三維CAD技術在機械設計中的應用

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發表于 2011-3-30 13:59:37 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

本帖最后由無錫奇蒙科技于 2011-3-30 14:03 編輯

三維CAD技術在機械設計中的應用
  摘要：隨著計算機性能的提高，網絡通訊的普及化、信息處理的智能化，CAD三維技術正向著開放、集成、智能和標準化的方向發展。本文介紹了三維設計手段的優勢，指出了三維設計的應用是CAD發展的必然趨勢及目前推廣存在的問題。
1.引言    二維CAD是我國機械行業目前應用最普遍的技術，然而，傳統的二維CAD只是起到了電子圖板的作用，沒能解決設計中最困難的幾個問題，所以，二維機械CAD沒有做到真正的計算機輔助設計。隨著計算機性能的提高，信息處理的智能化，機械設計手段正從二維CAD向三維CAD過渡，有相當一部分企業已完成了轉換，并取得了巨大的經濟效益。相對于二維系統而言，三維系統才是真正的計算機輔助設計。
2.三維CAD技術在機械設計中的優點    通過實際運用三維CAD系統軟件，體會到三維CAD系統軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優勢，具體表現在以下幾點。
（1）三維設計形象、直觀。設計人員在設計零件時原始設想是三維實體，甚至是帶有相當復雜的運動關系的三維實體。由于以前的繪圖手段有限，人們很難在圖紙上將設想的零件表達成立體圖形，不得不遵循共同的標準用正投影法形成的二維視圖來表達自己的三維設想。現在隨著CAD軟件的不斷發展，現在能夠在軟件的支持下，直接由思維中的三維模型開始設計，其最直接的好處就是三維設計形象、直觀，設計結構的合理性讓人一目了然，且能非常直觀方便的進行干涉檢查，甚至可以作運動干涉分析。
（2）可實現參數化、變量化設計。參數化及變量化設計是三維設計的基本思想。傳統的CAD繪圖軟件都是用固定的尺寸值定義幾何元素，要進行圖面修改只有刪除原有的線條后重畫，而且大多數設計工作都是在原有設計基礎上的改進三維設計中的參數化和變量化設計模塊，使得零件的設計可以隨著某些結構尺寸的修改而自動修改，在裝配設計中可以用參數化和變量化技術來建立裝配體中各個零部件之間的特征形狀和尺寸之間的關系，使得當其中某個零部件的形狀和尺寸發生變化時，其他相關零部件的結構與尺寸也隨之改變。這可以減少大量的重復勞動，減輕設計工作量。
（3）可以實現CDA/CAM集成。狹義的CAM指應用CAM技術進行數控程序的生成、數控代碼經通訊接口傳輸到數控機床，進行數控加工。傳統做法是在CAD中完成設計任務，由繪圖機輸出圖紙，再由人工根據圖紙進行數控加工編程。由此在CAD和CAM中存在二套同樣零件數據，易導致管理上的混亂；且在CAM中二次定義產品數據易產生誤差和失誤。利用三維設計可實現CDA/CAM集成，使CAM直接取CAD信息進行加工，即產品從設計到制造全過程的信息集成和信息流自動化，保證加工的產品與設計精確的吻合。
（4）可對重要零件進行有限元分析與優化設計。優化設計對于形狀、受力復雜的重要零件，在運用傳統的設計方法進行設計時，由于設計計算數據不能做到與實際的工作狀態高度接近，為保證零件工作的可靠性，往往要加大安全系數，使設計出的零件粗大笨重。目前常用的三維設計軟件都設有與有限元分析軟件的接口，因此重要的零件經參數化三維造型設計后即輸入到有限元分析軟件當中，自動生成有限元網格并進行應力變形等分析，同時可對不同的工況進行對比分析。
3.常用的三維CAD軟件
目前國際上流行的三維CAD(多數包含CAE和CAM等模塊)軟件有數十種，基本功能大體相同，但也各有所長。主要有美國SDRC公司的IDEAS、美國EDS公司的UG、PTC公司的Pro/Engineer、SolidWorks公司的SolidWorks、MDT及國產的新洲Solid3000和CAXA等三維軟件。
  (1)UG軟件起源于美國麥道飛機公司，它集成了美國航空航天、汽車工業的經驗，成為集成化CAD/CAE/CAM主流軟件之一。主要應用在航空航天、汽車、通用機械、家電等領域。在曲面造型、數控加工方面是強項，但在分析方面較為薄弱。
(2)Pro/Engineer軟件是一個全參數化、基于特征和全相關的系統。它把所有的功能模塊在統一的數據庫下聯系起來，使其在同一數據庫結構下工作，提供了所有工程項目之間的全關聯。
4.三維CAD技術在目前應用中的不足    在機械設計中，三維CAD技術具有無可比擬的優勢和特點，可以有效地提高產品技術含量和質量，縮短機械設計周期，從而提高生產效率，增強企業競爭力，但目前在其使用推廣過程中，在有些地方、有些企業，尚存在一些不足之處：
（1）軟件的選擇上存在一定誤區，盲目追求功能強大的軟件。對于一般的中小企業而言，高端的三維CAD軟件，并不一定是最佳的選擇，因為這些軟件雖然功能強大，但不易掌握，并且價格不俗，因此在選擇軟件時應該從企業當前的實際需求和近期的發展目標出發，以功能滿足產品設計需求為原則，同時兼顧到性價比、軟件商的技術支持、服務等因素。
（2）缺乏精通三維CAD技術的人才，不能充分發揮三維CAD的功能。三維CAD技術本身是一個復雜的系統，很多大學生畢業后還不會使用三維CAD軟件，許多企業工程師也不會使用，雖然企業也花很多資金和精力培訓，但人才流動性大，培訓成本高，導致企業積極性不高，造成精通三維CAD技術的人才不足。
5．結束語    從制造到創造是任何科技發達國家都要經歷的一個發展過程，隨著我國機械行業的不斷發展、壯大，中國制造將逐漸轉變成中國創造，而創造過程中的機械設計就不再是為了解剖或生產某一個零部件而進行的設計，而是整體設計整個產品的設計，單憑二維設計是遠遠不夠的，三維自然必不可少。先進的設計能力才會產生先進的制造企業，三維CAD勢必會取代二維CAD，國家應該大力提倡開發、研制具有自主知識產權、符合設計習慣、行業標準和企業文化的、面向行業的應用模塊，同時加強三維CAD技術人才的培養，推動我國整個制造行業技術水平的進步和發展。