模具CADCAM讲稿(3)

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条曲线、中心线和文字等图形构成。在二维草图的图形中可以建立起尺寸约束和几何约束。所谓尺寸约束是指通过改变尺寸来改变图形,即尺寸驱动图形。几何约束包括水平、垂直、平行、正交、相切、相等、同圆心、对称等。在绘图时会自动生成一些几何约束,也可以在修改图形时增加和删除几何约束。二维草图的绘制类同于AutoCAD,并兼容AutoCAD命令,但由于具有尺寸驱动图形的功能,二维草图的图形绘制比AutoCAD更胜一筹。Pro/Engineer的零件实体建模通过以下特征造型工具完成。

(1) 拉伸(Extrude)特征 以一个二维草图为基础,将二维草图沿一个垂直方向或同时沿另一相反方向拉伸成三维实体。拉伸时可以设置拔模斜度。在三维实体上去除材料的拉伸特征称为拉伸切除。

(2) 旋转(Revolve)特征 通过环绕中心线旋转二维草图轮廓线来生成三维实体。在三维实体上去除材料的旋转特征称为旋转切除。

(3) 扫描(Sweep)特征 通过沿着一条二维草图或三维草图指定的路径移动二维草图生成三维实体,可以通过引导线来控制三维实体的中间形状。 上述3个特征均建立在草图基础之上,可以利用来生成零件三维实体的基体,所以又称为基本特征。表3-8中列出的其他特征则用来对三维实体进行操作,不一定需要草图。 (4) 倒圆角(Fillet)特征 用来对三维实体进行倒圆角操作。 (5) 倒角(Chamfer)特征 用来对三维实体进行倒角操作。 (6) 拔模(Draft)特征 用来生成拔模斜度。

(7) 钻孔(Hole)特征 分成简单直孔和异形孔。简单直孔特征可以在三维实体上制作一个直圆孔。异形孔特征用于生成螺孔等,它包含两个草图,其中一个草图包含表示孔数量和位置的点,另一个草图包含表示孔形状的图形。修改上述第一个草图可以改变孔的数量和位置,修改上述第二个草图可以改变孔的形状。

(8) 抽壳(Shell)特征 去除零件内部的材料,生成空心零件,空心零件可以有若干个面敞开,对应于各个面的壁厚也可不同。

(9) 加厚(Thicken)特征 用来处理曲面,把曲面生成一定的厚度,使之变为实体模型。

(10) 筋(Rib)特征 用来产生筋板,对塑料件设计很有用。筋特征建立在草图基础之上。

(11) 圆顶(Dome)特征 将平面拉伸成一定高度的球面或椭球面。

(12) 特型(Shape)特征 在三维实体上生成具有可控曲面的实体,可以用点(草图点、端点、顶点等)、草图、边线和曲线对曲面形状进行控制。

(13) 阵列(Pattern)特征 对选定特征进行阵列复制,共有线性阵列、圆周阵列、曲线阵列、草图阵列和表格阵列5种形式。线性阵列对选定特征沿一个方向或两个方向作线性分布阵列复制。圆周阵列对选定特征作圆周分布阵列复制。曲线阵列对选定特征沿曲线分布进行阵列复制。草图阵列对选定特征根据草图上点的位置进行阵列复制。表格阵列则根据表格数据定义的位置对选定特征进行阵列复制。

(14) 镜像(Mirror)特征 对已有特征或三维实体作镜像复制,产生对称于所选平面的镜像实体。

(15) 型腔(Cavity)特征 用一个零件减去另一个零件,常用来产生模具型腔和型芯。 (16) 连接(Join)特征 把两个零件连接成一个零件。 (17) 分割(Split)特征 把一个零件分割开。 三、Pro/Engineer的曲面和曲线特征

除了上述零件建模特征外,SolidWorks还具有丰富的曲面和曲线特征,用于辅助零件建模。 1. 曲面特征

曲面是没有厚度的一种几何图元。 生成曲面的方法有

① 用闭环草图或基准面上的闭环边线生成平面;

② 从草图拉伸、旋转、扫描和放样生成曲面,方法与零件建模相同; ③ 从已有的曲面或零件面生成等距曲面; ④ 从零件实体产生中面; ⑤ 生成圆角曲面;

