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CAD 技术在现代机械设计中应用


CAD 技术在现代机械设计中应用
方卫华 ( 黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河化肥分公司黑龙江伊春153000) 摘要:在机械设计中引进了CAD 技术与诸多的优势为企业开发新产品新设计,开创了良 好的经济效益,但也存在不足之处,这些问题会得到不断地完善和解决,最后提出了的CAD 方向。 关键词:机械设计; CAD 技术; 发展; 趋势

CAD T

echnology in the Modern Mechanical Design Application
FANG Wei-hua ( Heilongjiang Agriculture Co. , Ltd. Haolianghe Fertilizer Branch, Yichun 153000, China) Abstract: Since introduce CAD technology and many advantages into mechanical design for companies to develop new products and new designs,creating a good economic,but there also have shortcomings, these problems will be continued to improve and resolve, the article and concludes with the direction of CAD applications. Key words: Mechanical Design; CAD technology; Develop; Trends

1 现代CAD 技术的发展概况
1. 1 现代CAD 技术的概念 现代CAD 技术是指在复杂大系统环境下,支 持产品自动化设计的设计理论和方法、设计环境、 设计工具各相关技术的总称,它们能使设计工作 实现集成化、网络化和智能化,达到提高产品设计 质量、降低产品成本和缩短设计周期的目的。 1. 2 现代CAD 技术的研究内容 ( 1) 研究现代设计理论与方法学。设计是一 项复杂的创造性工作,无论过去和现在,人们一直 在探索利用各种设计理论,寄希望于效地指导实 际的设计工作。由于计算机技术、信息技术的发 展,基于计算机的设计理论与方法学,显得异常活 跃,例如近年来提出的并行设计、协同设计、虚拟 设计、大规模定制设计、分形设计等。 ( 2) 研究与设计环境相关的技术。
收稿日期: 2011 - 04 - 17 修订日期: 2011 - 05 - 08 作者简介: 方卫华( 1964 - ) ,男,工程师。主要从事机械设 备加工与管理。

( 3) 协同设计环境的支持技术。

( 4) 研究与设计工具相关的技术。 ①产品数字化定义及建模技术,包括产品模 型的表达、STEP 标准实施技术、建模技术等。 ②基于PDM 的产品数据管理与工作流程管理技 术。③发展集成的CAx 和DFx 工具,使现代CAD 系统从功能上能支持产品设计的全过程。

2 三维CAD 技术在机械设计中的 优点
通过实际应用三维CAD 系统软件,体会到三 维CAD 系统软件比二维CAD 在机械设计过程中 具有更大的优势,具体表现在以下几点: 2. 1 零件设计更加方便 使用三维CAD 系统,可以装配环境中设计新 零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计 新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致 装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把 零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目

了然。 2. 2 装配零件更加直观 在装配过程中,资源查找器中的装配路径查 找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确 即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外 部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。 整个机器装配模型后完成还能进行运动演示,对 于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到 要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才 发现需要修改甚至报废。 2. 3 缩短了机械设计周期 采用三维CAD 技术,机械设计时间缩短了近 1 /3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维 CAD 系统进行新机械的开发设计时,只需对其中 部分零件进行重新设计和制造,而大部分零部件 的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率 提高了3 ~ 5 倍。同时,三维CAD 系统具有高度 变形设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新 的机械产品。 2. 4 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合,同时采用 CAD CIMS 组织生产,机械产品设计有了新发展。 三维CAD 技术采用先进的设计方法,如优化、有

限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化 设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业 数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP /CAM 进 行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的 质量。

3 CAD 技术在机械设计中的应用
3. 1 零件与装配图的实体生成 ( 1) 零件的实体建模。CAD 的三维建模方法 有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许 多具有实体建模功能的CAD 软件中,都有一些基 本体系。如在AutoCAD 的三维实体造型模块中, 系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱 体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可 通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体, 对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、 并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体 模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干 个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导 致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满 足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二 维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后 在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基 本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的 三维实体造型。 ( 2) 实体装配图的生成。在零件实体构造完 成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的 某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这 一过程可用CAD 软件的三维编辑功能实现。 3. 2 模具CAD/CAM 的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产 技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中 心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造 业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具 CAD/CAM 技术、模具激光快速成型技术( RPM) 等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 3. 3 机械CAE 软件的应用 机械CAE 系统的主要功能是: 工程数值分 析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动 力学、运动学仿真等。CAD 技术在解决造型问题 后,才能由CAE 解决设计的合理性、强度、寿命、 刚度、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问 题和动态特性等。

