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CAD在机械设计方面的研究

2020/4/20    来源:百度文库    作者:佚名      
关键字:CAD  机械设计  
CAD技术突飞猛进的发展,为机械制造业提供了强大的技术支持。
       机械制造业作为一个传统的领域已经发展了很多年,积累了许多理论和实践经验,但随着当今社会的发展,人们的生活水平不断提高,各个方面的个性化需求越来越强烈。作为已经深入到各行各业并已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。先进制造技术这个概念的提出为机械制造业的发展指明了方向。
 
       CAD技术突飞猛进的发展,为机械制造业提供了强大的技术支持。从CAD的概念及应用、CAD技术在机械设计中的优点、CAD技术在机械设计中的不足和CAD技术的发展趋势四个方面对这个问题进行了论述,提出了一些思考。
 
1.CAD技术在机械设计中应用的主要体现
 
       随着现在计算机电子技术的快速发展,现在CAD已经成为了一门综合性的应用技术。在机械设计中也越来越多的与CAD技术相结合,CAD技术在机械设计中主要应用有以下几个方面:
 
       1.1 多维几何的绘图
 
       进行机械产品设计,所需要处理的信息就是图形和数据两个方面。其中,绘图的工作量占有比较大。二维图形的处理目标就是绘制传统的工程图,在进行二维工程绘制图前,应该要符合它的图形软件。在CAD应用中,绘图软件较多,功能也都参差不齐。但是他们都以交互式绘图为主,都能进行各种图形的设计和编辑。但是要是想真正发挥CAD的绘图功能,就要在绘图软件包得基础上,按照专业开发具有宏命令功能的参数化绘图软件。建立相应的图形符号库。使工作人员无需复杂的操作,就可以进行自动设计绘图。
 
       1.2 图形及符号库
 
       将复杂图形分解成许多简单图形及符号,先存入图形符号库中,需要的时候调出来,经编辑修改后插入到另一图形中去,从而使图形设计工作更加方便快捷。
 
       1.3 模具CAD/CAM的集成制造
 
       随着科学技术的不断发展和创新,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,制造业正像数字化方向发展。模具技术,技术涵盖了整个现代制造业。一个完整的软件系统是有多个多功能的模块组成的。例如图形编辑、数控加工、动态显示等。这些模块应该以工程数据库为基础,进行统一的管理。实体造型是工程数据的主要来源之一。
 
       1.4 工程分析
 
       实践中较为常见的普遍是有限元分析、优化设计以及动力学分析等,除此之外,特定的设计对象还对应有专属的工程分所问题。
 
2.CAD在机械方面的应用优点
 
       2.1 符合人的思维过程
 
       机械设计师在设计时总是先构思后表达,由于脑海中构思出的产品形状是三维的,因而直接建立反映产品真实几何形状的三维实体模型自然是理想的表达方式。这可使机械设计师更加专注于产品设计本身,而不是产品的图形表示,符合机械设计师的创新意识,有利于设计的连续进行。由于CAD三维设计得到的三维立体图具有直观、易于理解等特点,不仅能促进机械设计师的思维深入,有利于设计的扩展,而且也便于与他人进行交流。
 
       2.2 缩短了机械设计周期
 
       CAD三维机械设计有利于解决复杂的几何造型问题。它可以由简单几何实体通过布尔运算等功能组合出各种复杂的几何实体,并能自动生成相贯线和截交线,大大减轻了设计工作量,缩短机械设计周期近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,只需对其中部分零部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系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。
 
       2.3 零件设计和修改非常方便
 
       使用三维CAD系统软件,可以在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,还可保证新零件与相邻零件的精确配合,避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。比如可以在装配环境中根据箱体的形状及其他的配合要求快速准确地设计出所需要的箱盖来。
 
