第十一章_基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)ppt課件

1、第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì) 與制造系統(tǒng) 快速成型與快速模具制造技術(shù)及其運(yùn)用機(jī)械工業(yè)第三版 第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng) 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的猛烈競(jìng)爭(zhēng)使全球制造業(yè)的戰(zhàn)略重心已逐漸從擴(kuò)展消費(fèi)規(guī)模、降低產(chǎn)品本錢、提高產(chǎn)質(zhì)量量轉(zhuǎn)移至加快市場(chǎng)呼應(yīng)速度上。許多先進(jìn)企業(yè)的產(chǎn)品周期，曾經(jīng)步入了“三個(gè)三產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期三周，試制周期三個(gè)月，消費(fèi)周期三年。誰(shuí)可以在新產(chǎn)品研制與開(kāi)發(fā)過(guò)程中走在前面，誰(shuí)就在猛烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利的位置。因此，新產(chǎn)品研發(fā)的靈敏性與便利性便得到高度注重。由此產(chǎn)生的快速成型制造技術(shù)及基于快速原型的快速模具制造技術(shù)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及單件、小批量產(chǎn)品消費(fèi)中已為企業(yè)帶來(lái)了顯著的

2、經(jīng)濟(jì)效益。為了有效地發(fā)揚(yáng)快速成型與快速模具制造技術(shù)的優(yōu)越性，將該項(xiàng)技術(shù)與相關(guān)軟硬件資源進(jìn)展集成，組建產(chǎn)品/模具快速設(shè)計(jì)與制造技術(shù)體系是非常必需的，該體系的建立對(duì)有效地發(fā)揚(yáng)快速成型與快速模具制造技術(shù)的優(yōu)越性，更好地為企業(yè)提供支持與效力是非常重要的。 根本功能及構(gòu)造 系統(tǒng)軟硬件資源 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用1324第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)第一節(jié) 根本功能及構(gòu)造產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)應(yīng)視為集工業(yè)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)三維CAD技術(shù)、反求工程、構(gòu)造分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝仿真、快速原型制造、快速模具制造和快速產(chǎn)品制造等的一個(gè)集成制造系統(tǒng)。從當(dāng)前基于快速成型

3、技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來(lái)看，普通有兩種產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)方法，即從概念到產(chǎn)品和從樣品到產(chǎn)品。對(duì)于從概念到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法，其步驟為：概念、三維CAD外型、快速原型、構(gòu)造分析與優(yōu)化、工藝分析、快速模具和快速產(chǎn)品；對(duì)于從樣品到產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)方法，其步驟為：樣品、反求逆向工程、曲面擬合/修補(bǔ)、三維外型、快速原型、構(gòu)造分析與優(yōu)化、工藝分析、快速模具和快速產(chǎn)品。因此，無(wú)論初始知條件是一個(gè)概念、一個(gè)樣品還是一張圖紙，都可借助于計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)、快速成型技術(shù)和快速模具制造技術(shù)進(jìn)展產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)與制造。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，除了幾何外形設(shè)計(jì)以外，還該當(dāng)進(jìn)展構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)對(duì)構(gòu)件在實(shí)踐任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)過(guò)程仿真和在仿真根底上的優(yōu)化

4、設(shè)計(jì)，到達(dá)產(chǎn)品的最正確設(shè)計(jì)目的。此外，還該當(dāng)思索所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的制造工藝性問(wèn)題，即可加工性。例如，對(duì)于產(chǎn)品的資料為注塑產(chǎn)品或板料產(chǎn)品的零件，在產(chǎn)品外觀、幾何外形等設(shè)計(jì)的同時(shí)，還該當(dāng)思索所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外觀或外形符合注塑或板料成形件的加工工藝性及其對(duì)應(yīng)的消費(fèi)用模具的本錢與復(fù)雜性等要素。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是集美學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、功能/構(gòu)造性能、成形工藝性、產(chǎn)品綜合本錢等多種要素于一體的設(shè)計(jì)過(guò)程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不能僅思索單一或幾個(gè)要素。 根據(jù)上述分析，產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的根本構(gòu)造如圖11-1所示。 第一節(jié) 根本功能及構(gòu)造圖 11-1 產(chǎn)品/模具快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的根本構(gòu)造第一節(jié) 根本功能及構(gòu)造 根本功能及構(gòu)造

