机械设计中的CAD、CAE、CAM技术

CAD/CAE/CAM是工业设计软件的三种功能类型，分别代表计算机辅助设计、计算机辅助工程和计算机辅助制造。CAD/CAE/CAM将成为大型工业设计软件套件的基本功能。CAD强调从头开始设计产品本身，如外观、部件位置匹配、材料等。CAE用于模拟，分析需求设计，CAM用于3D原型和制造目的。

什么是计算机辅助设计(CAD)?

计算机辅助设计(computer aided design, CAD)是指利用计算机软件创造和模拟物理设计，以表现新开发产品的外观、结构、颜色、质地等特征的过程。简单地说，CAD是用来辅助设计和绘图的。随着科技的不断发展，计算机辅助设计不仅适用于工业，还广泛应用于平面印刷、出版等多个领域。它包括软件和专用硬件。

CAD系统的功能是什么?

• 设计组件的重用。
• 易于设计修改和版本控制。
• 自动生成标准件的设计。
• 根据规格和设计规则对设计进行验证。
• 模拟设计而不建立实体原型。
• 总成的自动设计。
• 工程文件的输出，如制造图纸、物料清单等。
• 直接输出设计到生产单位。
• 直接输出到快速成型或快速工业成型机。

什么是计算机辅助工程(CAE)?

计算机辅助工程(CAE)主要用于仿真分析、验证和改进设计。近年来，随着计算机和3D CAD的快速发展，CAE应用的比例越来越高，使用难度越来越低，用户数量显著增长。与CAD相比，CAE用户需要更多的物理相关知识来设置条件和解释结果。对于计算过程中使用的数学方法，如微分方程法、有限元法、有限体积法等，都可以交给计算机处理。

CAE的优点:

• 节省实验成本和时间，加快开发速度。
• 实验中难以获得的物理量可以通过模拟得到。
• 更容易观察物理现象和物理量的变化。
• 通过数值方法可以进一步优化产品性能。

CAE的缺点:

• 大规模计算通常需要昂贵的高性能设备。
• 对仿真结果的解释仍然需要工程师的经验和知识来做出正确的判断。

CAE的基本流程是什么?

1. Step0:几何模型处理
   第0步是几何模型的处理。为什么是第0步?一是这一步不使用仿真软件。主要是因为加工质量会很大程度上影响解决方案，而且有时处理起来相当麻烦。例如在流体模拟中，需要流体流动的内部空间，而内部空间一般不是特别绘制的，所以内部空间必须按照壳体几何图形来绘制。此外，模型内部的复杂特性也应该尽可能地简化。流水线虽然没有复杂的特征，但是如果模型没有得到适当的简化，会消耗大量的资源进行计算，甚至会导致求解失败。
2. 步骤1:预处理
   预处理主要是划分网格和设置仿真条件。通常，被模拟物体的几何结构是相当复杂的，没有办法直接计算出与该几何结构相对应的控制方程。为了解决这个问题，研究者将这个复杂的形状切割成多个简单的元素，可以是立方体、多面体等，然后对每个元素求解方程，然后通过数学运算得到整个复杂形状对应的值。仿真结果。将复杂形状切片成多个元素的这一步是网格划分。继续设置模拟条件，一般称为边界条件。此外，条件集还包括不同物理模型的选择和介质的选择。
3. 步骤2:解决
   在完成模拟设置后，在求解步骤中，需要告诉软件使用什么方法来计算问题，包括网格离散化格式，求解算法的选择等。完成解集后，下一步就是等待自己编写的软件或程序来求解。
4. 步骤3:后处理
   假设一切顺利，软件成功地计算出了答案，下一步就是查看结果。使用后处理软件查看管道内部的速度场、流痕等信息。如果需要对产品进行改进和优化，也可以从仿真结果进行判断，然后对相关配置和仿真条件进行改进。

什么是计算机辅助制造(CAM)?

计算机辅助制造(CAM)是工程师广泛使用产品生命周期管理计算机软件制造产品零部件的过程。也就是说，用CAM来辅助制造，而CAM自动编程的最终输出就是CNC加工程序。利用CAD中生成的零件三维模型，生成驱动数控机床的数控代码。这包括工程师选择工具类型、加工过程和加工路径。

计算机辅助制造的加工步骤:

根据材料和使用的软件，每一步都是一个简单或复杂的策略。

1. 粗加工:
   这个过程从立方体的坯料或铸件开始，粗略地加工成最终的模型。由于它是在水平方向上加工的，通常得到阶梯形状。常见的策略有锯齿型清仓、抵消型清仓、暴跌型清仓和休整型清仓。
2. 半精加工:
   该工艺从一个粗糙、不均匀的零件开始，并在一个固定的偏移量上加工零件。
3. 完成:
   就像半成品，但原料不同。

CAD/CAM技术给工业制造带来的变化:

CAD/CAM是指利用计算机进行分析、模拟、设计、绘制和拟定生产计划、制造程序，并对生产过程进行控制，即从设计到加工，全部依靠计算机的帮助，因此CAD/CAM是自动化的重要组成部分。中心，影响工业生产力和质量。

1. 数控加工生产:
   随着航空工业、汽车工业、轻工业等消费品生产的增长，对产品精度的要求越来越高，结构和形状越来越复杂，开发制造周期越来越短，传统的机械加工已不能满足需求，于是数控加工应运而生。
2. CAD/CAM软件的生成:
   数控加工的应用提高了生产精度和生产效率。但当产品结构形状复杂时，采用传统的数控手工编程技术很难完成加工程序的编制，因此CAD/CAM应运而生。
3. CAD/CAM软件特点:
   
   • 三维建模功能;如上所述，被加工表面的几何信息是软件刀具路径计算的基础，因此该软件可以提供基本的曲面造型功能。
   • 参数管理:参数包括加工对象、刀具参数、机床参数、加工工艺等;参数设置是交互式图形编程的主要操作内容。包括参数输入修改、管理优化等。
4. 政策:
   对加工过程进行直观、逼真的图形模拟，验证所编程序是否存在问题。
5. 编辑和修改刀具路径:
   提供多种数控刀具路径编辑方法。
6. 后期处理:
   它是一个文字处理过程，程序能够满足设备的要求，并且在程序的开头和结尾添加了一些辅助指令。
7. 过程文档生成:
   将机床操作工需要的信息(如程序名称、加工顺序、刀具数据等)写入标准、标准化文件。