⑥ 生成填充曲面; ⑦ 复制曲面;

⑧ 从输入文件得到曲面,如从IGES格式文件得到曲面。 修改曲面的方法有 ① 延伸曲面; ② 裁剪曲面; ③ 延展曲面; ④ 移动曲面; ⑤ 删除曲面; ⑥ 替换曲面; ⑦ 缝合曲面。

曲面用于零件建模的场合有

① 选取曲面的边线和顶点作为扫描的引导线和路径; ② 加厚曲面来生成实体或切除实体; ③ 缝合曲面并加厚使包围区域成为实体; ④ 隐藏或显示实体和曲面;

⑤ 曲面作为拉伸实体的终止条件; ⑥ 用曲面作为实体的替换面。 2. 曲线特征

曲线是无宽度和厚度的一种几何图元。

除了二维草图中的平面曲线外,我们还有下列几种三维曲线: ① 从草图投影到模型面或曲面上的投影曲线;

② 由曲线、草图线和模型边线组合生成的组合曲线; ③ 用曲线工具生成的螺旋线或涡状线;

④ 从草图曲线投影到模型面上生成的分割线; ⑤ 通过模型点或自由点的样条曲线。

曲线可以用于零件实体建模,如将曲线用作扫描时的路径和引导线、放样时的引导线、拔模时的分割线,等等。

四、Pro/Engineer的装配体

Pro/Engineer支持自下而上和自上而下两种设计装配体的方法,也可以结合两种方法设计一个装配体。

自下而上的设计方法属于归纳设计方法,它先生成组成装配体的所有零部件,然后将它们插入装配体中,根据各个零部件间的配合关系将它们组装起来。这种方法的优点是零部件的独立设计,相互关系及重建行为比较简单。用户可以专注于单个零件的设计工作。 自上而下的设计方法属于演绎设计方法,它从装配体中开始设计,用户可以从一个零件的几何体来定义另一个零件。自上而下的设计次序一般以布局草图为设计的开端,然后定义固定的零件位置、基准面等,参考这些定义来设计零件。自上而下的设计方法更符合经典的设计思想,突出零件之间的相互联系。

SolidWorks的装配体操作有插入零部件、移动和旋转零部件、装配零部件、检测装配效果及产生爆炸效果图。

插入零部件可以把已经生成的Pro/Engineer零件或装配体插入到装配体中。插入后的零部件可用鼠标拖动及旋转以便装配。零件的装配关系分为平面配合与圆柱面配合两种方式。平面配合有共面、平行、垂直和角度四种关系。圆柱面配合有轴线共线、平行、垂直和角度四种关系。Pro/Engineer可以对装配体进行干涉检测,检查装配面的间隙和干涉情况。Pro/Engineer还可以完成装配体的爆炸效果图来充分展现零件之间的装配过程。 五、Pro/Engineers的工程图

对于已经生成的零件实体和装配体,Pro/Engineer具有工程图的功能。工程图可以编辑图样格式,生成标准三视图,生成轴测视图、模型视图等命名视图以及派生视图。Pro/Engineer提供了多种类型的派生视图。对于视图的某一部分,如果因为图形太小而不能清楚表达,用户可以生成一个局部视图来放大这一部分。借助于剖切线,可以生成常用的全剖视图、半剖视图、阶梯剖视图、旋转剖视图、断开的剖视图和局部剖视图。在所选视图的左边、右边、

上边或下边可以生成投影视图。对于现有视图的直边,能够产生向该边垂直方向投影的辅助视图。对于现有视图中的平面,能够产生向该平面垂直方向投影的相对视图。

SolidWorks可以把构筑零件特征时的尺寸带入到工程图中,尺寸标注的类型有常用尺寸、基准尺寸、尺寸链、参考尺寸、倒角尺寸等。形位公差、表面粗糙度和技术要求等被作为注解加入到工程图中。工程图、装配体和零件实体之间的尺寸是互相关联的,修改其中任一尺寸,其他两个文件中的尺寸及其几何形状都会发生同样的改动,这样就保证了设计数据的一致性。