5、系統(tǒng)軟硬件資源 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用1324第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)第二節(jié) 系統(tǒng)軟硬件資源根據(jù)上述產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，該套系統(tǒng)應(yīng)配備的軟硬件資源論述如下：1外型軟件產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)已根本甩脫傳統(tǒng)的圖紙描畫方式，而直接在三維外型軟件平臺(tái)上進(jìn)展。目前，幾乎盡善盡美的商品化CAD/CAM一體化軟件為產(chǎn)品外型提供了強(qiáng)大的空間，使設(shè)計(jì)者的概念設(shè)計(jì)可以隨心所欲，且特征修正也非常方便。目前，運(yùn)用較多的具有三維外型功能的CAD/CAM軟件主要有：UGII、Pro/E、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MD

6、T等。2構(gòu)造分析軟件產(chǎn)品的構(gòu)造設(shè)計(jì)既要滿足產(chǎn)品的外觀及加工制造等要求，更要滿足產(chǎn)品的運(yùn)用要求。產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)外觀及加工可行性評(píng)價(jià)后，能否滿足在給定工況下的運(yùn)用要求，需求進(jìn)展構(gòu)造分析。構(gòu)造分析的主要內(nèi)容有構(gòu)造件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及疲勞壽命等。構(gòu)造分析的目的主要是進(jìn)展平安性評(píng)價(jià)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)造的優(yōu)化。目前，運(yùn)用較多的構(gòu)造分析軟件有ANSYS、NASTRAN、MARC、ADINA、SAP系列等。 3工藝仿真軟件批量產(chǎn)品的消費(fèi)普通都依賴于工模具。在給定的工藝條件下，運(yùn)用給定構(gòu)造的模具，能否消費(fèi)出滿足設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品，傳統(tǒng)的試錯(cuò)方法在消費(fèi)過(guò)程中需反復(fù)地修正模具構(gòu)造和工藝方案。這樣，不可防止地會(huì)提高產(chǎn)品的消費(fèi)本

7、錢和延伸產(chǎn)品的消費(fèi)周期?；诠に嚪抡娴腃AE技術(shù)的開(kāi)展，大大降低了從CAD到CAM的風(fēng)險(xiǎn)，使設(shè)計(jì)、仿真與制造并行，以確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次性勝利。目前，產(chǎn)品成形的工藝仿真軟件主要有：體積成形仿真軟件DEFORM、FORGEIII等，板料成形仿真軟件DYNAFORM、OPTRIS、PAM-STAMP等，注塑成形仿真軟件MOLDFLOW、C-MOLD等。 第二節(jié) 系統(tǒng)軟硬件資源4反求系統(tǒng)與數(shù)據(jù)擬合軟件新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的另一條重要道路就是樣件的反求。反求是對(duì)存在的實(shí)物模型或零件進(jìn)展丈量并根據(jù)丈量數(shù)據(jù)重構(gòu)出實(shí)物的CAD模型，進(jìn)而對(duì)實(shí)物進(jìn)展分析、修正、檢驗(yàn)和制造的過(guò)程。反求工程主要用于已有零件的復(fù)制、損壞或

8、磨損零件的復(fù)原、模型精度的提高及數(shù)字化模型檢測(cè)等。反求的主要方法有三坐標(biāo)丈量法、投影光柵法、激光三角形法、核磁共振和CT法以及自動(dòng)斷層掃描法等。反求工程中較大的任務(wù)量就是離散數(shù)據(jù)的處置。普通來(lái)說(shuō)，反求系統(tǒng)中應(yīng)攜帶具有一定功能的數(shù)據(jù)擬合軟件，或借用常規(guī)的CAD/CAM軟件UGII、Pro/E、Delcam等，也有獨(dú)立的曲面擬合與修補(bǔ)軟件，如Sufacer等。 第二節(jié) 系統(tǒng)軟硬件資源5快速原型制造設(shè)備 快速原型制造設(shè)備相當(dāng)于一臺(tái)三維打印機(jī)，可以快速、便利地將產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)“打印成特定資料的物理模型，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)及裝配與功能校核等。根據(jù)運(yùn)用的原資料及構(gòu)建技術(shù)的不同，快速原型制造設(shè)備主要有光

