单元103UG级进模具设计概述

学习情境4级进模具三维设计单元1UG级进模具设计概述成型件级进模具三维设计多工位级进模具三维排样设计UG级进模具设计概述3冲裁件级进模具三维设计CAD/CAM概念CAD/CAM:ComputerAidedDesign/Manufacturing是以计算机软硬件及NC设备作为支持环节，通过各个功能模块实现对产品的描述、计算、分析、优化、绘图、工艺设计、加工仿真及NC（NumericalControl）加工的系统。难点：CAD：建模、几何造型（专业知识）CAM：如何制定加工工艺，而不是如何编写数控程序CAD/CAM分类按功能分类：通用CAD/CAM系统专用CAD/CAM系统按运行方式分类：自动化CAD/CAM系统交互式CAD/CAM系统计算机在设计与制造中起辅助作用：数值计算数据存储图样绘制

CAD/CAM技术的优点1.2.3.4.提高产品的设计水平和加工精度提高劳动生产率大幅降低成本将技术人员从繁重的、重复性的工作中解放出来CAD/CAM技术应用到模具设计与制造中使：模具质量提高2-5倍，成本下降15％-30％，所用时间降低30％-60％。与传统设计加工相比较：（美国工程学会）CAD

技术发展历程一1.

第一次CAD技术革命──“贵族化”的曲面造型系统

60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统

进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展（冷战、军工）

法国人提出了贝赛尔算法、三维曲面造型系统CATIA

此时的CAD技术价格极其昂贵

80年代初，几乎全世界所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的CATIA，其结果是CATIA跃居制造业CAD软件榜首代表产品：CV

由美国波音(Boeing)公司支持

CADAM

由美国洛克希德(Lochheed)公司支持I-DEAS

由美国国家航空及宇航局(NASA)支持

UG

由美国麦道(MD)公司开发

CATIA

由法国达索(Dassault)公司开发

CAD技术起步于50年代后期

CAD的含义仅仅是图板的替代品二维绘图为主要目标的算法一直持

续到70年代末期

CAD

技术发展历程二2.

第二次CAD技术革命──生不逢时的实体造型技术

CV、UG、SDRC为代表的系统开始朝各自的发展方向前进

表面模型的优劣：CAM的问题基本解决、表达了主要的几何信息。只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件质量、重心、惯性矩等，对CAE十分不利。（星球大战计划）SDRC公司（受星球大战计划支持）于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件──I-DEAS

精确表达零件的全部属性

数据计算量的极度膨胀、反映还不强烈、分道扬镳SDRC公司与幸运之神擦肩而过，失去了一次大飞跃的机会CV公司最先在曲面算法上取得突破、一跃成为CAD领域的领导者在以后的10年里，随着硬件性能的提高，实体造型技术又逐渐为众多CAD系统所采用CAD

技术发展历程三3.

第三次CAD技术革命──

一鸣惊人的参数化技术

之前的实体化造型是无约束自由造型

。80年代中期，CV公司内部以高级副总裁为首的一批人提出参数化实体造型方法：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改CV内部展开了激烈的争论、否决了参数化技术方案集体离开了CV公司，另成立了一个参数技术公司(Parametric

Technology

Corp.)，于1988年推出Pro/E的参数化软件参数化技术的成功应用使设计效率大大提高，在90年前后几乎成为CAD业界的标准

PTC先行挤占低端的AutoCAD市场、继而PTC又试图进入高端CAD市场，与CATIA、I-DEAS、CV、UG等群雄逐鹿，一直打算进入汽车及飞机制造业市场。很多企业将目光投向了中档的Pro/E软件CV、CATIA、UG公司的参数化复合建模技术CAD

技术发展历程四4.

第四次CAD技术革命──

更上一层楼的变量化技术

SDRC公司的抉择“全尺寸约束”这一硬性规定就干扰和制约着设计者创造力及想象力的发挥

,“一定要全约束吗？”“欠约束能否将设计正确进行下去？”

SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术──变量化技术三年磨一剑，于1993年推出I-DEAS

Master

Series软件。在早期出现的大型CAD软件中，这是唯一一家在90年代将软件彻底重写的厂家。

SDRC攻克了许多难题，逐步完善了变量化技术：I-DEAS

MS

1

用主模型技术统一数据表达，变量化构画草图；I-DEAS

MS

2

变量化截面整形；I-DEAS

MS

3

变量化方程；I-DEAS

MS

4

变量化扫掠(曲面)；

I-DEAS

MS

5

变量化三维特征，VGX；I-DEAS

MS

6

变量化装配等。启示：决定软件先进性及生命力的主要因素是软件基础技术，而并非特定的应用技术。

CAD

的核心建模技术一1线框几何模型(ＷｉｒｅｆｒａｍｅＭｏｄｅｌ)

线框几何模型起步于50年代末-60年代它以线段、圆、弧及一些简单的曲线为描述对象,利用产品形体的棱边和顶点来表示产品的几何形状.

