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實(shí)例分析CADCAECAM技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用

  引言

  CAD/CAE/CAM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車避晾、航空航天纬朝、機(jī)械个绍、電子和建筑等諸多領(lǐng)域,特別是在汽車行業(yè)写穴,CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用更為普及惰拱。在發(fā)達(dá)國家,CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用已有30多年的歷史星肤。通用汽車公司利用此技術(shù)每28天出一款新車型搜栽,波音777飛機(jī)從設(shè)計到加工的全過程無需一張圖紙。我國在汽車行業(yè)中的骨干企業(yè)及一些企業(yè)的部分車間已較為普遍地引進(jìn)了CAD/ CAE/ CAM技術(shù)用于實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)溢牡,如零部件贱供、覆蓋件的設(shè)計,整車性能的分析粉怯、自動生成數(shù)控加工程序等犁鹤。

  1 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的軟硬件組成與流程

  (1)系統(tǒng)工作站 可以運(yùn)行于UNIX和NT兩種平臺之上,如目前流行的工作站硬件平臺SGI,HP,SUN,DEC,IBM等;

  (2)工作站和數(shù)控機(jī)床之間的傳輸系統(tǒng) 可建立以太網(wǎng)或客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)险朴,實(shí)現(xiàn)了工作站和微機(jī)終端舞轧、數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測量儀的聯(lián)網(wǎng)使用;

  (3)數(shù)控加工設(shè)備 企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的產(chǎn)品復(fù)雜程度、加工難度羞菊、資金狀況等因素購買合適的加工設(shè)備;

  (4)測量及檢測設(shè)備 包括三坐標(biāo)測量儀在內(nèi)的各種測量設(shè)備是獲取設(shè)計數(shù)據(jù)的重要來源贫巴,對一些具有復(fù)雜表面形狀的產(chǎn)品而言,利用三坐標(biāo)測量儀取得表面若干點(diǎn)的空間位置隐户,然后利用CAD/ CAM系統(tǒng)的曲面功能可以方便地生成零件實(shí)體模型以進(jìn)行后續(xù)工作炕婶,利用三坐標(biāo)測量儀在對實(shí)車測量的基礎(chǔ)上,再適當(dāng)修改莱预,則可形成新的汽車造型;

  (5)系統(tǒng)軟件 CAD/ CAE/ CAM軟件系統(tǒng)有UG,EUCLID,CATIA,STRIM一100 ,IDEAS,CI MATRON ,CV等柠掂,企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況選用不同軟件的不同模塊以滿足自身需求。

  2 實(shí)施CAD/ CAE/ CAM項(xiàng)目的全過程

  以下以某汽車廠為例锁施,論述CAD/ CAE/ CAM項(xiàng)目從需求分析、方案設(shè)計及方案實(shí)施的全過程杖们。

  2.1項(xiàng)目需求分析

  根據(jù)對企業(yè)的技術(shù)要求和現(xiàn)狀分析悉抵,確定出企業(yè)的基本需求為:

  ·輕型卡車零部件的三維實(shí)體結(jié)構(gòu)設(shè)計,參數(shù)化特征化結(jié)構(gòu)設(shè)計;

  ·各類整車產(chǎn)品(包括前橋摘完、車架姥饰、傳動系、動力總成等)的裝配設(shè)計(能完成包括自頂向下及自底向上兩種工作模式)孝治、干涉檢查列粪、自動生成裝配明細(xì)表;

  ·產(chǎn)品的二維工程圖繪制(符合國家尺寸標(biāo)準(zhǔn)、公差與配合谈飒、漢字標(biāo)注等);

  ·產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析岂座、動力學(xué)分析;

  ·產(chǎn)品的有限元分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析隅昌、運(yùn)動仿真模擬分析拉诲、系統(tǒng)動態(tài)分析和動態(tài)干涉檢查;

  ·軟件網(wǎng)絡(luò)浮動,并支持漢字用戶界面;

  ·提供國家標(biāo)準(zhǔn)漢字字庫等琼护。

  2.2 針對企業(yè)的集成化解決方案

  (1)總體方案設(shè)計的指導(dǎo)思想經(jīng)過與企業(yè)技術(shù)人員威卑、專家及領(lǐng)導(dǎo)的討論,認(rèn)為整個系統(tǒng)的設(shè)計和長期規(guī)劃應(yīng)遵循以下幾大原則:

  ·集成系統(tǒng)方案具有先進(jìn)性菌熬,考慮全面您凸,在全國的汽車行業(yè)具有代表性;

  ·集成系統(tǒng)方案具有實(shí)用性、可擴(kuò)展性炊撕,系統(tǒng)建設(shè)完畢后宠宗,短期可以見效,長期可以逐步發(fā)展秦物、升級;

  ·集成系統(tǒng)應(yīng)便于將來并入CI MS規(guī)劃瞒谱,易于與PDM.MRPII等集成;

  ·對于新興的欠成熟技術(shù)須反復(fù)討論、慎重處理,以免影響整個系統(tǒng)的實(shí)施萤榔。

  (2)軟件模塊的選配

  ·入口通道主要功能為:視圖管理鸯乃、質(zhì)量特性、打印機(jī)及繪圖機(jī)驅(qū)動跋涣、網(wǎng)絡(luò)支持缨睡、數(shù)據(jù)庫管理、工程電子表格陈辱,設(shè)計優(yōu)化迭代;

  ·二維繪圖主要功能為:與實(shí)體相關(guān)的二維工程圖生成奖年,自動剖視圖生成,自動視圖布置及尺寸標(biāo)注沛贪,參數(shù)化草圖功能陋守,工程圖以實(shí)體造型為基礎(chǔ),避免了視圖的尺寸錯誤利赋∷溃可生成汽車各零部件和裝配的二維工程圖,自動生成裝配圖的零件明細(xì)表;