9、固化成型設(shè)備、疊層實(shí)體制造設(shè)備、熔融堆積制造設(shè)備及選擇性激光燒結(jié)設(shè)備等。6快速模具制造設(shè)備 由于快速成型制造技術(shù)受成型資料的限制，要想獲得所需資料的單件或小批量產(chǎn)品，還需求經(jīng)過(guò)模具進(jìn)展翻制，由此，基于快速原型的經(jīng)濟(jì)型快速模具技術(shù)得到迅速開(kāi)展。根據(jù)不同的制造工藝，快速模具制造過(guò)程中常用的設(shè)備主要有真空注型設(shè)備、電加工成型設(shè)備、金屬噴涂設(shè)備等。第二節(jié) 系統(tǒng)軟硬件資源7計(jì)算機(jī)任務(wù)站 產(chǎn)品三維外型的CAD/CAM軟件平臺(tái)需求性能優(yōu)越的計(jì)算機(jī)圖形任務(wù)站支持，產(chǎn)品構(gòu)造分析及成形工藝仿真同樣需求高速的計(jì)算機(jī)任務(wù)站。目前，計(jì)算機(jī)任務(wù)站的開(kāi)展速度也同微機(jī)一樣日新月異。許多品牌產(chǎn)品得到廣泛認(rèn)可，如美國(guó)SGI公司的

10、OCTANE及O2圖形任務(wù)站、美國(guó)IBM公司的M-Pro任務(wù)站、SUN任務(wù)站及國(guó)內(nèi)的海信任務(wù)站等。上述品牌任務(wù)站完全可以滿足三維外型軟件及構(gòu)造分析與工程仿真軟件對(duì)圖形處置及運(yùn)算速度的要求。 第二節(jié) 系統(tǒng)軟硬件資源 根本功能及構(gòu)造 系統(tǒng)軟硬件資源 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用1324第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)施數(shù)字化并且與成形工藝仿真及優(yōu)化技術(shù)集成，可以快速地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并有效地確保所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有最優(yōu)的構(gòu)造和可行的工藝性，顯著降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與制造的周期和本錢。根據(jù)以上的系統(tǒng)構(gòu)造分析和軟硬件資源的

11、配置分析，基于快速成型和快速模具制造技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、成形工藝仿真優(yōu)化及快速制造的集成系統(tǒng)如圖11-2所示。UGCATIARENISHAW反求設(shè)備MARCMOFLOWDEFORMDYNAFORMSPS600 SLA設(shè)備HRP III LOM設(shè)備HRPS IV SLS設(shè)備F2000真空注型機(jī)硅橡膠模具/電弧噴涂模具/環(huán)氧樹(shù)脂模具圖 11-2 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、工藝仿真優(yōu)化與快速制造技術(shù)集成系統(tǒng)第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 該系統(tǒng)各單元的功能為： 三維外型單元以先進(jìn)的通用三維CAD軟硬件平臺(tái)以及反求設(shè)備與數(shù)據(jù)處置軟件為支承，可以快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)； 構(gòu)造分析與優(yōu)化單元確保產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計(jì)滿

12、足運(yùn)用要求； 成型工藝分析單元確保產(chǎn)品制造的工藝可行性； 快速原型制造單元可以快速制造產(chǎn)品模型，檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)產(chǎn)品的外觀與構(gòu)造并適當(dāng)驗(yàn)證產(chǎn)品的部分功能，最終的原型可以用作翻制快速產(chǎn)品的快速模具的母模； 快速模具制造單元及產(chǎn)品真空注型單元可以以快速原型為母模進(jìn)展硅橡膠等快速模具的制造和樹(shù)脂等資料的產(chǎn)品真空注型。 第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 該系統(tǒng)的特征之處： 與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相關(guān)的單元技術(shù)進(jìn)展了密集集成，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)從完備的數(shù)字化手段開(kāi)場(chǎng)，先進(jìn)、高效、包含產(chǎn)品構(gòu)造的全部信息； 自主開(kāi)發(fā)的IGES格式數(shù)據(jù)與STL格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換軟件，徹底實(shí)現(xiàn)了CAD系統(tǒng)和RP系統(tǒng)的無(wú)縫集成； 自主開(kāi)發(fā)的STL文件分割

