模具CADCAM基础(1)

1、 支撑软件 应用软件 系统软件 生产设备 外围设备 计算机 软件 人 硬件 CAD/CAM系统 CAD/CAM系统组成 6 图形输出设备 图形显示器 绘图机 打印机 计算机主机 中央处理器 内存储器 图形输入设备 键盘 鼠标 数字化仪 图形输入板 扫描仪 自动化生产设备 数控机床、搬运机械、 机器人、自动测量装置 网络设备 网卡、传输介质、调制解调器 外存储器 硬盘、软盘、光盘、磁带 1.2.2 1.2.2 模具模具CAD/CAMCAD/CAM系统的硬件系统的硬件1 1计算机主机计算机主机2 2外存储器外存储器3 3输入设备输入设备4 4输出设备输出设备5 5网络互联设备网络互联设备6 6测量

2、设备测量设备CAD/CAM系统的硬件组成 应用软件 支撑软件 系统软件 计算机硬件 CAD/CAM系统的软件层次关系81. 1. 系统软件系统软件主要包括三大部分：操作系统、编程语言系统和网络通信及其管理软件。主要包括三大部分：操作系统、编程语言系统和网络通信及其管理软件。操作系统操作系统是系统软件的核心，是是系统软件的核心，是CAD/CAMCAD/CAM系统的灵魂，它控制和指挥计算机的软件资源和硬件资源。系统的灵魂，它控制和指挥计算机的软件资源和硬件资源。其主要功能是硬件资源管理、任务队列管理、硬件驱动程序、定时分时系统、基本数学计算、其主要功能是硬件资源管理、任务队列管理、硬件驱动程序、定

3、时分时系统、基本数学计算、日常事务管理、错误诊断与纠正、用户界面管理和作业管理等。操作系统依赖于计算机系统日常事务管理、错误诊断与纠正、用户界面管理和作业管理等。操作系统依赖于计算机系统的硬件，用户通过操作系统使用计算机，任何程序需经过操作系统分配必要的资源后才能执的硬件，用户通过操作系统使用计算机，任何程序需经过操作系统分配必要的资源后才能执行。目前流行的操作系统有行。目前流行的操作系统有WindowsWindows、UNIXUNIX、LinuxLinux等。等。编程语言系统编程语言系统主要完成源程序编辑、库函数及管理、语法检查、代码编译、程序连接与执行。按照程主要完成源程序编辑、库函数及管

4、理、语法检查、代码编译、程序连接与执行。按照程序设计方法的不同，可分为结构化编程语言和面向对象的编程语言；按照编程时对计算机硬序设计方法的不同，可分为结构化编程语言和面向对象的编程语言；按照编程时对计算机硬件依赖程度的不同，可分为低级语言和高级语言。目前广泛使用面向对象的编程语言，如件依赖程度的不同，可分为低级语言和高级语言。目前广泛使用面向对象的编程语言，如Visual C+Visual C+、Visual BasicVisual Basic、JavaJava等。等。网络通信及其管理软件网络通信及其管理软件主要包括网络协议、网络资源管理、网络任务管理、网络安全管理、通信浏览工具等内主要包括网

5、络协议、网络资源管理、网络任务管理、网络安全管理、通信浏览工具等内容。国际标准的网络协议方案为容。国际标准的网络协议方案为“开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型”（OSIOSI），它分为七层：应用层、），它分为七层：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。目前表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。目前CAD/CAMCAD/CAM系统中流行的主要系统中流行的主要网络协议包括网络协议包括TCP/IPTCP/IP协议、协议、MAPMAP协议、协议、TOPTOP协议等。协议等。9 2 2支撑软件支撑软件 1 1）功能单一型支撑软件）功能单一型支撑软件(1) (1)