  ·特征造型和實(shí)體造型主要功能為:提供基于約束的參數(shù)化特征建模媚送,與傳統(tǒng)的非參數(shù)化線框中燥,曲面,實(shí)體造型有機(jī)地結(jié)合在一起塘偎,汽車各部件的實(shí)體造型疗涉,可用于設(shè)計汽車的各類結(jié)構(gòu)件;

  ·用戶自定義特征主要功能為:可借助用戶自定義特征建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫;

  ·模型裝配主要功能為:可方便地根據(jù)約束配合關(guān)系進(jìn)行裝配,并可進(jìn)行參數(shù)化裝配定位战凿,裝配過程可加進(jìn)約束條件图漓,對無限個部件組成的裝配可進(jìn)行隱藏線消除、干涉分析媒龟、計算干涉的體積码杆,可用于汽車整車、車架以及各部件的裝配;

  ·有限元前后處理及分析主要功能為:可完成汽車各零件的強(qiáng)度分析揖们、應(yīng)力/應(yīng)變分析磁应、整車的動力學(xué)振動模態(tài)分析及發(fā)動機(jī)的線性穩(wěn)態(tài)分析、熱力學(xué)分析;

  ·機(jī)構(gòu)分析主要功能為:可完成整車的各機(jī)構(gòu)運(yùn)動部件的分析和仿真捣潭,并可完成發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的活塞運(yùn)動分析和仿真部糠、變速器內(nèi)各部件的運(yùn)動分析和仿真。

  (3)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案原則

  本網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計是基于下列原則:

  ·采用業(yè)界最高性能的交換引擎军霸,以線速進(jìn)行包的轉(zhuǎn)發(fā)與交換;

  ·所有上連快速以太網(wǎng)交換端口均具有全雙工(Full Duplex)功能;

  ·模塊化設(shè)計的硬件;

  ·分布式的交換架構(gòu);

  ·分布式的網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu);

  ·統(tǒng)一的管理平臺;

  ·提供圖形用戶界面(GUI)提甚,方便管理;

  ·所有交換機(jī)端口的RMON支持;

  ·良好的擴(kuò)展性。

  根據(jù)上述原則可采用如下方案(見圖2):一臺美國Cisc幻彪。公司的Catalyst 1900桌面型以太網(wǎng)交換機(jī)褪储,利用此交換機(jī)的背板高速總線(可高達(dá)320 Mbps)為整個網(wǎng)絡(luò)的主干卵渴,并為各科室用戶提供交換式的lOM師、的以太網(wǎng)端口以滿足用戶的需求鲤竹。同時浪读,提供100 Mbps的快速以太網(wǎng)接口,以連接網(wǎng)絡(luò)中心的服務(wù)器辛藻,為服務(wù)器提供充足的連接帶寬碘橘。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是具有最佳的性能價格比,Catalyst 1900桌面型交換機(jī)可提供一個易于管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)吱肌,同時可滿足用戶訪問所需的交換性能痘拆。

  2.3方案實(shí)施

  (1)在確立汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和產(chǎn)品編碼的基礎(chǔ)上氮墨,逐步建立汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)纺蛆、工藝標(biāo)準(zhǔn)、計算標(biāo)準(zhǔn)……)及標(biāo)準(zhǔn)件庫规揪、通用件桥氏、常用件和互換件庫,建立汽車常用材料庫畴垃,建立汽車產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)庫栈站,為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供實(shí)用疟弹、可靠的共性基礎(chǔ)庫;

  (2)指導(dǎo)幫助企業(yè)建立基于行業(yè)內(nèi)的編碼規(guī)范(指產(chǎn)品鲫畸、零件、材料福晋、圖檔…);

  (3)通過幫助企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)霜宙,使其盡快掌握汽車的零部件、覆蓋件逼税、車架堕武、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)的設(shè)計惜选、裝配技術(shù)等;

  (4)在掌握利用軟件進(jìn)行零部件設(shè)計建模的基礎(chǔ)上夫泛,掌握總體方案設(shè)計(自上而下的裝配設(shè)計)和整車的概念設(shè)計;

  (5)指導(dǎo)幫助企業(yè)盡快掌握并行工程技術(shù),其中包括:a)用三坐標(biāo)測量仿型對象的正確方法和技巧;b)三坐標(biāo)測得的空間點(diǎn)數(shù)據(jù)集準(zhǔn)確地進(jìn)入軟件環(huán)境中的方法;c)這些點(diǎn)數(shù)據(jù)集在軟件環(huán)境中處理成曲面形體的重建方法和評估檢查方法;d)以此曲面構(gòu)造設(shè)計對象模型(數(shù)字模型)的方法且仔。

  (6)通過一實(shí)例使企業(yè)掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析的方法伸畅,對汽車的主要結(jié)構(gòu)件(車架、發(fā)動機(jī)凹蜂、動力系統(tǒng)馍驯、傳動剎車系統(tǒng))進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度玛痊、受力的分析汰瘫,并能對車架狂打、發(fā)動機(jī)中的運(yùn)動件進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,得到運(yùn)動特性的數(shù)據(jù)混弥。

  3 提高應(yīng)用水平是關(guān)鍵

  在設(shè)計趴乡、實(shí)施一個完整的CAD/ CAE/ CAM工程時,應(yīng)從單純的軟硬件安裝調(diào)試中超出剑逃,

  將大量的精力用于幫助使用者提高應(yīng)用水平浙宜。在計算機(jī)軟硬件高度發(fā)達(dá)的今天,如何提高使用者的實(shí)際應(yīng)用水平蛹磺,使其真正從中獲益粟瞬,是推廣普及高新技術(shù)手段的關(guān)鍵。


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