模具CAD 复习资料

第一章模具CAD/CAM基础模具是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。

CAD(计算机辅助设计)：利用计算机软、硬件系统来生成和运用各种数字信息和图像信息，辅助人们对产品或工程进行总体设计的技术。

CAM（计算机辅助制造）：利用计算机软、硬件系统来生成和运用各种数字信息和图像信息，辅助人们对产品或工程进行自动加工的技术。

CAE（计算机辅助工程分析）：以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术。

CAPP（计算机辅助工艺过程设计）：根据产品设计阶段给出的信息，人机交互地或自动的完成产品加工方法的选择和工艺过程设计。

PDM（产品数据管理系统）：以软件、计算机网络、数据库、分布式计算等技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。

完善的CAD/CAM系统具有的功能：快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息的功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能。

模具CAD/CAM系统运行环境由硬件、软件、人构成。

软件是CAD/CAM系统的核心，包括系统软件，支撑软件，应用软件。

系统软件特点：通用性，基础形。

支撑软件：分单一型支撑软件，功能集成型软件。

应用软件：AUTOCAD的AUTOLISP，PRO/E的PROTOOLKIT，UG 的GRIP。

模具CAD/CAM系统主要由计算机主机，外存储器，输入设备，输出设备，网络设备和自动化生产装备（测量设备）等组成。

计算机主机按类型，规模和性能分为：主机系统、小型成套系统、分布式工程工作站系统、微型机（PC）。

主机的硬件核心，主要由CPU及内存组成。

衡量主机性能的指标：CPU性能和内存容量。

CAD技术的发展过程：1，20世纪50年代后期至70年代初期，此阶段为初级阶段——线框造型技术。

2，20世纪70年代初期至80年代初期，此阶段是第一次CAD技术革命——曲面造型技术。

3，20世纪80年代初期至80年代中期，此阶段是第二次CAD技术革命——实体造型阶段。

4，20世纪80年代中期至90年代初，此阶段是第三次CAD技术革命——参数化技术。

5，20世纪90年代初期至今，此阶段是第四次CAD技术革命，变量化技术。

CAE技术发展过程：1，20世纪60-70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。

2，20世纪70-80年代是CAE技术蓬勃发展阶段，分析软件的开发主要集中在计算精度、硬件、及速度的匹配，计算机内存的有效利用以及磁盘空间的利用上，而且有限元分析技术在结构和场分析领域取得了很大的成功。

3，20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大，软件向各CAD软件的专用接口和增强软件的前后置处理能力方向发展。

CAM发展过程：1，1952年美国麻省理工学院首次试制成功了数控铣床，通过数控程序对零件进行加工。

2，在制造领域，1962年研制成功世界上第一台机器人，实现物料搬运自动化。

3，20世纪70年代，模具辛辛那提公司研制出一条柔性制造系统。

4，20世纪80年代，CAD与CAM相结合，形成了CAD/CAM集成技术，导致了新理论、新算法的大量涌现。

CAD/CAM技术的发展趋势：集成化，网络化，智能化，标准化。

我国模具工业的发展趋势：模具日趋大型化、模具的精度将越来越高、多功能复合模具将进一步发展、热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐增加、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、标准件的应用将日益广泛、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、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、模具技术含量将不断提高。

CAD/CAM/CAE技术在模具设计中的发展方向：逐步提高CAD/CAE系统的智能化程度、研究模具的运动仿真技术，即冲模的冲压过程与注射模的运动仿真、协同创新设计将成为模具设计的主要方向、基于网络的模具CAD/CAE集成化系统将深入发展、模具CAD/CAM技术应用的ASP模式将成为发展方向。

今后需提高的模具技术：用计算机、网络通信、软件技术等信息技术带动和提升模具制造技术、模具设计技术（CAD/CAM/CAE一体化）、模具加工技术，高速铣削技术、快速原型制造技术，激光加工技术，直接金属成型技术、信息化工程，逆向工程，并行工程，敏捷制造等技术，先进的精密测量技术、高性能，高品质的新型模具材料及制造新工艺、模具热流道技术，新型模具标准件、先进的模具修复和抛光技术、模具制造的现代化管理技术。

CAD/CAM技术基础几何建模是指在计算机上进行几何形状操作处理的技术。

实现这项技术的软件称为几何建模工具。

三维CAD系统：就是将设计中涉及的机械，设备，构件等三维物体，以尽可能的接近实体特性的几何形状来进行处理的CAD系统。

三维几何建模系统分为：线框建模：特点：结构简单，易于理解，数据存储少，操作灵活，反应速度快。

曲面建模：特点：实体建模：特点：实体建模的模式有：边界表示法（BR），构造立体几何法（CSG）混合模式，空间单元表示法，半空间法。

边界表示法（BR）：优点：在于含有较多的有关面，边，点及相互关系的信息。

构造立体几何法（CSG）：在计算机内部不是通过边界平面和边界来定义实体，而是通过基本体素及它们的几何逻辑运算（布尔运算）表示。

特征：是任何已被接受的某一个对象的几何、功能元素和属性，通过它们我们可以很好的理解该对象的功能、行为和操作。

（通用概念）特征：是一个包含工程含义或意义的几何原型外型。

（严格定义）参数化设计：指设计图形拓扑关系不变，尺寸形状有一组参数进行约束。

变量化设计：指设计图形的修改自由度不仅是尺寸形状参数，而且包括拓扑结构关系，甚至工程计算条件，修改余地大，可变元素多，这种设计方法为设计者提供了更加灵活的修改空间。

