模具CADCAM考题及课后习题答案宁波工程师考试.docx

模具CAD/CAM基础简述CAD/CAE/CAM的基本概念计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）：利用计算机软件、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和自动加工的一项综合性技术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，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，从而及早发现设计缺陷，是实现模具优化的主要支持模块模具CAD/CAM系统的组成：硬件、软件、人硬件组成：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设备-软件组成：系统软件（操作系统Windows、UNIX、Linux；编程语言系统VC+、VB、Java；网络通信及其管理软件TCP/IP、MAP、TOP）支撑软件（功能单一型CAD、SolidWorks；功能集成型Pro/E、UG、I-DEAS、CATIA）、应用软件(基于支撑软件进行二次开发，如CAD的Autolisp、Pro/E的Protoolkit、UG的GRIPCAD/CAE/CAM技术的发展历程CAD：20世纪50年代后期至70年代初期初级阶段-线框造型技术 20世纪70年代初期至80年代初期第1次革命-曲面造型技术 20世纪80年代初期至80年代中期第2次革命-实体造型技术 20世纪80年代中期至90年代初期第3次革命-参数化技术20世纪90年代初期至今第4次革命-变量化技术CAE：20世纪60-70年代处于探索阶段， 20世纪70-80年代是CAE技术蓬勃发展时期20世纪90年代CAE技术逐渐成熟壮大CAM：1952麻省理工学院（MIT）首次试制成功数控铣床，随后研制开发了自动编程语言，标志着CAM技术的开端； 1962研制世界第一台机器人，实现物料搬运自动化；1965产生了计算机数控机床CNC系统；1966出现直接采用计算机控制多台数控机床 20世纪70年代，美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统（FMS）将CAD/CAM推向新的阶段 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/CAE/CAM技术在模具行业中的应用结构设计：草图重建技术、曲面特征设计、变量装配设计技术、真实感技术结构分析：强度和刚度分析、抗冲击试验模拟、跌落试验模拟、散热能力分析、疲劳和蠕变分析成形仿真：冷冲压成型、热作成型添加-我国模具工业的发展趋势：日趋大型化精度愈来愈高多功能复合模进一步发展热流道模占的比重逐渐提高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日益广泛快速经济模具的前景十分广阔压铸模的比例不断提高，同时对其寿命和复杂程度的要求越来越高以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例不断增大，要求也越来越高技术含量不断提高添加-CAD/CAE/CAM技术在模具设计中的发展方向：逐步提高其智能化程度研究模具的运动仿真技术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其技术应用的ASP模式将成为发展方向简述模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势集成化：CAD/CAM系统已从简单、单一、相对独立的功能发展成为复杂、综合、紧密联系的功能集成系统，其目的是为了用户进行研究、设计、试制等各项工作提供一体化支撑环境，实现在整个产品生命周期中各个分系统间信息流的畅通和综合网络化：网络技术的飞速发展和广泛应用，改变了传统的设计模式，将产品设计及其相关过程集成并行地进行，人们可以突破地域的限制，在广域区间和全球范围内实现协同工作和资源共享智能化：CAD/CAM技术不仅是简单的将现有的人工智能技术与CAD/CAM技术相结合，更要深入研究人类认识和思维的模型，并用信息技术来表达和模拟这种模型，是CAD/CAM技术发展的必然趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响标准化：随着CAD/CAM技术的发展和应用，工业标准化问题日益显得重要。CAD/CAM系统的集成一般建立在异构的工作平台之上，为了支撑异构跨平台的环境，要求CAD/CAM系统必须是开放的系统必须采用标准化技术。完善的标准化体系是我国CAD/CAM软件开发及技术应用与世界接轨的必由之路。