装配体的工程图可以自动生成零件明细表,插入零件序号。零件明细表会跟随装配体添加、删除或替换零部件自动更新变化。 六、Pro/Engineer的模具设计插件

利用Pro/Engineer很快就可以完成标准模架的三维设计。模具设计师只需要选择供应商、模架类型、尺寸规格、模板厚度以及其他参数就可以生成模架的三维模型实体。设计师的精力可以集中在模具设计的关键处,如型腔和型芯的设计、流道和浇口的安排、冷却管道的布置等。

Pro/Engineer能够提供国际一流模架生产厂商的标准模架,如DME、Superior、PCS、HASCO、Progressive等。

除了完整的装配模架以外,MoldBase还提供大量的模具标准件,例如:螺栓、顶杆、顶管、定位环、A型模板、B型模板、返回杆、圆柱销、圆锥销、直导套、带肩导套、注口套、支承柱、轴衬等。

Pro/Engineer还为模具设计提供了常用的造型特征:平底沉孔、埋头螺孔、螺纹、穿过若干模板的系列孔、管接头、管螺纹孔等。

Pro/Engineer提供给模具设计师新的工具来消除耗时的工作。新的凹模和凸模命令使得两个主要模具零件设计实现了自动化。用户只需制定好模具钢材的尺寸,Pro/Engineer就会自动完成剩下的工作。过切分析在生产模具前能够自动检测潜在的问题,节省了模具制造工厂的时间和金钱。新的表面合模命令能够自动定位和封闭凹模和凸模。厚度分析工具能够检测模型的各个部分,避免流体经过模具受限制的部位或避免成品的缺陷。新的工具可以自动创建分模线,分模表面和有效的排气孔。 七、Pro/Engineer的其他功能

Pro/Engineer提供的钣金设计能力,可以直接使用各种类型的法兰、薄片等钣金特征。正交切除、角处理以及边线切口等处理手法,使钣金操作变得非常容易。同样对于冷冲压模具设计,弯曲件的展开也变得非常简便易行。

Pro/Engineer首创将结构分析的功能嵌在CAD环境中。Pro/Engineer软件可进行设计的工程师可以直接对设计的零件进行有限元分析,对产品的性能进行评估,而不必花费大量的时间和金钱去制造昂贵的样机。

Pro/Engineer能够直接模拟机械机构运动干涉的情况,减少了建造样机所需的时间和费用。驱动机械运动的模型有:电动机、弹簧、重力等,同时还具有记录和播放的功能。 Pro/Engineers的零件和装配体渲染成美观的具有真实效果的图片。

Pro/E是美国参数化公司于1986年开发而成的。由于问世较晚,有条件采用近几年CAD方面的一些先进理论和技术,因此起点较高。如Pro/E采用了先进的基于特征的参数化设计技术,使设计工作十分灵活和简便。在产品信息模型方面,Pro/E把所有功能模块建立在统一的数据结构上,提供了所有工程项目之间的全关联,真正实现了CAD/CAE/CAM的有机集成。用户可以同时对同一产品进行并行的设计工作,从而可以提高设计质量,缩短开发周期。 PRO/ENGINEER仅生成实体模型来描述工程师所设计的产品模型,不再应用线框和表面模型转换成实体模型的手段,思路清晰。由于它有完整而统一的模型,在整个设计的相关环节上反映出来。

PRO/ENGINEER采用基于参数化,特征设计的三维实体造型系统,这样便于在新产品的开发中实现概念设计,也可方便的依照工业标准的零件族概念建库。

PTC公司的I系列建立在新一代实体CAD/CAE/CAM解决方案之上,它是那些把产品设计信息的价值延伸到桌面用户及整个企业的应用程序的后续产品,它能让用户访问到产品开发生命周期中每个阶段的产品信息。I系列提供了一些集成工具使开发流成自动化,并能管理设计更改,它具有以下特点:创新、互操能力、以为中心、直观以及个性化。

Pro/ENGINEER软件开发环境在支持并行工程方面是独一无二的。通过一系列完全相关

的模块——它们能表达产品的外型,装配及其功能——Pro/ENGINEER能够把多个部门同时致力于同一产品模型中。这包括在工业设计和机械设计方面的多项功能,包括对大型装配的管理,制造,产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面,集成最紧密的产品开发环境。

硬件独立:Pro/ENGINEER可以在所主要的UNIX、WindowsNT及WindowsXP平台上运行,并且在每个平台上保持同样的外观,使用起来的感觉也一样;用户根据需要选择最经济的硬件配置,也可以选择异型结构的多种平台。由于Pro/ENGINEER独特的数据结构模式,产品信息可以毫无困难的在不同平台间互流。

