第十一章 基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统.ppt

第十一章基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统快速成型与快速模具制造技术及其应用快速成型与快速模具制造技术及其应用第十一章基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统市场经济的激烈竞争使全球制造业的战略重心已逐步从扩大生产规模、降低产品成本、提高产品质量转移至加快市场响应速度上。许多先进企业的产品周期,已经步入了“三个三”(产品设计周期三周,试制周期三个月,生产周期三年)。谁能够在新产品研制与开发过程中走在前面,谁就在激烈的市场竞争中占据有利的位置。因此,新产品研发的灵活性与便捷性便得到高度重视。由此产生的快速成型制造技术及基于快速原型的快速模具制造技术在新产品开发及单件、小批量产品生产中已为企业带来了显著的经济效益。为了有效地发挥快速成型与快速模具制造技术的优越性,将该项技术与相关软硬件资源进行集成,组建产品/模具快速设计与制造技术体系是十分必须的,该体系的建立对有效地发挥快速成型与快速模具制造技术的优越性,更好地为企业提供支持与服务是十分重要的。基本功能及结构系统软硬件资源产品快速设计与制造系统的构建产品快速设计与制造系统的应用1324第十一章基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统第一节基本功能及结构产品快速设计与制造系统应视为集工业设计、计算机三维CAD技术、反求工程、结构分析与优化设计、工艺仿真、快速原型制造、快速模具制造和快速产品制造等的一个集成制造系统。从当前基于快速成型技术的产品设计角度来看,一般有两种产品快速设计方法,即从概念到产品和从样品到产品。对于从概念到产品的设计方法,其步骤为:概念、三维CAD造型、快速原型、结构分析与优化、工艺分析、快速模具和快速产品;对于从样品到产品的快速设计方法,其步骤为:样品、反求(逆向)工程、曲面拟合/修补、三维造型、快速原型、结构分析与优化、工艺分析、快速模具和快速产品。因此,无论初始已知条件是一个概念、一个样品还是一张图纸,都可借助于计算机三维设计、快速成型技术和快速模具制造技术进行产品的快速设计与制造。对于产品设计,除了几何形状设计以外,还应当进行结构的优化设计,通过对构件在实际工作环境下的工作过程仿真和在仿真基础上的优化设计,达到产品的最佳设计目的。此外,还应当考虑所设计的产品的制造工艺性问题,即可加工性。例如,对于产品的材料为注塑产品或板料产品的零件,在产品外观、几何形状等设计的同时,还应当考虑所设计的产品外观或形状符合注塑或板料成形件的加工工艺性及其对应的生产用模具的成本与复杂性等因素。因此,产品设计过程是集美学、工业设计、功能/结构性能、成形工艺性、产品综合成本等多种因素于一体的设计过程,产品设计不能仅考虑单一或几个因素。根据上述分析,产品快速设计与制造系统的基本结构如图11-1所示。第一节基本功能及结构图 11-1 产品/模具快速设计与制造系统的基本结构第一节基本功能及结构基本功能及结构系统软硬件资源产品快速设计与制造系统的构建产品快速设计与制造系统的应用1324第十一章基于快速成型技术的产品快速设计与制造系统第二节系统软硬件资源根据上述产品快速设计与制造系统应具备的功能,该套系统应配备的软硬件资源阐述如下:(1)造型软件 产品的现代设计已基本甩脱传统的图纸描述方式,而直接在三维造型软件平台上进行。目前,几乎尽善尽美的商品化CAD/CAM一体化软件为产品造型提供了强大的空间,使设计者的概念设计能够随心所欲,且特征修改也十分方便。目前,应用较多的具有三维造型功能的CAD/CAM软件主要有:UGII、Pro/E、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MDT等。(2)结构分析软件 产品的结构设计既要满足产品的外观及加工制造等要求,更要满足产品的使用要求。产品设计经外观及加工可行性评估后,能否满足在给定工况下的使用要求,需要进行结构分析。结构分析的主要内容有结构件的强度、刚度、稳定性及疲劳寿命等。结构分析的目的主要是进行安全性评估,进而实现结构的优化。目前,应用较多的结构分析软件有ANSYS、NASTRAN、MARC、ADINA、SAP系列等。(3)工艺仿真软件 批量产品的生产一般都依赖于工模具。在给定的工艺条件下,使用给定结构的模具,能否生产出满足设计要求的产品,传统的试错方法在生产过程中需反复地修改模具结构和工艺方案。这样,不可避免地会提高产品的生产成本和延长产品的生产周期。基于工艺仿真的CAE技术的发展,大大降低了从CAD到CAM的风险,使设计、仿真与制造并行,以确保产品开发的一次性成功。目前,产品成形的工艺仿真软件主要有:体积成形仿真软件DEFORM、FORGEIII等,板料成形仿真软件DYNAFORM、OPTRIS、PAM-STAMP等,注塑成形仿真软件MOLDFLOW、C-MOLD等。第二节系统软硬件资源(4)反求系统与数据拟合软件