例举5-8种模具加工的机床及应用摇臂钻床：冷却水孔加工；台钻：螺纹孔、销孔加工；普通铣床：开框、斜导柱体加工；线切割：冲模、凹模加工；电火花机床：压铸模热处理后的加工；数控车床、加工中心：型腔型芯加工；普通车床：顶杆、导柱加工CAD/CAM技术基础三维几何建模分为三种不同层次的建模类型及各自特点说明线框建模：特点结构简单，易于理解，数据存储量少，操作灵活，反应速度快，是进一步进行曲面建模和实体建模的基础。在工业造型中，经常用于线切割制造。曲面建模：由于增加了面的信息，在提供三维实体信息的完整性、严密性方面，比线框模型进了一步，它克服了线框模型的许多缺点，能够比较完整地定义三维立体的表面，所能描述的零件范围广；曲面建模可以对物体作剖切面、面面求交、线面消隐、数控编程以及提供明暗色彩图显示所需要的曲面信息实体建模：与线框建模、曲面建模不同，三维实体建模在计算机内部存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是比较完整地记录了生成实体的各个方面的数据。特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成。利用这种方法，可以完整地、清楚地对物体进行描述，并能实现对可见边的判断，具有消隐的功能。计算机内部表示实体模型的方法做简单介绍边界表示法（B-Reps）：环状扫描、线性扫描、路径扫描、混合扫描构造立体几何法（CGS）：将基本的立体组件图形，如长方体、立方体、圆柱体、球体、椎体、圆环体等，相互重叠放置在一起，然后剪去或拟合重复的部分即可。混合模式：常见的CSG和B-Reps的混合空间单元表示法：通过一系列空间单元构成的图形来表示物体的一种方法。半空间法：利用半空间的概念很容易将CSG模型中的基本体继续分割。计算机辅助数控编程技术的发展大约经历了几个阶段？数控语言自动编程图形自动编程系统CAD/CAM集成数控编程系统CSG法和B-Reps法优缺点比较法实体模型优点缺点CSG法1、输入图形数据可以直接利用2、图形数据完整，容易设计事后编辑3、实体的表现较精确1.图形数据较多，输入比较麻烦2.因输入条件多，在CAD中相关功能操作复杂B-Reps法1、几何形状不易产生错误2、图形数据结构紧凑，输入较快3、处理速度较快1、必须按指定的要求进行几何图形的逻辑运算，操作步骤较多2、缺少相关的图形数据，在执行布尔运算后，事后修改很不容易3、实体的表现不精确4、易导致图形文件容量增大数控铣削常用的刀具有哪些？加工参数包括哪些内容常用刀具：平刀：底面是平面，以侧刃切削，一般用做开粗和加工平面，D1.2.4.6.8.10.12.16.20圆鼻刀：底面是平面，每刃都带有圆角，一般用做开粗，效果比平刀好，D25R5.D30R5球刀：切削刃有180，一般用做精加工，不能用作开粗。R1.2.3.4.5.6.8加工参数：切削速度=Dn/1000 f=nf=nzf进给量：f每齿进给量、f每转进给量、f每分钟进给量、n主轴转速、z铣刀齿数背吃刀量（切削深度）ap：平行于铣刀轴被削层的尺寸切削宽度ae：垂直于铣刀轴被削层的尺寸6、数控编程典型流程：分析零件图样和工艺要求、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。分析零件图样包括以下内容检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷分析尺寸公差、表面粗糙度要求形位公差要求工艺要求涉及几个方面选择并确定加工部位及工序内容采用何种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过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀，何时换刀冲压模具冲压工序分：分离工序和成形工序分离工序：落料=凹模、冲孔=凸模、切断（剪切）、修边（切边）、剖切、切口成形工序：弯曲（压弯）、辊弯、卷弯、辊形、拉弯、扭曲、拉深、翻边、缩口、胀形、扩口、整形冲模的组成零件：工作零件：凹模、凸模、凹凸模定位零件：挡料销、定位销、侧压装置、导正销、导料板压料、卸料及出件零件：卸料板、压料板导向零件：导柱、导套、支承零件：上、下模座、模柄、凹凸膜固定板、垫板、限制器紧固零件及其他零件：螺钉、销钉及一些便于搬运，操作、保障安全等作用的零件冲裁变形的三个阶段：弹性、塑性、断裂冲裁断面的4个特征区并说明及特点：塌脚带：材料塑性愈好、凸-凹模之间的间隙愈大，形成的塌角也愈大。光亮带：材料塑性愈好、凸-凹模之间的间隙愈小，形成的光亮带高度愈高断裂带：材料塑性愈差、凸-凹模之间的间隙愈大，则断裂带高度愈高、斜度愈大。