6、 交互式绘图软件交互式绘图软件 : :这类软件主要以交互方法完成二维工程图样的生成和绘制，具有这类软件主要以交互方法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；具有尺寸驱动参数化绘图功能；图形的编辑、变换、存储、显示控制、尺寸标注等功能；具有尺寸驱动参数化绘图功能；有较完备的机械标准件参数化图库等。这类软件绘图功能很强、操作方便、价格便宜。有较完备的机械标准件参数化图库等。这类软件绘图功能很强、操作方便、价格便宜。在微机上采用的典型产品是在微机上采用的典型产品是AutoCADAutoCAD以及国内自主开发的以及国内自主开发的CAXACAXA电子图板、电子

7、图板、PICADPICAD、高华、高华CADCAD等。等。(2) (2) 三维几何建模软件三维几何建模软件: :这类软件主要解决零部件的结构设计问题，为用户提供完整准这类软件主要解决零部件的结构设计问题，为用户提供完整准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具，具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计确地描述和显示三维几何形状的方法和工具，具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算、参数化特征造型及装配和干涉检验等功能，具有简单曲面造型功能，算、质量特性计算、参数化特征造型及装配和干涉检验等功能，具有简单曲面造型功能，价格适中，易于学习掌握。这类软件目前在国内的应弥饕价格适中，易于学习掌握

8、。这类软件目前在国内的应弥饕MDTMDT、SolidWorksSolidWorks和和SolidEdgeSolidEdge为主。为主。102 2支撑软件支撑软件1 1）功能单一型支撑软件）功能单一型支撑软件(3) (3) 工程计算与分析软件工程计算与分析软件: :这类软件的功能主要包括基本物理量计算、基本力学参数计算、这类软件的功能主要包括基本物理量计算、基本力学参数计算、产品装配、公差分析、有限元分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析及仿真与模产品装配、公差分析、有限元分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析及仿真与模拟等，有限元分析是核心工具，包括前置处理、计算分析和后置处理拟等，有

9、限元分析是核心工具，包括前置处理、计算分析和后置处理3 3部分。前置处理的功部分。前置处理的功能是：几何建模，模型分割，自动生成有限元网格，网格的连接、修改、变换、加密，有能是：几何建模，模型分割，自动生成有限元网格，网格的连接、修改、变换、加密，有关机械特性、载荷、约束等的处理以及输入功能。计算分析程序的功能是：形成刚度矩阵关机械特性、载荷、约束等的处理以及输入功能。计算分析程序的功能是：形成刚度矩阵和载荷矩阵，求解方程组，计算应力、应变。后置处理的功能是：将计算分析结果转变为和载荷矩阵，求解方程组，计算应力、应变。后置处理的功能是：将计算分析结果转变为变瓮肌变瓮肌雀呦咄肌雀呦咄肌洳噬洳噬

10、家约坝家约坝淝叩取淝叩取目前比较著名的数值计算与模拟分析软件有目前比较著名的数值计算与模拟分析软件有ANSYSANSYS、DynaformDynaform、DeformDeform、MoldflowMoldflow、SAPSAP、ADINAADINA、Auto formAuto form、IndeedIndeed、Pam-stampPam-stamp、OptrisOptris、IsopunchIsopunch、MARCMARC、NASTRANNASTRAN、ADAMSADAMS等。等。(4) (4) 数控编程软件数控编程软件: :这类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、这

11、类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。应用较多的有后置处理及切削加工模拟等功能。应用较多的有CimatronCimatron、MasterCAMMasterCAM、SmartCAMSmartCAM、SurfCAMSurfCAM及及CAXACAXA制造工程师等。制造工程师等。(5) (5) 数据库管理系统数据库管理系统: :工程数据库是工程数据库是CAD/CAMCAD/CAM集成系统的重要组成部分，工程数据库管理集成系统的重要组成部分，工程数据库管理系统能够有效地存储、管理和使用工程数据，支持各子系统间的数据传递与共享。工程数系统能够有效地存储

12、、管理和使用工程数据，支持各子系统间的数据传递与共享。工程数据库管理系统的开发可在通用数据库管理系统基础上，根据工程特点进行修改或补充。目据库管理系统的开发可在通用数据库管理系统基础上，根据工程特点进行修改或补充。目前比较流行的数据库管理系统有前比较流行的数据库管理系统有ORACLEORACLE、SYBASESYBASE、FOXPROFOXPRO、FOXBASEFOXBASE等。等。112 2支撑软件支撑软件2 2）功能集成型支撑软件）功能集成型支撑软件(1) Pro/Engineer:(1) Pro/Engineer:美国美国PTCPTC（Parametric Technology Corp

