中科技大学华中科技大学华中科技大学、吉林大学吉林大学吉林大学吉林大学、湖南大学湖南大学湖南大学湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。冲压模具冲压模具CAD/CAM技术的发展与应用技术的发展与应用111111模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件(1)(1)全面推广全面推广全面推广全面推广CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE技术技术技术技术模具CAD/CAM
113、/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)(2)高速铣削加工高速铣削加工高速铣削加工高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的
114、活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。冲压模具制造技术发展趋势：冲压模具制造技术发展趋势：112112模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件(3)(3)模具扫描及数字化系统模具扫描及数字化系统模具扫描及数字化系统模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。 (4)(
115、4)电火花铣削加工电火花铣削加工电火花铣削加工电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。113113模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件(5)(5)提高模具标准化程度提高模具标准化程度提高模具标准化程度提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)(6
116、)优质材料及先进表面处理技术优质材料及先进表面处理技术优质材料及先进表面处理技术优质材料及先进表面处理技术选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。114114模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件 (7) (7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具研磨抛光将自动化、智能化模具研磨抛光将自动化、智能化模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)(8)模具自动加工系统的发展模具自动加工系统的发展模具自动加工系统的发展模具自动加工系统的发展这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。115115模具模具CADCAMCADCAM讲义课件讲义课件