13、與拼接軟件抑制了目前商品化RP系統(tǒng)的局限性，擴(kuò)展了RP系統(tǒng)單元的適用范圍和進(jìn)一步提高了RP的效率； 將構(gòu)造分析與優(yōu)化、成型工藝分析與仿真單元技術(shù)集成于CAD與RP之間，在RP單元進(jìn)展外觀與裝配檢驗(yàn)之前消除產(chǎn)品運(yùn)用和工藝可行性的缺陷； RE、RP、RT的集成進(jìn)一步提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度和效率； 在反求單元技術(shù)中，本系統(tǒng)對(duì)于具有內(nèi)部型腔的樣件，根據(jù)外形復(fù)雜程度提出了剖切樣件及翻模丈量法，實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜內(nèi)腔的數(shù)據(jù)高精度采集。 第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 對(duì)于某種新產(chǎn)品，可以從概念設(shè)計(jì)或根據(jù)某個(gè)類似樣品經(jīng)反求開(kāi)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)CAD軟件或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與擬合軟件進(jìn)展產(chǎn)品外觀、構(gòu)造及其另部件的三維外

14、型設(shè)計(jì)，假設(shè)構(gòu)件為運(yùn)動(dòng)或受力部件，那么根據(jù)運(yùn)動(dòng)或受力形狀，建立數(shù)學(xué)模型，分析構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形狀或受力形狀，從而對(duì)構(gòu)造進(jìn)展分析和優(yōu)化，將經(jīng)優(yōu)化后構(gòu)件的三維數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇焖俪尚卧O(shè)備，制造原型，再次進(jìn)展外觀評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、裝配檢驗(yàn)等，假設(shè)檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)需求修正，那么前往CAD三維設(shè)計(jì)，修正設(shè)計(jì)方案，同時(shí)還該當(dāng)思索資料成形的工藝性，從成形工藝的難度、模具外形的復(fù)雜程度及其工序數(shù)目等多方面綜合思索，從而在外觀、構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)或受力形狀、成形工藝、模具開(kāi)發(fā)本錢等多方面到達(dá)綜合平衡，隨后，進(jìn)展成形過(guò)程工藝和模具設(shè)計(jì)，并建立過(guò)程模擬模型，進(jìn)展成形過(guò)程數(shù)值模擬，驗(yàn)證成形工藝和模具設(shè)計(jì)方案的可行性，對(duì)于塑料制品，還可以經(jīng)過(guò)快速

15、軟質(zhì)模具的制造，配合真空注型設(shè)備與工藝，快速進(jìn)展小批量制品的制造，以配合整套產(chǎn)品的評(píng)價(jià)和市場(chǎng)試銷，當(dāng)整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)終了后，第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)展批量消費(fèi)用模具的制造，進(jìn)而完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和消費(fèi)過(guò)程。在整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造貫徹于整個(gè)環(huán)節(jié)之中。有效地提高了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度、開(kāi)發(fā)質(zhì)量，減少了開(kāi)發(fā)本錢和風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)可以顯著加強(qiáng)快速原型與基于快速原型的快速模具制造技術(shù)的系統(tǒng)性、順應(yīng)性及高效性。從概念設(shè)計(jì)或樣品反求開(kāi)場(chǎng)到完成最終的注型產(chǎn)品，制造周期普通僅需求幾天的時(shí)間，其設(shè)計(jì)與制造過(guò)程是相當(dāng)迅速的。 RP&M和RT技術(shù)填補(bǔ)了產(chǎn)品CAD與CAM之間存在的

16、鴻溝，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品CAD與CAM的有機(jī)集成，是產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)中的中心技術(shù)。無(wú)論是始于產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)還是直接進(jìn)展樣品的數(shù)據(jù)反求，要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)與制造，都需求RP&M和RT技術(shù)的強(qiáng)有力的支持。 第三節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 根本功能及構(gòu)造 系統(tǒng)軟硬件資源 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的構(gòu)建 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用1324第十一章 基于快速成型技術(shù)的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用利用所構(gòu)建的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)中的外型軟件和反求設(shè)備的軟硬件資源，可以快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)。 1. 概念設(shè)計(jì)與快速制造 利用所構(gòu)建的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)中的外型軟件