13、orationParametric Technology Corporation）公司的）公司的著名产品。著名产品。PTCPTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械设计自动化的传统观念，变了机械设计自动化的传统观念，Pro/EPro/E包括包括7070多个专用功能模块，如实体模型、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、特征建模、装配建模、曲面建模、工程图制作、模具设计、NCNC数控加工、逆向工数控加工、逆向工程、有限元分析、产品数据管理等，具有较完整的数据交换转换器。

14、被称为新一程、有限元分析、产品数据管理等，具有较完整的数据交换转换器。被称为新一代代CADCADCAM /CAECAM /CAE系统。系统。(2) Unigraphics :(2) Unigraphics :美国美国UGSUGS（Unigraphics SolutionsUnigraphics Solutions）公司的旗舰产品。采）公司的旗舰产品。采用将参数化和变量化技术与实体、线框和表面功能融为一体的复合建模技术，其用将参数化和变量化技术与实体、线框和表面功能融为一体的复合建模技术，其主要优势是三维曲面、实体建模和数控编程功能，具有较强的数据库管理和有限主要优势是三维曲面、实体建模和数控编

15、程功能，具有较强的数据库管理和有限元分析前后处理功能以及界面良好的用户开发工具。元分析前后处理功能以及界面良好的用户开发工具。UGUG汇集了美国航空航天业及汇集了美国航空航天业及汽车业的专业经验，现已成为世界一流的集成化机械汽车业的专业经验，现已成为世界一流的集成化机械CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE软件，并被多软件，并被多家著名公司选作企业计算机辅助设计、制造和分析的标准。家著名公司选作企业计算机辅助设计、制造和分析的标准。122 2支撑软件支撑软件2 2）功能集成型支撑软件）功能集成型支撑软件(3) I-DEAS:(3) I-DEAS:美国美国SDRCSDRC（Structur

16、e Dynamics Research CorporationStructure Dynamics Research Corporation）公司（现已归属）公司（现已归属UGSUGS公司）的主打产品。公司）的主打产品。SDRCSDRC公司创建了变量化技术，并将其应用于三维实体建模中，进而公司创建了变量化技术，并将其应用于三维实体建模中，进而创建了业界最具革命性的创建了业界最具革命性的VGXVGX超变量化技术。超变量化技术。I-DEASI-DEAS是高度集成化的是高度集成化的CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM软件，其动态引导器帮助用户以极高的效率，在单一数软件，其动态引导器帮助用户以

17、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。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。I-DEASI-DEAS在在CAD/CAECAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含很强的工程分析和工程测试功能。一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含很强的工程分析和工程测试功能。(4) CATIA:(4) CATIA:由法国由法国Dassault SystemDassault System公司与公司与IBMIBM合作研发，是较早面市的著名的三维合作研发，是较早面市的著名的三维CAD/CAM/CAECAD/CAM/CAE软件

18、产品，目前主要应用于机械制造、工程设计和电子行业。软件产品，目前主要应用于机械制造、工程设计和电子行业。CATIACATIA率先采用率先采用自由曲面建模方法，在三维复杂曲面建模及其加工编程方面极具优势。自由曲面建模方法，在三维复杂曲面建模及其加工编程方面极具优势。133 3应用软件应用软件 应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针对专门应用领域应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上，针对专门应用领域的需要而研制的软件。如机械零件设计软件、机床夹具的需要而研制的软件。如机械零件设计软件、机床夹具CADCAD软件、冷冲压软件、冷冲压模具模具CAD/CAMCAD/CAM软件等。这类软件通常由用户结

