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三维CAD技术在农业机械设计中的应用

2020/11/30    来源:互联网    作者:杨华  肖洁      
关键字:农业机械设计  三维CAD  
本文阐述了农业机械设计的现状,介绍了几种先进的三维CAD技术系统软件,并结合实例说明三维CAD技术在农业机械设计中的应用,积极推进三维参数化CAD技术在机械设计领域中的应用。

    随着计算机辅助设计(CAD)技术的发展,尤其是三维参数化CAD技术的日趋成熟,使传统的产品设计方法发生了革命性的变化,产生了巨大的社会效益和经济效益,目前,已被广泛的运用于农业机械设计中,为农业机械设计提供了新的条件。

1 机械设计的现状

    长期以来,设计人员都是用手工绘图来表达自己的设计理念。图纸作为设计师的语言,为工程设计技术职员之间进行有效的交流带来极大方便。然而,随着科学技术的发展,特别是计算机技术的广泛应用,手工绘图已远远不能满足机械设计的要求。现在,机械设计手段从20世纪70年代的手工绘图转向计算机绘图,大大提高了绘图效率和绘图质量。

    目前,CAD技术主要以二维绘图软件AUTOCAD为代表,在机械设计实践中只是教会设计人员操纵和绘制简单的零件图,而用AUTOCAD绘制装配图以及进行有关的工程分析是非常不便并且很难实现。因此,为了能够方便地绘制装配图,在机械设计领域中逐步地采用了CAXA电子图版、开目CAD等二维绘图软件作为绘图工具,辅助完成零部件设计。当前,我国制造业已全面完成甩图板工程,二维CAD技术的普及结束了手工绘图的历史,对减轻人工劳动强度,提高经济效益起到了很明显的作用。随着技术的发展,CAD技术正从二维CAD向三维CAD过渡,有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换,并取得了巨大的经济效益和社会效益。机械设计领域需要三维CAD技术的专业人才,三维CAD技术已成为工科院校、科研院所、企业等领域最基本的要求。因此,在机械设计实践中采用三维CAD技术,已成为我们现在机械设计改革的重要内容和亟待解决的课题。

2 三维CAD技术的优点

    大量的实践证明,三维CAD技术与传统的设计相比,具有明显的优越性,三维CAD技术的应用显著提高设计效率、缩短设计周期、提高设计质量,使部门间信息交流更迅速、可靠,便于设计与分析工作模式的统一,有利于产品的标准化、系统化和通用化。

    2.1 零件设计更加方便

    使用三维CAD系统,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外形来设计新零件,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。

    三维CAD技术在设计上符合人的设计思维习惯,整个设计过程完全可以在三维模型上讨论,通过动画虚拟演示,直观的了解三维成品的整个运动过程。在装配过程中,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进行运算,便可得出零件的三维实体模型;对复杂的零件,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”,并通过“交、并、差”等运算得到所需零件的三维实体造型。完成实体造型后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在位置的坐标进行“装配”,这一过程用三维CAD软件的编辑完成。整个机器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,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。

    2.2 缩短了机械设计周期

    采用三维CAD技术进行机械设计,可缩短设计周期1/3,大幅度地提高了设计效率和生产效率。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续以往的信息,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。

3 农业机械设计中常用的几种三维CAD系统介绍

    3.1 UG被广泛应用于农业机械、航空航天等领域。该软件可运行于WINDOWNT平台,无论是装配图还是零部件设计,都从三维实体造型开始,可视化程度极高。三维实体生成后,可自动生成三维图,如剖视图、三视图、轴测图等。其三维CAD是参数化的,一个零部件尺寸的修改,可导致相关零件的变化。UG的CAM模块提供了一种产生精确刀具路径的方法,该模块允许用户通过观察刀具运行的路径来图形化的编辑刀轨,该软件具有多种图形文件接口,可用于复杂形体的造型设计。

    3.2 PRO/E是美国参数技术公司开发的CAD/CAM软件,在我国也有较多的用户,它采用面向对象的统一数据和全参数化造型技术,为三维实体造型提供了一个优良的平台。其工业设计方案可以直接读取内部的零件和装配文件,当原始造型被修改后,具有自动更新的功能。它集成了零件设计、产品装配、模具开发、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机械仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体。其模式众多,因此学习起来很不容易。该软件还支持高速加工和多轴加工,带有多种图形文件口。

    3.3 高华CAD是北京高华计算机有限公司推出的CAD产品。该产品包括计算机辅助绘图支撑系统、机械设计及绘图系统、工艺设计系统、三维几何造型系统、产品数据管理系统及自动数控编程系统。其中:三维几何造型系统是基于参数化设计的CAD/CAM集成系统,它具有全导航、图形绘制、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件图库、图像编辑等功能模块。

    3.4 开目CAD是华中理工大学机械学院开发的产品,该软件面向工程实际,模拟人的设计绘图思路、操作简便,机械绘图效率高。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动,具有局部参数化的功能,能够处理设计中的过约束和欠约束的情况,同时实现了CAD、CAM的集成,适合我国设计人员的习惯,是全国CAD应用工程主推产品之一。

4 三维CAD技术在农业机械设计中的应用

    为提高联合收割机的设计水平,缩短设计周期,以圆柱形轴流脱粒装置为设计出发点,以Autodesk公司三维造型软件MDT3.0为设计平台,利用Auto Lisp及ObjectARX+MCAD API等开发工具,建立了以数据文件为中心的脱粒装置三维参数化设计系统。用以进行脱粒装置的总体参数设计、零部件参数化设计,以及脱粒装置系列产品零部件工程图纸的自动生成,并通过数据文件等手段与其他设计系统进行连接。

    管理系统主要负责设计系统与数据文件以及图形绘制系统的联系,各子系统、分系统之间的联系,以及程序调用、数据传递等问题。在系统的开发过程中,参数分为几何参数、结构参数和配合参数三种。几何参数确定零件的几何尺寸,结构参数主要确定钉齿的排列方式,配合参数确定零件的相对位置关系。整个参数设计过程自上而下进行,其原则是:上层设计控制下层设计,对于设计细节和实现方法不必关心;下层设计在满足上层设计的基础上,可以在局部范围内调整生成参数;零部件之间通过装配关系构成一个有机整体,保证设计的一致性和完整性。

    整个系统的建立过程按照以下方式进行:

    (1)在Autodesk MDT平台上建立以特征参数为基础的三维模型零件,同时找出零件所有尺寸间的关系,确定能用来驱动生成模型的参数。

    (2)整理参数列表,建立数据文件并编制出人机交互的对话框界面。

    (3)设计计算模块,建立符合设计任务要求的各因素与结构尺寸参数之间的数学模型。整个设计计算过程按照自上而下的方式进行。对有成熟对象的部分,采用相似设计方法;对不成熟的部分,采用模拟对比法。所得的结构参数和装配参数都要传递到数据文件中,用以驱动图形。

    (4)建立参数驱动机制,将设计计算所得的结构参数和装配参数都要传递到数据文件中,用以驱动图形,并且建立单个零件的几何拓扑关系以及装配模块中的各个零件的位置约束关系。

5 结束语

    随着现代三维CAD技术的迅速发展,三维参数化设计技术被应用到农业机械设计中来,使农业机械的设计水平和设计效率得到了很大的提高,从而缩短了研制周期和开发周期。总之,三维CAD技术是改变传统设计的必由之路,同时也是衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化水平的重要标志。因此,应积极促进三维参数化CAD技术在农业机械中的应用。

责任编辑:程玥
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