Pro/ENGINEER用户界面简洁,概念清晰,符合工程技术人员的设计与习惯。

Pro/E是一个 大型软件包,由多个功能模块组成,每一个模块都有自己独立的功能这类似软件公司的Office办公套软件。用户可以根据需要调用其中一个模块进行设计,各个模块创建的文件有不同的文件扩展名。此外,高级用户还可以调用系统的附加模块或者使用软件进行二次开发工作。下面介绍其中最常用的5个模块的用途。 1.草绘模块

草绘模块用于绘制和编制二维平面草图。二维草绘制在三维建摸中具有非常重要的作用,是使用零件模块进行三维建摸是的重要步骤。在使用零件模块建立三维特征是 ,如需要进行二维草绘制,系统会自动切换至草绘模块。同时,在零件模块中绘制二维平面草图时,也可以直接读取在草绘模块下 绘制并存储的文件。 2.零件模块

零件模块用于创建三维模型。由于创建三维模型是使用Pro/E进行产品设计和开发的主要目的,因此零件模块也是 参数化实体造型最基本和最核心的模块。

Pro/E建模方法模仿真实的机械加工过程:首先创建基础特征,这就相当于在机械加工之前生产毛坯;然后在基础特征上创建放置特征,如创建圆、倒角、筋特征等,每添加一个就相当于一道机械加工工序。 3.零件装配模块

装配就是将多个零件按实际的生产流程组装成一个部件或完整的产品的过程。在组装过程,用户可以添加新零件或是对己有的零件进行编辑修改。

使用Pro/E的零件装配块模块可以轻松完成所有零件的装配工作。在装配过程中,按照装配要求,还可以临时修改零件的尺寸参数,并且系统使用爆炸图的方式来显示所有零件相互之间的位置关系,非常直观。 4.曲面模块

曲面模块用于创建各种类型的曲面特征。使用曲面模块创建曲面特征的基本方法和步骤与使用零件模块创建三维实体特征非常类似。这里需要特别指出的是,曲面特征不具有厚度、质量、密度以及体积等物理属性。但是,通过对曲面特征进行适当的操作可以使用曲面来围成实体特征的表面,还可以把自由曲面围成的模型转化为实体模型。 5.工程图模块

使用零件模块和曲面模块创建三维模型后,接下来的工作就是在生产第一线将三维模型变为产品。这时,设计者必须将零件二维工程图送到加工现场,用于指导生产加工过程。

第四章 冲压模具CAD

各种模具中以塑料注射模具及金属冷冲压模具居多,这两类模具大约占到模具总量的90%,所以模具CAD系统的研发和推广大都围绕塑料注射模具和金属冷冲压模具展开。

第一节 冲压模具基础知识

对应于各种冷冲压加工工艺,存在着各种类型的冷冲压模具,如冲孔模、落料模、切边模、剖切模、弯曲模、拉深模、等等。 按照模具的导向方法分类,冷冲压模具又可以分成为无导向模、导柱模、导板模和导筒模等。 按照模具的卸料方法分类,有刚性卸料模和弹性卸料模。 对模具CAD有重要影响的分类特征是冲压零件的空间特征,依此可分成二维类冲压模具、三维类冲压模具以及介于其中的二维半冲压模具。二维类冲压模具包括了弯曲模具和大部分冲裁模具;三维类冲压模具包括各种除轴对称外的空间成形及冲裁模具;二维半冲压模具包括各种轴对称空间成形模具,如大部分拉深模、挤压模、翻边模等。 根据冷冲压零件图样设计冷冲压模具时,首先要分析该零件的冲压工艺性。只有适合用冷冲压工艺生产的零件才需要进行冷冲压模具设计,否则需改用其他工艺生产,或者修改零件设计,使其适合用冷冲压方法加工。

如果一个零件适合用冲压方法加工,那么就需要确定一种合理的冲压加工方案。 设计冷冲压模具过程中还需要进行各种工艺计算。 为了选择冲压设备和设计模具往往需要计算冲压力。 计算压力中心就是要求出冲压力合力的作用点,该合力作用点应该尽量安排在压力机滑块中心处。

