材料加工CADCAM基础第一章cadcam基础精要.ppt

材料加工CAD/CAM基础 信息材料科学与工程学院 主要内容 材料加工CAD/CAE/CAM技术的基本概念、原理和方法。 CAD/CAE/CAM技术在材料液态成型、塑性成型、连接（焊接）成型等制造领域的具体应用。 材料加工领域主流的CAD/CAE/CAM系统的特点、功能和使用方法 第一章 概论 第一节 CAD/CAE/CAM基本概念 第二节 CAD/CAE/CAM在材料加工中的应用 第三节 CAD/CAE/CAM发展历史 第四节 CAD/CAE/CAM发展趋势展望 第一节 CAD、CAE、CAM基本概念 一、计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD） 是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工 作的建立、修改、分析和优化、输出信息等全部任务 的综合性高新技术。 作为现代先进设计与制造技术的基础，CAD是多 学科相交叉、知识密集型的高新技术，是现代企业不 可缺少的设计手段。 CAD概念的实质在于： （1）人机交互结合； （2）人机各尽所长； （3）最佳设计效率。 CAD技术的主要作用如下: （1）提高设计质量和设计效率。 （2）能够充分发挥设计人员创造性。 （3）缩短产品的设计周期。 CAD的主要研究内容 计算机辅助设计的主要内容包括造型功能、 优化设计、综合评价和信息交换等主要方面， 其中造型功能运用最为广泛。AutoCAD、CATIA、 UG、Pro/ENGINEER等。 (1) 造型功能 以各种数字化的图形来表达设计方案，因此图形的处理和表达是CAD技术研究的基础与关键。 从二维向三维，从简单的几何元素(直 线、圆弧)向复杂的几何元素(体、曲线、曲面)，从单一的几何信息向反映工艺信息在内的产品全面信息，从静态设计向以参数化特征造型为基础的动态设计发展。 二维模型→三维线框模型→ 曲线模型 → 实体模型 (2) 优化分析 工程设计中力学、传热学、流体力学等的分析，允许设计者在设计的同时就能够进行充分的分析和优化设计方案。 例如：外载荷作用下结构件的应力、应变计 算，基于有限差分的传热和流动分析。 提供分析的专用软件已集成到CAD应用软件中：三维造型CAD系统 Pro/E、UG、I-DEAS等都具备有限元分析能力。 (3)综合评价 对完成的设计方案进行校核和评价，包括尺寸校核、外观分析、内部结构剖析、碰撞检验及材料加工中的各种缺陷预测等，为设计方案的修改提供指导。现代先进的CAD系统可以提供分块、分层或剖切功能，三维CAD系统还能提供实时旋转、缩放功能，分析内部结构，进行校核和评价，改进设计方案。对于多个零件组成的机构，可以仿真装配过程，检查干涉情况。 (4)信息交换 CAD与CAD系统之间、CAD与其他系统（如CAM，CAE， CAPP，RPM）之间， 以及通过互联网进行的远程的、异地的信息沟通与资源共享。 传统机械产品设计方法 现代机械产品设计方法 产品概念设计 计算机辅助设计的优越性 应该指出，CAD／CAM技术不能代替人的设计和制造行为，而只是实现这些行为的先进手段。 人的设计制造行为，要由专业技术人员的创造能力和工作经验以及现代设计方法等所提供的科学思维方法和实施办法来确定。 CAD系统不可能也没有必要涉及产品设计的所有环节。如在产品功能设计和概念设计阶段，通常是由具有巨大创造性的人来完成，而由CAD系统辅助来完成技术设计或详细设计过程。 CAD技术应用实例图示 二、计算机辅助工程CAE 计算机辅助工程(Computer Aided Engineering ---- CAE)，指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺陨，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的可用性与可靠性。 CAE属于广义CAD的重要部分。 CAE核心是有限元理论和数值计算方法。 CAE=在产品的研发过程中，利用计算机进行建模及性能仿真分析 性能仿真的内容涉及产品（或系统）的力学性能（变形，应力）、热学性能、流动性能、振动特性和噪声控制等 可替代大多数昂贵而费时的物理样机实验，即用数字化样机取代传统的物理样机实验 广泛应用于各工业领域 CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的