機械工程概論 - 電腦整合技術應用 徐祥禎 2009 年 12 月. 大綱 簡介 CAD/CAM/CAE...
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機械工程概論 - 電腦整合技術應用
徐祥禎
2009 年 12 月
大綱• 簡介• CAD/CAM/CAE
• RE/RP/RT
• 整合應用
樣品3D 輪廓量測3D 內部掃描
點線面體資料處理
CAD曲面建構 外形修飾
模具成型量產複製
CAT尺寸檢測
驗證
模具加工
RP快速成型
CAM產生 NC 檔
逐層產生STL 檔
CAE工程分析
順向工程逆向工程
順向工程與逆向工程原理
簡介• 由於電腦與網路的普及,傳統上的機械
設計與製造加工已整合。• CAD/CAM/CAE 即 RE/RP/RT 即是一門
應用數位電腦於設計、修改、分析,達到最佳化後,再與工廠的生產資源直接或間接的介面結合,以執行生產過程中規劃、管理與控制的技術。
• CAD:電腦輔助設計 (Computer Aided Design) ,以滑鼠與鍵盤淘汰傳統的製圖工具,改善圖形編修與精確性,提高繪圖效率。此種 CAD 偏向於電腦輔助繪圖 (Computer Aided Drawing) ,目前廣用於機械製圖、土木營建、電子電路、室內設計、模具設計上。
• CAE:電腦輔助工程 (Computer Aided Engineering) ,或稱電腦輔助分析,將 CAD 建立的幾何圖形,以力學、熱流、電磁等理論,使用有限元素軟體來模擬分析,以此分析結果對原設計品加以修正,以節省設計變更次數。
• CAM:電腦輔助製造 (Computer Aided Manufacturing) ,藉由電腦系統與生產介面連結,將通過 CAE 測試的 CAD 圖,計算出加工路徑,以提高產品精密度,達到生產自動化的目的。
CAD/CAM/CAE 常用軟體
AutoCAD 最廣泛使用之 2D 與 3D 繪圖軟體,入門級。
Solidwork 參數式定義尺寸與座標,操作與修改極為方便,中階級。
Pro/Engineer 參數型軟體,目前廣泛應用於工業造型、機構設計、模具、管路設計、 CNC 加工等,高階級。可作逆向。
CATIA 機構零件設計、繪圖、組裝、管線、板金、製造加工、系統裝配、飛機造船等,高階級。可作逆向。
Unigraphics, NX
設計過程中可進行結構分析、應力應變及運動模擬,並應用於加工機,以產生加工路徑,高階級。可作逆向。
CAM 常用軟體
Master CAM 可作兩軸半銑床 / 線切割加工、高階車銑中心 / 三軸加工、板金展開及沖床
CIMATRON 支援高速加工系統開放式環繞切削及圓弧轉角加工
CAE 常用軟體
ANSYS 以有限元素分析,處理靜力、熱流、震動、非線性、疲勞、電磁問題。
ABAQUS 如同 ANSYS ,以有限元素分析為基礎,但特別強在非線性接觸問題。
CAD 繪圖
CAD 繪圖
個人電腦散熱系統模擬
快速原型技術與逆向工程原理快速原型技術( Rapid Prototyping , RP),先由 CAD 軟體設計產生出 3-D 實體模型( Solid model ),再經由電腦程式將實體模型轉換成為一個 STL 格式檔案,此一檔案是由 Faceted polygone 來近似一個平面。接著將此檔傳至快速成型機,系統將實體模型分割成一層一層,再一層一層堆疊出實體的幾何形狀。快速原型應用範圍* 原型和模型 * 概念設計實體化 * 組裝測試 * 造形設計評估 * 產品開發評估 * 小量生產零件產品 * 醫學外科骨科應用
逆向工程( Reverse Engineering , RE),簡言之就是複製。產品設計保密不提供原始的 CAD 資料,僅以成品參考,設計者參考幾款成品,透過逆向流程開發,以實體縮小模型後實驗,進行外型修正 ,無原始 3D 的 CAD 資料,需要以量測設備將外型資料量測,建構 CAD 資料,以便後續量產加工。
實物 點資料量測 點資料處理
由點建 3D曲面CAD確認實體誤差快速原型製作
逆向工程非接觸式點資料量測
汽車風阻模擬
RE 常用軟體Geomagic Studio
以 polygon 方式計算,速度快、精度較差,可適用於醫學工程。
Imageware 以 surface 方式計算,速度快、精度佳,可適用於一般工程 。
快速矽膠模具 / 量產模具
Rapid Tooling Mass Production
ABS 塑膠蓋 PE 塑膠蓋
矽膠模具快速翻製
金屬模具大量生產
逆向工程與快速原型技術於醫學的應用
Mimics 將 CT 頭骨資料轉換成STL 格式
匯入 CAD 以 Mirror 將完整部分鏡射到破損部分將補塊部分的斷差修飾平順。
取消 CT 資料獲得所要頭骨補塊資料
快速原型輸出實體模型至快速模具製造
KMC 機車開發
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