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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