毛刺：普通冲裁产生是不可避免的冲裁间隙：理论计算法：尚不能在实际工作中发挥实用价值，但对影响合理间隙值的各因素作定性分析还是很有意义的查表法：各行业甚至各工厂认为的都不一样经验记忆法：比较实用、易于记忆Z=mt(板材厚度*记忆系数)选取时注意以下因素：取小值1、工件断面质量要求高的；2、冲裁厚度t大于8mm时取大值1、计算冲孔间隙时比计算落料间隙时2、减小冲裁力，减少模具磨损3、计算异性件比圆形件冲裁件的排样原则：1、尽量减少废料面积，提高材料利用率；2、模具结构简单、寿命高、操作方便安全；3、在不影响使用性能的前提下，适当修改冲裁件尺寸和形状以达到前2条的要求。1）有侧压装置时：条料宽度B=(D+2a+) ； 2）送料步距S=D+a1(冲裁件之间的搭边值)3）条料剪裁的方法：一般情况下纵裁材料利用率高，冲压时调换条料的次数少；4）以下情况考虑横裁或斜裁：手动送料条料太长（1500mm移动不方便）太重（12KG工人劳动强度高）；板料纵裁不能满足制件对轧制方向的要求；材料利用率明显大于纵裁冲裁结构工艺性要求的几方面：应尽量避免应力集中的结构避免有过长的悬臂和窄槽冲裁件的孔径不宜太小孔与孔、孔与边之间距离不宜过小采用带保护套的模具，最小冲孔现阶段极限0.15mm（批量生产）弯曲件或拉深件冲孔时，孔壁与制件直壁之间应保持一定距离。冲裁工艺方案确定确定工序数目:一般由冲裁件的形状所确定确定工序组合：就质量而言，复合模级进模单工序模就生产效率而言，级进模复合模单工序模就制件尺寸、形状适应性而言，复合模不适合孔和孔距离太小的工件就模具制造周期而言，单工序模级进模复合模就操作使用安全而言，级进模复合模精度单工序模确定工序顺序：先冲孔后落料采用侧刃定距级进模冲裁时，一般侧刃裁边安排在前，与首次冲孔同时。采用裁搭边排样级进冲裁时，一般侧刃裁边安排在前由里到外顺序冲裁多工序冲裁件用单工序冲裁，先将制件与毛坯分离，然后以外轮廓定位进行其他冲裁弯曲件的工艺性考虑以下方面：弯曲半径直边高度孔边距离部分边缘弯曲弯曲线与板材轧制方向弯曲件的尺寸精度拉深件的4种基本类型：直壁旋转体制件；曲面旋转体制件；平底直壁非旋转体制件；非旋转体曲面制件冲模CAD/CAM系统的功能：图形处理功能；冲压工艺的分析计算；冲模零件的加工工艺及NC程序自动编制；存储冲模技术资料及设计知识的数据库冲压模具设计步骤读懂制件图，分析冲压工艺性确定工艺方案主要工艺参数计算编制冲压工艺过程卡模具总体设计模具零件设计、注塑模具设计塑料成型模具分为热塑性和热固性两类按成型原理：注射模、压缩模、压注模、挤出模、中空吹塑模、气压成型模与冲压模的不同点：成型制件是立体形状，型腔是封闭的材料处于熔融状态冲模，定型后取件模具一般处于热状态所受外力是非冲击力注射机按外形分：立式、卧式（应用最多）、角式注塑模设计的特点：塑料熔体能够剪切变稀注塑模能承受行腔压力实现动态热平衡（一般温差不超过3度）模具设计制造流程：设计前的准备工作：三维文件、二维图纸、实物样板收集、分析和消化原始资料：分析塑件图、分析工艺资料、熟悉有关参考资料及技术标准、熟悉工程实际情况选择注射机：主要是涉及注射容量g、锁模力t、能放的进去（长高宽）mm确定模具结构：模流分析、确定初始设置结构、分型设计、确定辅助系统机构确定总体尺寸与绘制结构草图绘制模具装配图绘制模具零件图审核模具图注塑模具的基本组成为：成型零件浇注系统导向和定位机构顶出机构温度调节系统排气系统侧抽芯机构；（模架包括定模座板、定模板、动模板、动模座板导柱和导套等零件）注塑模具的结构类型：单分型面、多分型面、热流道、斜导柱侧向抽芯、斜销内抽芯多型腔的排位注意点：尽可能采用平衡式排位，确保均衡进料和同时充满型腔圆形排位所占模板尺寸大，加工麻烦，常用H形和直线排位尽量使模具型腔排位紧凑，以便缩小外形尺寸，减轻模具重量型腔排位和浇口开设部位应力求对称，以防承受偏载而产生溢料现象力求塑件中心与模具中心距离为整数避免塑件排位时型芯和型腔方位颠倒分型面位置选择原则（必须设置在产品的最大截面处）：在塑件外形最大轮廓处；尽量减小塑件在分型面上的投影面积以减小锁模力确保在开模后塑件留在动模的一侧有利于模具的排气及浇注系统的布置保证塑件同轴度便于模具的加工要满足塑件的使用要求尽量较少抽芯机构。降低模具的复杂系数有侧凹或侧孔时要尽量使侧抽距离最小。浇注系统由主流道、分流道、冷料穴、浇口组成浇注系统设计时遵循的原则：了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性采用尽量短的流程有利于排气防止型芯、塑件变形和嵌件位移便于修整浇口以保证塑件的外观一模多腔时应结合型腔的布局同时考虑进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确认。浇口的类型及优缺点：名称(适用直接式浇口（二板模侧浇口（二板模）点浇口（三板模）潜伏浇口（二板模优点塑料流程短、流道阻力小、进料快，动能损失小，传递压力好截面简单，加工容易，对各种塑料的成型适用性较强浇口残留痕迹小，易于浇注系统的平衡，浇口在生产过程中能自行拉断适合自动化注射生产能达到制品的外观要求，简化模具的结构，能自动切除浇口缺点截面尺寸大，注射成型周期长有浇口痕迹，注射压力损失大，对深型腔的塑料制品会产生排气不良的问题流动阻力大，需要提高注射压力。