17、和反求設(shè)備的軟硬件資源，可以快速地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)。 1 探測(cè)儀產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)與快速制造 探測(cè)儀是一種能快速、準(zhǔn)確地探測(cè)地下電纜、管道等走向的高科技新產(chǎn)品，根據(jù)某通訊公司提出的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要求，根據(jù)用戶的提議和構(gòu)思，并參照國(guó)外該類似產(chǎn)品的照片，在滿足外觀美觀、攜帶方便、防水及內(nèi)部線路板及其他功能零部件安裝的總體要求下，在UGII平臺(tái)上進(jìn)展了該產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。4.1 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造實(shí)例 圖11-3 探測(cè)儀產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用圖 11-4 探測(cè)儀產(chǎn)品的RP原型和類ABS產(chǎn)品第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用 2 松下新型電視機(jī)前面板殼體及機(jī)芯設(shè)計(jì)與快速制造 松下電視

18、機(jī)設(shè)計(jì)部門在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的最后環(huán)節(jié)是為銷售部門提交產(chǎn)品設(shè)計(jì)的樣機(jī)，國(guó)內(nèi)某合資公司在完成新型電視機(jī)外殼注塑件外觀及構(gòu)造的2D圖紙?jiān)O(shè)計(jì)后，進(jìn)展了產(chǎn)品的三維快速設(shè)計(jì)與前面板殼體樣件的制造。在2D圖紙到3D CAD模型過(guò)程中，進(jìn)一步完善了該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。11-5圖給出了該新型電視機(jī)前面板殼體和機(jī)芯的三維設(shè)計(jì)，以及經(jīng)過(guò)快速硅橡膠模具和真空注型制造的類似于PP塑料的殼體產(chǎn)品和類似于ABS塑料的機(jī)芯產(chǎn)品，如圖11-6所示。 第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用圖 11-5 電視機(jī)前面板殼體和機(jī)芯的三維設(shè)計(jì)第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用圖 11-6 電視機(jī)前面板殼體和機(jī)芯產(chǎn)品第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)

19、用2. 反求方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì) (1) 吉普車車輪反求與設(shè)計(jì) 吉普車車輪的設(shè)計(jì)在必需滿足強(qiáng)度和剛度等運(yùn)用要求外，廠家同時(shí)也追求其外觀的美感。利用RENISHAW反求系統(tǒng)對(duì)車輪樣件進(jìn)展數(shù)據(jù)反求，并根據(jù)要求進(jìn)展外觀及構(gòu)造的改良設(shè)計(jì)。吉普車車輪的五個(gè)風(fēng)孔均布，因此只丈量其中之一，丈量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)及根據(jù)丈量數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的車輪如圖11-7所示。在車輪外觀設(shè)計(jì)過(guò)程中，為便于用戶評(píng)價(jià)，對(duì)每一種設(shè)計(jì)都進(jìn)展了LOM原型的制造，根據(jù)評(píng)價(jià)意見(jiàn)和構(gòu)造有限元仿真，對(duì)車輪的外觀及構(gòu)造進(jìn)展了數(shù)次改良，最終確定了合理的設(shè)計(jì)方案，其樣件及各次設(shè)計(jì)的原型如圖11-8所示。 第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用風(fēng)孔數(shù)據(jù)點(diǎn)云車輪三維外

20、型 車輪外表曲率分析 車輪外表反光分析 圖 11-7 吉普車車輪反求與設(shè)計(jì)第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用樣件 第一次設(shè)計(jì) 第二次設(shè)計(jì) 第三次設(shè)計(jì)圖 11-8 吉普車車輪外觀及構(gòu)造設(shè)計(jì)改良第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用 (2) 氣輪機(jī)葉輪反求與設(shè)計(jì) 氣輪機(jī)葉輪的尺寸比較精細(xì)，外形比較復(fù)雜，因所要求的外形尺寸精度很高，無(wú)法采用常規(guī)丈量方法進(jìn)展CAD模型的構(gòu)建。為此，采用RENISHAW公司Cyclone反求系統(tǒng)進(jìn)展了葉輪外形丈量，并進(jìn)展葉輪外表曲率和反光輔助分析。根據(jù)丈量數(shù)據(jù)快速地實(shí)現(xiàn)了定子與轉(zhuǎn)子的三維設(shè)計(jì)，如圖11-9所示。 第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用氣輪機(jī)定子三維外型 定

