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如何在機械設計中合理運用CAD技術

發布時間:2012-04-10 13:54所屬分類:結業論文瀏覽:1加入收藏

摘要: 近年來,隨著科學技術的不斷進步,CAD技術也得到了飛速發展。CAD技術以其自身的諸多優點成為了機械產品設計中不可或缺的組成部分。本文首先

  摘要:

  近年來,隨著科學技術的不斷進步,CAD技術也得到了飛速發展。CAD技術以其自身的諸多優點成為了機械產品設計中不可或缺的組成部分。本文首先從機械設計的要求入手,并對CAD技術進行概述,進而分析了CAD技術在機械設計中的具體優點及其對機械設計的影響,最后總結出在機械設計中CAD技術的具體應用。

  關鍵詞:機械設計;CAD技術;設計效率;產品質量;繪圖

  機械制造業作為我國國民經濟的支柱產業之一,其產品的設計與開發占據著十分重要的地位。近年來,隨著科學技術的不斷發展,CAD技術也日趨完善。CAD技術從根本上轉變了傳統的手工繪圖、計算繁重的工作方式,大大的縮短了機械產品的設計周期,降低了生產成本。基于此現狀,本文就如何在機械設計中合理運用CAD技術展開探討,僅供借鑒參考。

  一、機械設計的要求

  機械的種類較為繁多,但不論何種機械,其設計的基本要求都大體相同。具體可概括為以下幾個方面:其一,需滿足預定功能。具體是指機械設計能夠按照預期的技術要求執行各種職能,如,工作部分的平穩性、運動形式、精度、速度、傳遞的功率等;其二,需滿足經濟性。機械的經濟性主要指的是設計和制造成本低、使用效率高、能源消耗少、管理維護方便等;其三,需滿足工藝要求。在進行機械設計時要盡可能減少零件的數量,并采用標準件,以便于組裝和維修;其四,需滿足各種特殊要求。如生產食品、藥品的機械必須具備防止產品污染的功能。

  二、CAD技術概述

  CAD是Computer Aided Design的英文縮寫,譯成中文就是計算機輔助設計的意思。CAD主要是利用計算機的圖形處理以及數值計算能力,來輔助技術人員進行某些工程或產品的設計和分析,從而使設計達到理想效果的一種技術。

  CAD技術誕生于上個世紀50年代,伴隨著計算機技術和電子技術的發展而逐步發展起來,目前已經被廣泛地應用于我國的各個領域當中,如機械、建筑、電子、化工、航天以及交通等。通過CAD技術的應用,使各領域內產品的設計效率都有了大幅度提高。

  三、CAD技術在機械設計中的具體優點及其對機械設計的影響

  (一)具體優點

  1.減輕工作量,縮短了設計周期。通過使用CAD技術進行機械設計,將原本復雜的幾何造型變得簡單,從而減輕了機械設計人員的工作強度,并且能夠使機械設計的周期縮短近三分之一的時間,不僅提高了設計效率,同時也提高了生產效率。

  2.便于零件設計。CAD技術既能夠在具體的裝配過程中,設計新的零件,也可以根據相鄰零件的位置及形狀設計新零件,并且還確保了新零件與相鄰零件之間的精確配合,從而避免了由于單獨設計零件錯誤而致使裝配失敗的情況發生。

  3.便于零件修改。在裝配環境中如果想修改零件時,只需點擊資源查找器中的相關命令進入到零件修改環境中,就可以完成零件修改,使零件修改的過程變得簡單、方便。

  4.零件裝配過程更加直觀。CAD系統的資源查找器能夠在裝配的過程中記錄各個零件之間的裝配關系,如果裝配有誤便可以顯示出來,同時,還能夠通過隱藏外部零件,更清楚的觀察到內部的裝配結構。另外,模型在裝配完成后,還可以進行運動演示,以此來檢驗形成是否符合設計要求,如不符合可及時進行修改,這樣在很大程度上降低了產品的報廢率。

  5.提高產品的技術含量和質量。通過CAD技術先進的設計方法,如有限元分析、優化等,能夠有效地確保機械產品的設計質量。另外,隨著各種數控加工手段的不斷完善,在合理運用CAD/CAPP/CAM進行零件加工時,能使零件達到較好的一致性,從而進一步保證了機械產品的質量。