为了提高材料利用率,节省宝贵的金属板料资源,应该对冲压件作出合理的排样。 为了提高模具抗磨损性以及提高冲压件的制造精度,需要合理计算模具工作部分的尺寸和制造公差。

模具间隙是一个重要的工艺参数,合理的模具间隙对于模具寿命和冲压件的质量都是至关重要的。

在绘制模具图样之前,还需要先确定好模具的结构型式:如送料方向是采用直向送料还是横向送料,是否采用导柱导向,采用何种型式的模架,是否采用弹性卸料装置,采用简单模、复合模还是连续模,等等。

确定好模具的结构型式之后就可以绘制冷冲压模具装配图样,当然在绘图过程中,对模具的某些结构还可能作变动,变动时还需要进行必要的计算工作。完成了装配图样,再分拆绘制各个零件图样。整套图样绘制完成之后,为了保证能够加工出合用的模具,对全套图样还必须进行认真地校核。

第二节 冲裁模CAD系统的特点

根据冷冲压模具的分类,弯曲模及大部分冲裁模可以归属到二维CAD范畴;轴对称类型的拉深模、挤压模、翻边模等可归属到二维半CAD范畴;其他模具均可归入三维CAD范畴。二维半指其加工零件的变形是空间三维形式,但该变形可以用径向和轴向两个参数进行数学描述,二维半可以简化成二维CAD进行处理。二维CAD和三维CAD存在较大的差异。

DCAD冲裁模系统是一个可用于教学的冷冲压模具计算机辅助设计和辅助制造系统,目前主要用在冲裁模具的设计和制造。DCAD冲裁模系统以通用计算机辅助设计软件AutoCAD为基础软件,采用AutoCAD内嵌语言AutoLISP进行开发。

由于DCAD系统采用了通用计算机辅助设计软件AutoCAD作为基础软件,因此在计算机硬件平台方面的选择余地相当大。可以运行DCAD冲裁模系统的计算机包括了大多数个人电脑和CAD工作站。美国苹果电脑公司的个人电脑以及一些专用的CAD图形工作站也是通用计算机辅助设计软件AutoCAD的运行平台,因此在这些计算机硬件平台上也可以运行DCAD冲裁模系统。同样,DCAD冲裁模系统可以采用的计算机外部设备的种类和品种也非常丰富,如各种型号的鼠标器、数字化仪、打印机硬件绘图仪等。硬件设备的灵活配置为DCAD冲裁模系统的灵活配置带来了极大的便利,工厂企业可以根据资金情况进行恰当的硬件配置,也可以分阶段添置硬件设备,或者对计算机实行升级,提高系统的综合性能。

DCAD冲裁模系统是一个能够不断开发和完善,提高系统性能的冷冲压模具设计系统。目前DCAD冲裁模系统已经建成的部分能够完成冲裁件简单模、复合模以及连续模的大部分设计,另有少量设计可以通过人机交互方式在计算机上完成或进行修改。在系统的发展过程中,也可以派生出一些专门系统,如大规模集成电路引线框架精密级进模CAD系统、数控冲床CAM系统等。

在工艺设计方面,冲裁模系统能够完成:计算模具刃口尺寸、计算冲压力和压力中心、计算模具间隙、选择模具典型组合、确定模具标准零件的规格和数量、进行冲裁件排样、等等。 在冲压模具的制造和加工方面,冲裁模系统能够完成二轴数控机床加工指令的自动编制,如生成数控线切割机床的3B或4B加工指令,坐标磨床或数控铣床的ISO标准数控加工指令。 冲裁模系统能够直接绘制出工程图样的模具标准件有:导柱、导套、卸料螺钉、橡皮、固定挡料销、承料板、导料板、模柄等。另外一些模具零件可以经过少量的人机对话方式绘制出工程图样,这样的模具零件有上模座、下模座、凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、(复合模)下垫板、(复合模)空心垫板、(复合模)凸凹模等。对于冲裁模系统没有涉及到的,形状非常特殊的零件,则完全可以用AutoCAD图形软件直接绘制出工程图样。

在冲裁模系统中,将冲裁件零件图样输入计算机并不是一项复杂的工作,其输入方法简便,容易学习和掌握,在输入过程中可以随时纠正输入操作错误。

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