中科大CAD技术应用课件06 CAD技术在工程中的应用

第四章CAD技术在工程中的应用在开发与生产一个产品的过程中，需要进行一系列的试验以验证该产品设计方案的正确性，性能指标的优劣等。主要的试验有：

运动性能方面的试验。主要检验运动机构的运动规律，如速度、加速度、运动轨迹等。一、计算机辅助试验(仿真)

产品性能、动力指标方面的试验主要检验产品在不同工况下的性能指标，同时对于动态环境下工作的产品，则经检验其振动频率、振幅、应力、应变的情况。分析其强度、刚度是否满足要求。

破坏性试验很多产品须经破坏性试验，这类试验往往环境恶劣，试验数据采集十分困难，成本很高，如轿车碰撞试验等。而计算机辅助试验就是利用计算机技术和其它各种高新技术辅助技术人员完成上述试验，或以计算机仿真方式模拟实际试验，特别是破坏性试验。下面介绍几个来自于生产实践中的例子。1.轿车碰撞试验的计算机模拟(仿真)。瑞典SAAB汽车公司SAAB9000轿车碰撞试验。试验条件：轿车碰刚性墙，V=16.6米/秒。以下为一组图片表示这一试验过程。2.驾驶员与汽囊碰撞试验的计算机模拟。试验条件：V=16.6米/秒。以下为一组图片表示这一过程。3.轿车安全带的计算机模拟。试验条件：V=14.8米/秒。以下为一组图片表示这一过程。4.轿车方向盘的计算机模拟。试验条件：V=14.8米/秒。以下为一组图片表示这一过程。5.HYBRIDⅢ模拟人。6.大客车车身及制动鼓的计算机模拟。以下为一组图片表示这一过程。1.基本概念

质量：可定义为与产品或它的零件与设计师规定的标准符合的程度，质量标准通常涉及材料、尺寸、公差、表面质量，可靠性及一些产品的测量特征。二、计算机辅助质量控制(CAQC)

为了保证达到规定的质量标准必须做以下两项工作：(1)质量控制QC(QualityControl)这与产品和零件的质量检测有关，包括制定相应的质检程序、规程、检验工具、选择采样计划等。属于制造以后的质量保证。(2)质量保证QA(QualityAssurance)在产品设计阶段开始，包括材料选择，确定加工设备、工艺操作人员的技术水平，属于制造前的保证。

质量控制数据(1)连续模拟信号随时间连续变化的信号，如温度、压力、切削力、液压系统的流量，通常可以通过传感器连续采集这种信号作为控制或调整制造过程中某些参数的依据。以达到质量控制的目的。下图为连续模拟信号示意图。连续模拟信号otv(2)离散的二进制信号一般来说，离散的二进制信号为开关控制信号，多用“0”表示关闭，“1”表示接通，常用于继电器，阀及执行机构的启动停止等。下图为离散的二进制信号的示意图。·离散的二进制信号vto(3)脉冲信号脉冲信号为一串按一定规律发出的电信号，每一脉冲所对应的数值是事先设定的，脉冲串的大小由脉冲串中脉冲数目决定，脉冲信号通常由各种测量位移，角度的传感器发出。脉冲信号如下图阶所示。vto2.计算机辅助质量控制的应用(1)取代人工检验可以对100%的产品进行检验，大大消除各种人为因素对质量检测结果的影响。(2)计算机辅助质量控制与CAD/CAM结合成为集成制造系统中的一个部分，即实现在线检测，可以大大减少检测时间，相似提高生产率。(3)大量采用非接触传感器，可以在加工过程中进行检测,无须停止运动而造成的重新定位复位等辅助时间的增加。(4)在线检测结果可随时反馈给制造过程的控制系统，对加工参数进行修正、控制，例如可以通过传感器对刀具磨损情况进行监控，在必要时发出指令进行换刀。3.计算机辅助检验(CAI)也就是ComputerAidedInspection计算机辅助检验主要用以取代人工对加工质量进行检验，可以对工件的尺寸精度、表面质量、形状精度等进行检测。同时也经常用于检测加工过程中某些状态参数，如温度、压力、流量、切削刀等。一般分为两大类：接触测量非接触测量光学测量非光学测量(1)接触测量方法①三坐标测量机(CMM)CMM(CoordinateMeasuringMachine)是接触测量最常用的工具，多用计算机控制，并配有专门的坐标测量和检查软件。下面两图分别是桥式三坐标测量机结构简图和用三坐标测量机进行鞋样轮廓测量时的情况。②三维触发式测量头其结构如下图所示，它可以发出与方向有关的三维电信号，常用于数控机床中对三个加工面进行快速测量。③刀具设定及自动测量装置刀具设定及自动测量装置是目前高级数控机床上常用的一种接触测量设备。采用这种装置可大大加快刀具的设定，提高刀具设定的精度。同时自动测量装置还可以随时测量刀具的磨损自动进行校正调整。下图就是该装置正在对刀具进行测量。(2)非接触测量方法所谓非接触测量方法就是检测时不与被测工件发生直接接触，而是借助于各类传感器去获得信号，并通过计算机处理这些信号，以得到测试结果。有两大类型：①光学检测利用光学传感器技术、微电子技术、接收信号。通过处理得到检测结果，主要有机器视觉和激光测量两种。

机器视觉：一般由摄象机，计算机、接口部分组成，首先通过摄象机获取被测工件的某些图象信息经处理这些数据后与预先存在计算机内的标准数据进行比较，以判断工件质量，常用于尺寸非接触测量及物体特征模式的识别。

激光测量：主要利用激光发生的凝聚光束能投射很远而不散射这一特点进行测量。一般由激光器、反射镜、透镜、光学检测器、信号处理等几部分组成。主要测量依据是时间测量，即利用待测工件阻断激光束而中断的时间来求出工件的相关参数。可以用于距离、速度、加速度、角速度、振幅、折射度的测量。下图就是一个激光距离测量系统。②非光学检测

采用电场技术的非接触检测。把被测工件置于电场中，利用不同的电信号传感器发生的信号，也就是通过电场的某种效应来完成检测工作，常用的传感器有：a.阻抗型传感器：根据探头与被测工件之间阻抗变化情况来检测探头与工件之间距离只能用于检测电磁性材料的工件。b.电容型传感器：根据探头与被测工件之间耦合电容的变化情况，检测探头与工件之间的距离，被测工件必须是导电材料。c.电感型传感器：通过电磁线圈使被测工件承受一个交变磁场，从而在被测工件中产生微小的环行电流(涡流)。该涡流也会产生自己的磁场，两个磁场相互作用，会导致线圈中的阻抗发生变化，通过分析这种变化可以完成有关的检测。

采用射线技术的非接触测量可以利用x射线投向被测工件，根据工件吸收的射线量来测量工件的厚度和其他特征，也常用于检测工件内部结构，如检查焊接时是否存在空隙，裂缝等情况。

采用超声波技术进行非接触测量。工程实践中经常用频率20000HZ以上声波来检测工件质量，测试中由声源向被测工件发出超声波，根据反射回的声谱与标准声谱进行比较