19、合当前设计工作需要自行开软件等。这类软件通常由用户结合当前设计工作需要自行开发或委托软件开发商进行开发。能否充分发挥发或委托软件开发商进行开发。能否充分发挥CAD/CAMCAD/CAM系统的效益，应用系统的效益，应用软件的技术开发是关键，也是软件的技术开发是关键，也是CAD/CAMCAD/CAM工作者的主要任务。应用软件开发工作者的主要任务。应用软件开发可以基于支撑软件平台进行二次开发，也可以采用常用的程序设计工具可以基于支撑软件平台进行二次开发，也可以采用常用的程序设计工具进行开发。目前常见的支撑软件均提供了二次开发工具，如进行开发。目前常见的支撑软件均提供了二次开发工具，如AutoCADA

20、utoCAD的的AutolispAutolisp、Pro/EPro/E的的ProtoolkitProtoolkit、UGUG的的GRIPGRIP等。为保证应用技术的先进性等。为保证应用技术的先进性和开发的高效性，应充分利用已有和开发的高效性，应充分利用已有CAD/CAMCAD/CAM支撑软件的技术和二次开发工支撑软件的技术和二次开发工具。需要说明的是，应用软件和支撑软件之间并没有本质的区别，当某具。需要说明的是，应用软件和支撑软件之间并没有本质的区别，当某一行业的应用软件逐步商品化形成通用软件产品时，也可以称之为一种一行业的应用软件逐步商品化形成通用软件产品时，也可以称之为一种支撑软件支撑软件

21、。141.3.1 发展历程发展历程 1 1CADCAD技术的发展过程技术的发展过程(1)(1)2020世纪世纪5050年代后期至年代后期至7070年代初期，此阶段为初级阶段年代初期，此阶段为初级阶段线框造型技术。线框造型技术。(2)(2)2020世纪世纪7070年代初期至年代初期至8080年代初期，此阶段是第一次年代初期，此阶段是第一次CADCAD技术革命技术革命曲面曲面( (表面表面) )造造 型技术。型技术。(3)(3)2020世纪世纪8080年代初期至年代初期至8080年代中期，此阶段是第二次年代中期，此阶段是第二次CADCAD技术革命技术革命实体造型阶实体造型阶段。段。(4)(4)20

22、20世纪世纪8080年代中期至年代中期至9090年代初期，此阶段是第三次年代初期，此阶段是第三次CADCAD技术革命技术革命参数化技术。参数化技术。(5)(5)2020世纪世纪9090年代初期至今，此阶段是第四次年代初期至今，此阶段是第四次CADCAD技术革命技术革命变量化技术。变量化技术。 2 2CAECAE技术的发展过程技术的发展过程(1)(1)2020世纪世纪60607070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，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，以解决航空航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。以解决航空航天技术发展过程中遇到

23、的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。(2)(2)2020世纪世纪70708080年代是年代是CAECAE技术蓬勃发展时期，分析软件的开发主要集中在计算精技术蓬勃发展时期，分析软件的开发主要集中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且有限元有限元分析分析技术在结构和场分析领域获得了很大的成功。技术在结构和场分析领域获得了很大的成功。(3)(3)2020世纪世纪9090年代年代CAECAE技术逐渐成熟壮大，软件的发展向各技术逐渐成熟壮大，软件的发展向各CADCAD软件的专用接口和增强软件的专

24、用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。软件的前后置处理能力方向发展。15 3 3CAMCAM技术的发展过程技术的发展过程(1) 1952(1) 1952年美国麻省理工学院（年美国麻省理工学院（MITMIT）首次试制成功了数控铣床，通过数控程序对零件）首次试制成功了数控铣床，通过数控程序对零件进行加工，随后进行加工，随后MITMIT研制开发了自动编程语言（研制开发了自动编程语言（APTAPT），通过描述走刀轨迹的方法来实现），通过描述走刀轨迹的方法来实现计算机辅助编程，标志着计算机辅助编程，标志着CAMCAM技术的开端。技术的开端。(2) (2) 在制造领域中，在制造领域中，19621962