参数化和变量化设计的基础是尺寸驱动的几何模型。

模块化设计：在对产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列相对通用的的功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同功能或相同功能不同性能，不同规格的产品，满足市场的不同需求。

CAM（广义）：指用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生成控制、质量控制等。

CAM（狭义）：仅指计算机辅助制造部分，即数控加工（NC）。

数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。

数控编程技术的发展概况：数控语言自动编程，图形自动编程，CAD/CAM集成数控编程系统。

插补方法：逐点比较法，数字积分法，时差法，矢量判别法，最小偏差法，直接函数运算法。

NC刀具轨迹生成方法：基于点，线，面，体的NC刀轨生成方法、基于特征的NC刀轨生成方法。

特征加工与实体加工的不同点：1，从概念上讲，特征是组成零件的功能要素，符合工程技术人员的操作习惯，为工程技术人员熟知。

实体是底层的几何对象，是经过一系列布尔运算而得到的一个几何体，不带有任何功能语言信息。

2，实体加工往往是对整个的一次加工。

3，特征加工具有更多的智能。

4，特征加工有利于实现从CAD、CAPP、NCP、及才、CNC的全面集成，实现信息的双向流动，为CIMS乃至并行工程奠定良好的基础，而实体加工对这些是无能为力的。

计算机仿真就是借助计算机，利用体统模型对实际系统进行实验研究的过程。

数控仿真技术常用方法：直接实体造型法，基于图像空间的方法，离散矢量求交法。

数控加工常用的刀具：平刀（加工平面）、圆鼻刀（加工曲面）、球刀（曲面精加工）。

刀具加工参数：切削速度，进给量，背吃刀量，切削宽度。

数控编程典型流程：分析零件图纸和工艺要求、自动编程、编写加工程序单、程序检验、传输NC程序到机床加工。

零件图样分析包括：检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷、分析尺寸公差，表面粗糙度要求、形状和位置公差要求。

工艺分析要求包括：选择并确定数控铣削加工部位及工序内容、采用何种装夹具或何种装卡位方法、确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工、加工工序的划分、确定对刀点与换刀点、选择走刀路线、确定切削深度和宽度，进给速度，主轴转速等切削参数、确定加工工程中是否需要提供冷却液，是否需要换刀，何时换刀。

特征建模技术：特征是一种综合概念和集成对象，除了包含零件的几何拓扑信息外，还包含了设计制造等过程所需要的一些非几何信息。

参数化与模块化设计方法：参数化和变量化设计的基础是尺寸驱动的几何模型。

尺寸驱动的几何模型可以通过更改尺寸达到更改设计的目的。

这意味着设计人员一开始可以设计一个草图，稍后再通过精确尺寸才完成设计的细节。

冲模模具冲压是利用模具在冲压设备上对板料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状，尺寸，性能制件的加工方法。

冲压工艺的基本工序分为分离工序和成形工序。

分离工序：落料，冲孔，切断，修边，剖切，切口。

成形工艺：弯曲，辊弯，卷弯，辊形，拉弯，扭曲，拉深，翻边，缩口，胀形，扩口，整形，旋压。

冲模分类：按完成的冲压工序性质分：冲裁模，弯曲模，拉深模，缩口模，胀形模，整形模。

按完成冲压工序的数量及组合程度分类：单工序模，级进模，复合模。

单工序模：在压力机一次行程中完成一道工序的模具。

级进模：模具平面上有两个或两个以上不同的工作部分，压力机一次行程中模具的不同工位完成不同的工步。

复合模：压力机一次行程中，模具在运动方向的同一位置上依次或同时完成两道或两道以上的工序。

冲模的组成：工作零件，支承零件，定位零件，压料、卸料及出件零件，导向零件，紧固零件，其他零件。

模具零件分为工艺结构部分和辅助结构部分。

工艺结构部分包括工作零件，定位零件，压料、卸料及出件零件辅助结构零件包括导向零件，紧固零件，标准件及其他零件等，具有一定的替换性。

冲裁变形的3个阶段：弹性变形阶段，塑形变形阶段，断裂分离阶段。

冲裁断面的4个特征区：塌角区，光亮区，断裂区，毛刺。

塌角区特点：材料塑性越好，凹凸模之间间隙越大，形成的塌角越大。

光亮区特点：凹凸模之间的间隙越小，材料的塑性越好，所形成的光亮带高度越高。

断裂区特点：材料塑性越差，凹凸模之间的间隙越大，则断裂带高度越高，斜度越大。

毛刺：产生毛刺比不可避免的。

落料尺寸=凹模尺寸冲孔尺寸=凸模尺寸冲裁间隙：指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙。

板料越厚，塑性越差或硬度越高，则合理冲裁区间隙越大，板料越薄，塑性越好或硬度越低，而合理冲裁间隙越小。

冲裁间隙有理论计算法，查表法，经验记忆法经验记忆法：公式：Z=MT M为记忆系数。

T为板料厚度。

M取值应考虑以下因素：1，对于制件断面质量要求高的其值可取小些。

2，计算冲孔间隙时比计算落料间隙时其值可取大些3，为减少冲裁力其值可取的大些4，为减少模具磨损其值可取大些。