4 CAD 技术在机械设计中的缺点
CAD 技术在给建筑设计业带来巨大效益的 同时其负面作用也日益显现,值得我们深思。 4. 1 CAD 技术对设计思想的束缚 由于电脑屏幕尺寸的限制,设计师关注的往 往是设计的局部,对全局的把握有一定影响,使 得整个建筑物的比例、体量失控。CAD 的精确性 要求其每一笔都要有准确的数据,使得方案设计 中需要模糊性、随机性被扼杀,设计缺乏灵感、创 意不能通过CAD 表达出来,建筑师的思想、思路、 灵感被束缚。

4. 2 CAD 技术扼杀建筑艺术 建筑是一门融科技、艺术、文化、哲学于一体 的学科。建筑既是一件商品,也一件艺术品。有 关人事认为CAD 技术的滥用会使建筑设计工作 从一种艺术创作变为一种工业化生产,CAD 引以 为荣的复制、套用的高效率手段,使得设计过程本 身就伤害了这一学科,而CAD 的标准化、工业化 使得建筑作品千篇一律,缺乏灵气、缺乏个性和人 情味,建筑已经变为纯粹的商品。而最有艺术气 息的手绘建筑效果图,也将要被电脑效果图取代, 电脑效果图虽然正式可信,快捷方便,但它缺少手 绘图所体现的个性,以及设计师笔下流露的特有 的感觉。 4. 3 CAD 浪费资源 CAD 是一项科技含量很高的技术,通常一名 设计要用半年到一年的时间才能熟练掌握CAD 软件及电脑知识。可是在科技飞速发展的今天你 学习的步伐永远追不上电脑、外设、CAD 软件的 更新、升级步伐。设计师不得不花费大量时间应 付这些变化。

5 CAD 前沿技术与发展趋势
5. 1 智能CAD 技术 CAD/CAM 系统应用逐步深入,逐渐提出智 能化需求,设计是一个含有高度智能的人类创造 性活动。智能CAD/CAM 是发展的必然方向。智 能设计在运用知识化、信息化的基础上,建立基于 知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品 开发所需的知识和帮助,智能地支付设计人员,同 时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误,回答

问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计 新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创 新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术 相结合应用到CAD 技术中,用智能设计、智能制 造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系 统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系 统有创造性。 5. 2 图形交互技术 CAD 软件是产品创新的工具,务求易学好 用,得心应用。一个友好的、智能化的工作环境可 以开拓设计师的思路,解决大脑,让他把精力集中 到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖 放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能, 为设计师提供了方便。此外,五笔输入法、草图识 别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研 究之中。 5. 3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD 中已开始应用,设计人 员有虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学 角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操 作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中 的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产 品的外形,从多方面评价所设计的产品、虚拟产品 建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过 程。虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加 工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性, 可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样 机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发 现并解决问题,从而降低产品成本。虚拟制造、虚 拟工厂、动态企业联盟将成为CAD 技术在电子商 务时代继续发展的一个重要方向。

6 结语
随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品 的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展, 利用基于网络的CAD/CAPP /CAM/PDM/ERP 集 成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为 机构设计制造业的发展趋势。
参考文献 [1] 葛海霞. 刘村AutoCAD2004 /2005 辅助设计[M]. 上 海: 上海科学普及出版社,2004. [2] 秦志峰,齐月静,胡仁喜,等. AutoCAD2005 机械设 计及实例解析[M]. 北京: 机械出版社,2005. [3] 荣涵锐. 新编机械设计CAD 技术基础[M]. 北京:

机械工业出版社,2002. [4] 葛海霞,刘村. 刘村AutoCAD2004 /2005 辅助设计 [M]. 上海: 上海科学普及出版社,2004. [5] 秦志峰,齐月静,胡仁喜,等. AutoCAD2005 机械设 计及实例解析[M]. 北京: 机械出版社,2005. [6] 马晓春. 我国现代机械制造技术的发展趋势[J]. 森 林工程,2002,18( 3) : 24 - 25. [7] 孔庆华,韩媛. 基于VG 二次开发的活塞组CAD 系 统[J]. 森林工程. 2007,23( 1) : 58 - 60.__


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