25、年研制成功了世界上第一台机器人，实现物料搬运自动化，年研制成功了世界上第一台机器人，实现物料搬运自动化，19651965年产生了计算机数控机床年产生了计算机数控机床CNCCNC系统，系统，19661966年以后出现了采用通用计算机直接控制多年以后出现了采用通用计算机直接控制多台数控机床台数控机床DNCDNC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。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(3) 20世纪世纪7070年代，美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统（年代，美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统（FMSFMS），将），将CAD/CA

26、MCAD/CAM技术推向了新的阶段。技术推向了新的阶段。(4) 20(4) 20世纪世纪8080年代，年代，CADCAD与与CAMCAM相结合，形成了相结合，形成了CAD/CAMCAD/CAM集成技术，导致了新理论、新算集成技术，导致了新理论、新算法的大量涌现。法的大量涌现。2020世纪世纪8080年代后期，人们认识到计算机集成制造（年代后期，人们认识到计算机集成制造（CIMCIM）的重要性，开）的重要性，开始强调信息集成，出现了计算机集成制造系统始强调信息集成，出现了计算机集成制造系统CIMSCIMS（Computer Integrated Computer Integrated Manuf

27、acturing SystemManufacturing System），此外，并行工程），此外，并行工程CECE（Concurrent EngineeringConcurrent Engineering）、敏捷制）、敏捷制造造AMAM（Agile ManufacturingAgile Manufacturing）、虚拟制造）、虚拟制造VM (Virtual Manufacturing)VM (Virtual Manufacturing)等先进的制造等先进的制造模式包容了更为广泛的信息集成，将模式包容了更为广泛的信息集成，将CAD/CAMCAD/CAM这个重要的基础核心技术推向了更高的层这个重

28、要的基础核心技术推向了更高的层次。次。161.3.2 在模具行业中的应用在模具行业中的应用 1 1CADCAD/ /CAECAE技术和模具结构设计技术和模具结构设计 (1) (1) 草图重建技术草图重建技术 。(2) (2) 曲面特征设计。曲面特征设计。(3) (3) 变量装配设计技术变量装配设计技术 。(4) (4) 真实感技术。真实感技术。 2 2CADCAD/ /CAECAE技术和模具结构技术和模具结构分析分析(1) (1) 强度和刚度分析。强度和刚度分析。(2) (2) 抗冲击试验模拟抗冲击试验模拟 。(3) (3) 跌落试验模拟。跌落试验模拟。(4) (4) 散热能力分析。散热能力分

29、析。(5) (5) 疲劳和蠕变分析。疲劳和蠕变分析。 3 3CADCAD/ /CAECAE技术和模具技术和模具成型仿真成型仿真(1) (1) 冷冲压成型。冷冲压成型。(2) (2) 热作成型。热作成型。 三坐标抄数机数控车床普通铣床与数控铣床 磨床电火花机床及工作原理线切割机床及工作原理注塑机 191.4.1 CAD/CAM技术的发展趋势技术的发展趋势 集成化、网络化、智能化和标准化集成化、网络化、智能化和标准化1.4.2 我国模具工业的发展趋势我国模具工业的发展趋势模具日趋大型化。模具日趋大型化。模具的精度将愈来愈高。模具的精度将愈来愈高。1010年前精密模具的精度一般为年前精密模具的精度一

30、般为5m5m，现已达到，现已达到2 23m3m，1m1m精度精度的模具也将上市。的模具也将上市。多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展

31、。随之发展。标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，提高模具的质量和降低模具制造成本。提高模具的质量和降低模具制造成本。快速经济模具的前景十分广阔。快速经济模具的前景十分广阔。随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。和复杂程度也将提出越来越高的要求。以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。复杂程度和精度不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。模具技术含量将不断提高。模具技术含量将不断提高。201.4.3 今后需大力发展的模具产品今后需大力发展的模具产品汽车覆盖件模具汽车覆盖件模具( (轿车所需轿车所需) )。精密冲压模具精密冲压模具( (多工位级进模、精冲模多工位级进模、精冲模) )。大型塑料模具大型塑料模具( (用于汽车和家电用于汽车和家电) )。精密塑料模具精密塑料模具( (塑封模，多层、多腔、多材质、多色、薄壁精密塑料模塑