       零件环境中有查找器,在完成机械零件造型时,资源查找器同时列出了完成该零件的所有命令,点击这些命令就可以很清楚地了解完成该零件的每个步骤,并利用资源查找器中的零件回放把零件造型的全过程通过动画连续地演示出来,使人一目了然。修改零件时,也可以点击资源查找器中相对应的命令来完成,更方便地是在装配环境中也可以进行零件的修改,即点击要修改的零件就可以进入零件环境来完成零件的修改。
 
       2.4 在装配环境中装配零件方便直观
 
       运用不同的装配关系可以把各个机械零件装配起来。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,若装配不正确或发生干涉,查找器即予以显示,同时可对零件的装配进行静干涉的检查,如果发现干涉就可及时对零件等进行修改,以保证设计的正确性。另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件后,可清楚地看到内部的装配结构。在整个机器或某个部件装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,对于在静态下不发生干涉而在运动中出现碰撞的也可检验出来,从而及时对设计进行更改,保证设计的正确性,避免了机械产品生产后才发现问题需要修改甚至报废。同时还可以进行运动仿真,能清楚地看到机器运动的全过程。直接在计算机上对设计出的零件进行虚拟加工和装配试验,检查零件加工工艺性和装配质量(有否干涉、松动等),从而减少昂贵的产品试验模型费用。
 
       2.5 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,同时采用了CAD设计方法和CIMS组织生产,使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、有限元受力分析等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段较完善,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技术的发展趋势
 
       随着计算机性能的提高,网络通讯的普及化、信息处理的智能化,CAD三维技术正向规范化、智能化、集成化的方向发展。
 
       3.1 规范化
 
       规范化(标准化)的趋势体现在几个方面:数据模型的规范化(标准化)、数据交换格式的标准化和CAD资源的规范化等。数据模型应采用STEP标准体系。随着STEP标准体系的逐步完善,它对于几何数据、工程数据模型的思想将作为新一代CAD系统的开发指南。靠以前的一些标准接口已经无法完全满足CAD数据交换的要求。目前,参数化特征模型的传输还是一个世界难题,在STEP标准基础上,相信这一点能有所突破。
 
       3.2 智能化
 
       特征造型和参数设计的采用即是智能化方面的进步。软件不仅仅是提供一些绘制的工具由人们去使用,也不再将占线面数据存储在一起,而忽略其内在联系。特征和参数的引入使得软件似乎成为人类(用户)一个更聪明的助手。CAD软件应该更大限度地将工程数据概念集成到数据模型中,例如目前,CAD软件的特征模型主要是解决零件几何造型的问题,而对于后续分析、CAPP和加工的需要还考虑得不够。
 
       3.3 集成化
 
       集成化是当今CAD技术发展的又一大趋势。CAD技术不是孤立的。首先,它集成了计算机软硬件、数据库、外围设备、图形学、网络及各个应用领域的技术。同时,它又不断和CAM(计算机辅助制造)、CAPP(计算机辅助工艺流程规划)、MIS(管理信息系统)、PDM(产品数据管理)以及MRP(制造资源管理)等系统相集成。由于Internet的发展,使得这些设想得以实现。如何构造在Internet体系上的CAD/CAM集成化系统将会是人们追踪的热点。特别是在全球经济一体化的背景下,并行工程、异地设计制造等概念的发展和应用,基于网络、基于WEB的协同设计制造系统大受青睐。现在已有一些标准,如解决异构系统平台的XML和XML-3D,以及解决三维图形、图像在互联网上传输共享的VRML标准相继出台,为我们在互联网的构架下,建立协同设计和协同工作的环境打下了基础。
 
       3.4 敏捷化
 
       敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础,选择合作者组成虚拟公司,分工合作,为同一目标共同努力来增强整体竞争能力,对用户需求做出快速反应,以满足用户的需要。为了达到快速应变能力,虚拟企业的建立是关键技术,其核心是虚拟制造技术,即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。敏捷制造是现代集成制造系统从信息集成发展到企业集成的必由之路,它的发展水平代表了现代集成制造系统的发展水平,是现代集成制造系统的发展方向。
责任编辑:程玥
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