不宜采用较脆的塑料，浇口加工困难浇口位置的设计原则：设置在最易清楚的部位，可开在边缘或底部尽量选择在分型面上距型腔各个部位的距离应尽量一致保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽畅、厚壁的部位避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁、型芯或嵌件，产生变形错位或弯曲尽量避免使制品产生熔接痕塑料流入能沿着平行型腔的方向均匀流入，利于排气大型或扁平制品建议采用多点进浇，可防止制品翘曲变形和缺料浇口尺寸由制品大小几何形状结构和塑料种类决定一模多穴时相同的制品采用对称进浇方式，不同制品在同一模具中成型时优先将最大制品放在靠近主流道的位置在浇口附件的冷料穴尽头设置拉料杆以利于浇道脱模。顶出机构的设计原则：保证塑件开模后塑件留在动模上，简化顶出机构为使制品不致因顶出而产生变形，推力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位结构可靠，不易破损，推力点应作用在制品上承受力最大的部位尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制品破裂和穿孔为避免使顶出的痕迹影响外观，顶出装置应设在制品的隐蔽面或非装饰表面。顶针的位置选择原则：直径不宜过细，应具有足够的强度、刚度，能承受一定的顶出力应设在脱模阻力大处在布置顶针时，考虑脱模阻力的平衡，保证塑件顶出时受力均匀，因此要在筋、凸台多设顶针应设在塑件强度、刚度较大处顶针成型部位与其孔的配合不要大于该成型件的塑料溢边值，以防产生飞边，配合长度一般不小于10mm难以排气的部位多设以代替排气冷却系统设计要点：保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡冷却水孔的数量越多，孔径越大，水道部分越均匀，对塑件冷却越均匀水孔与型腔表面各处应有相同的距离浇口处应加强冷却降低入水与出水的温差合理考虑冷却水道的排列形式要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，影响强度保证管道不泄漏防止与其他部位发生干涉进出口要低于模具的外表面要利于加工和清理排气槽位置选择原则：不宜朝向机器操作者方向，以免因溢料出现人身事故尽量开设在最后才能填充的型腔部位最好开设在分型面上尽量开设在凹模一侧开在熔合线和接合线处第七章 模具CAD应用软件开发应用软件开发应遵循的原则：高素质的软件开发人才开发的软件方便用户使用采用菜单和图标的方式采用灵活的信息提示可以容忍的响应时间良好的出错处理软件开发的各阶段划分清晰、要求明确、任务具体应用软件开发步骤：可行性研究需求分析总体设计详细设计软件程序编制软件测试运行和维护Pro/Toolkit的工作模式：同步模式-DLL模式和多进程模式异步模式-简单异步和全异步Pro/E二次开发中的注意问题：在Visual C+环境下开发编译、连接以生成可执行的.exe或.dll文件Config.pro文件的设置信息、菜单和对话框界面开发的大概步骤：编写资源文件编写高级语言程序如何编写对话框源程序代码文件：程序读取对话框资源文件指定对话框控件行为函数并修改属性显示并激活对话框关闭对话框如何运行Pro/E二次开发的应用程序：启动Pro/E，选择【工具】【辅助应用程序】命令，打开【辅助应用程序】对话框。单击【注册】按钮，找到上面所编写的注册文件protk.dat，单击【打开】按钮，然后单击【开始】按钮，应用程序执行第八章 模具CAD/CAM新技术模具制造的基本特点：制造质量高形状复杂材料硬度高单件生产模具制造的主要方法：机械加工、特种加工、塑性加工、铸造加工、焊接加工、数控加工高速切削定义：主轴转速达到10000-60000r/min、快速进给速度40m/min、平均进给速度10m/min以上、加速度大于1g的切削加工高速加工的特点：加工效率高切削小热变形小加工精度高简化工艺流程逆向工程的应用领域分以下几种情况：P381-382实物逆向的研究内容：数据采集：接触式测量法、非接触式测量法、逐层扫描法数据预处理曲面重构：基于点-样条和基于测量点建立产品模型逆向工程技术的发展趋势：数据测量、数据处理、曲面控制、复杂曲面的识别和重建方法、集成技术RP技术的工作原理：根据零件的三维CAD实体模型，利用专业切片软件对其进行切片处理，得到模型每层截面的轮廓，再在快速成形设备中用激光或其他方法将材料进行逐层成形，从而形成零件的原型。（简单概括为数据离散、材料堆积）RP技术实际应用中大致分以下步骤：建立模型、前置处理、原型制作、后置处理几种常见的RP技术：SLA、SLS、FDM、LOMRP技术的发展趋势：新型成形工艺的研究数据接口的开发提高RP系统的速度、控制精度和可靠性高性能成形材料的研究新成形能源的研究开发