它只能表达简单的几何信息,不能有效地表达几何数据间的拓扑关系不能提供形体的表面信息,ＣＡＭ无法实现.这一时期流行的软件有ＡＰＰＬＩＣＯＮ、ＣＡＤＡＭ、ＤＲＡＷＢＡＳＥ等,均基于线框造型.

CAD

的核心建模技术二2表面几何模型(ＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｅｌ)

表面造型的产生应归因于航空业与汽车业的迅猛发展.

Ｂｅｚｉｅｒ与Ｔｉｌｌｅｒ的非均匀有理Ｂ样条(ＮＵＲＢＳ)方法

表面几何模型可以满足曲面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等应用

只能表达形体的表面信息,对有限元及零件的物性计算等方面无从开展,满足不了工程优化设计的需求.

ＣＡＴＩＡ---由法国达索(Ｄａｓｓａｕｌｔ)飞机制造公司，后并入IBM。ＣＡＤＡＭ---美国洛克希德(Ｌｏｃｈｈｅｅｄ)公司开发.

ＣＶ---Ｃｏｍｐｕｔｅｒｖｉｓｉｏｎ(简称ＣＶ)公司,美国波音(Ｂｏｅｉｎｇ)公司支持.

Ｉ-ＤＥＡＳ---ＳＤＲＣ公司,美国国家航空及宇航局(ＮＡＳＡ)支持.

ＵＧ---美国麦道(ＭＤ)公司开发.

后并入GMCAD

的核心建模技术三3实体造型(ＳｏｌｉｄＭｏｄｅｌ)技术

计算机辅助工程分析(ＣＡＥ)的需求日益高涨,ＣＡＥ要求能获得形体的完整信息

.实体模型能够精确表达零件的全部属性,有助于统一ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＣＡＥ的模型表达,在设计和加工上可以减少数据的损失。1979年,ＳＤＲＣ推出了世界上第一个完全基于实体造型技术的ＣＡＤ

ＣＡＥ

ＣＡＭ一体化的软件---Ｉ-ＤＥＡＳ.在实体造型技术上最成功的当属ＣＶ公司.

CAD

的核心建模技术四4特征造型技术(ＦｅａｔｕｒｅＭｏｄｅｌ)

前三种技术只能反映物体的几何信息，而对于非几何信息,如尺寸、材料、公差、工艺、成本等,则没有反映。特征指的是反映产品零件特点的、可按一定原则加以分类的产品描述信息.

基于特征的造型把特征作为零件定义的基本单元,将零件描述为特征的集合，增加了零件的工程意义ＣＡＰＰ、ＰＤＭ、ＥＲＰ、ＣＡＭ等提供反映设计人员意图的非几何信息

目前市面上流行的三维ＣＡＤ软件都是基于特征造型的.

CAD

的核心建模技术五5参数化技术(ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)

1988年,美国参数技术公司首先推出参数化ＣＡＤ系统Ｐｒｏ/

Ｅ

在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势.它的主要特点是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改

.

约束的种类可分为三种:数值约束、几何约束、代数约束

.全数据相关,指整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型,能将整个设计至生产过程集成在一起

参数化技术的出现,是ＣＡＤ发展的一个巨大进步.凭借参数化技术,ＰＴＣ在ＣＡＤ市场份额排名已名列前茅

.（ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ、ＳＯＬＩＤＥＤＧＥ、ＭＤＴ）ＣＶ、ＣＡＴＩＡ、ＵＧＩＩ的复合建模技术CAD

的核心建模技术六6变量化技术(ＶａｒｉａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)

参数化技术的系统更适合于设计过程比较明确的工作,它有两个明显不足:首先,基于全尺寸约束的参数式设计对设计者的创造力和想象力有着极大的限制;其次,在设计中,某些关键的拓扑关系一旦改变,则系统有可能因为失去某些约束特征而导致数据混乱

1993年,美国ＳＤＲＣ公司推出了全新体系结构的Ｉ-DEAS软件,提出了ＶＧＸ变量化几何技术

允许尺寸欠约束的存在,设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式,将满足设计要求的几何形状放在第一位而暂不用考虑尺寸细节

设计过程相对宽松、尤其在做概念设计时更显得得心应手CAD

的核心建模技术七七Ｗｅｂ技术随着互连网的普及,各种ＣＡＤ软件相继融入了Ｗｅｂ技术,基于Ｂ

Ｓ(Ｂｒｏｗｓｅｒ

Ｓｅｒｖｅｒ