  (二)CAD技術對機械設計的影響

  CAD技術不僅從根本上改變了機械設計的質量,而且還克服了傳統機械設計中的諸多弊端,從而使機械產品的設計有了質的飛躍。CAD技術對機械設計的主要影響可歸納為以下幾點:其一,CAD技術更強調設計理論。由于機械設計本身也屬于工程設計的范疇,因此,其具有較強的工程性及理論性。在傳統的機械設計中,通常都比較偏重于經驗,設計方法多數是以仿照、類比以及改型設計為主,嚴重忽視了設計的創新性。而運用CAD技術進行機械設計,不僅能夠代替設計人員繁重的手工設計、計算和繪圖,并且更加符合機械設計與原理、設計體系的要求;其二,使機械設計的創新性得以充分發揮。在傳統的機械設計中,以仿型和改型設計居多,這樣的設計往往只需要借鑒參考歷史資料,并改變所需設計產品的某些結構尺寸即可,這樣的設計過程在開始時就跳過了創新構思的階段,從而使設計出來產品嚴重缺乏創新性。而運用CAD技術中的專家系統進行機械設計,則可以建立多種機構,并進行對比,以此來達到創新的目的。另外,由于CAD技術在設計時具有較強的立體感和逼真的效果,更能夠激發設計者的新穎構思,使設計出來的新產品更具有高科技含量;其三,為實現制造過程全面信息化奠定基礎。由于CAD的信息處理技術將整個設計過程全部計算機化,并且設計好的產品在具體加工制造前,還可以通過三維設計技術發現產品設計中的缺陷和不足,并在正式加工前進行及時的改良,不僅縮短了設計時間,而且極大地提高了設計質量。

  四、機械設計中CAD技術的具體應用

  (一)零件實體建模

  根據目前的CAD技術,可將CAD的建模方式大致歸納為以下幾種:

  1.線框建模。主要作用是代替原有的手工繪圖,通過逐點、逐線進行具體構造,能夠生成任意視點或視向的軸測圖和透視圖。線框建模的特點是操作簡單,并且由于該建模方式只有點和線的信息,因此,所耗用的資源相對較小。到這種建模方式具有二義性。

  2.表面建模。不僅具有點和線的信息,同時還具有面的信息,能夠實現表面積計算、消隱、二曲面求交、有限元網格劃分、數控刀具軌跡生成等,并且還能夠構造曲面物體。

  3.實體建模。是機械設計的基礎,不但具備所有點、線、面、體的幾何信息,而且還具備拓撲信息。實體建模能夠有效地實現刀具軌跡的生成、有限元分析、消隱、剖切等。

  在進行機械設計時,其零件主要可分為兩種,一種是簡單的零件,另一種是復雜的零件。如果是簡單的零件,可先對其進行結構分析,將之分解成若干個基本體,并在此基礎上對分解后的基本體進行三維實體造型,然后通過布爾運算即可得出該零件的三維實體模型;如果是比較復雜的零件,想要將其分解成若干個基本體往往比較困難,即便能夠分解,也會因為基本體的組合過多,從而難以成型。因此,必須先對零件的截面輪廓進行定義,然后利用三維實體造型對零件進行拉伸或旋轉,以此來得到新的基本體,在經過交、并、差等計算,即可獲得所需零件的三維實體造型。

  (二)零件裝配圖的生成

  CAD的三維編輯功能可以實現零件裝配圖的生成。當零件的實體構造完成后,通過對機器運動過程中的有關資料進行分析,并在運動的某個位置,根據零件所處位置的坐標,即可進行裝配。

  (三)多維幾何繪圖

  在進行機械設計時,主要處理的信息可以涵蓋為圖形和數據兩方面。其中,繪圖的工作量較大,約占70%左右。目前,隨著CAD技術的不斷發展,使CAD各種繪圖軟件的功能也日趨強大。CAD繪圖軟件的主要功能包括:交互式繪圖、圖形編輯、標準的尺寸、文字以及填充剖面、調用圖塊、區分層次以及實現圖形交換等。

  (四)模具集成制造

  隨著科技的發展,制造業的生產技術也隨之不斷提高,從以往的普通機床到現在數控機床、從傳統的手工設計和繪圖到現在CAD技術,制造業逐步走向了計算機和數字化的時代。與此同時,模具CAD/CAM技術和RPM技術等,也基本覆蓋了大部分的現代制造技術。一個較為完整的CAD/CAM系統是由三維繪圖、數控加工、動態顯示、仿真模擬、圖形編輯、有限元分析以及圖形編輯等功能模塊組成的。

  (五)機械CAE的應用

  機械CAE系統具備結構優化設計、工程數值分析、壽命評估以及強度設計評價等功能。運用CAD技術解決造型問題后,便可由機械CAE解決設計的若干問題,如設計的合理性、壽命、剛度、強度、運動特性以及動態特性等。

  結論:

  總而言之,合理運用CAD技術,對推進我國機械制造業的發展起著至關重要的作用。一個好的設計就代表著將有一個好的產品誕生,企業想要在市場競爭如此激烈的環境中得以發展,就必須要有好的產品作為保證。因此,必須重視CAD技術在機械設計中的運用。

  參考文獻:

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  [4]龔云波.吳義忠.李國新.張昌杰.王路.機械CAD技術的應用狀況及發展趨勢[J].機械制造.2007(01).


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