21、子葉片外表曲率分析 定子葉片外表反光分析 氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子三維外型 轉(zhuǎn)子葉片外表曲率分析 圖 11-9 汽輪機(jī)葉輪反求與定子和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用叉架是滾筒式洗衣機(jī)中銜接和支撐內(nèi)筒和外筒的關(guān)鍵零件。在任務(wù)過(guò)程中洗衣機(jī)內(nèi)筒要高速旋轉(zhuǎn)，但內(nèi)筒上由于衣物分布不均勻，不可防止的使內(nèi)筒接受嚴(yán)重的偏心載荷，并傳送給叉架。特別是在帶有烘干功能的洗衣機(jī)上，總是想盡量提高洗衣機(jī)對(duì)衣物的甩干效果，以提高烘干效果，這樣又勢(shì)必產(chǎn)生更為嚴(yán)重的偏心載荷，對(duì)叉架的強(qiáng)度和剛度提出更高的要求。同時(shí)叉架又是一個(gè)支撐部件，其與包括洗衣機(jī)的中心部件在內(nèi)的多個(gè)零部件，都存在著裝配關(guān)系，這對(duì)叉架的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)厲的要求，

22、既要滿足強(qiáng)度剛度的要求，又要滿足裝配關(guān)系。第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用4.2 產(chǎn)品構(gòu)造優(yōu)化實(shí)例 某洗衣機(jī)廠以前的設(shè)計(jì)思緒是：參照國(guó)外的產(chǎn)品進(jìn)展類比設(shè)計(jì)，思索各裝配關(guān)系，確定其構(gòu)造與尺寸參數(shù)，然后進(jìn)展試制校驗(yàn)，如不能滿足要求，那么須重新進(jìn)展上述的設(shè)計(jì)過(guò)程。這樣大大添加了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，添加了開(kāi)發(fā)本錢，屬于一種完全被動(dòng)的開(kāi)發(fā)方式。針對(duì)上述問(wèn)題，我們確定了叉架三維構(gòu)造設(shè)計(jì)、有限元構(gòu)造優(yōu)化分析、快速原型評(píng)價(jià)檢驗(yàn)的新思緒，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的一次勝利，從而大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低了開(kāi)發(fā)本錢。 1. 叉架的構(gòu)造分析 根據(jù)洗衣機(jī)對(duì)叉架的功能要求和裝配要求等，利用CAD/CAE/CAM一體化軟件UG對(duì)叉

23、架進(jìn)展了初步三維概念設(shè)計(jì)，得到了叉架的三維CAD模型，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)接口將三維模型傳到有限元分析軟件MSC/MARC中，利用MACR軟件對(duì)整個(gè)構(gòu)造進(jìn)展離散化處置。 叉架根本上為一帶有三個(gè)支臂的薄殼構(gòu)造，中心有一厚度較大的圓臺(tái)。第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用根據(jù)叉形架的構(gòu)造受力情況，對(duì)其邊境條件進(jìn)展相應(yīng)處置，從而建立了與實(shí)踐情況吻合的叉架三維有限元模型。按照分析要求建立了兩種分析模型，如圖11-10所示。其中右圖為針對(duì)該電器元件安裝要求，在叉架上開(kāi)有一個(gè)缺口。圖 11-10 有限元分析模型第四節(jié) 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)的運(yùn)用將產(chǎn)生的離心力以面力的方式，按等效原那么加到相應(yīng)的面上。圖11-11為兩種方式的叉架在接受5kg偏心載荷、以速度1100rad/min旋轉(zhuǎn)情況下的變形情況。分析闡明：所設(shè)計(jì)叉架的強(qiáng)度剛度滿足要求，但支臂接近中心圓臺(tái)處的應(yīng)力較大，特別是中心圓臺(tái)與薄殼的銜接處，以及各支臂的下底面和側(cè)壁處，由于構(gòu)造及尺寸參數(shù)變化猛烈，產(chǎn)生了明顯的應(yīng)力集中景象，最大等效應(yīng)力可達(dá)89.5MP