毕业设计（论文）-焊接三维动画设计.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）前言焊接是一门材料连接技术，通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的作用力而连接在一起。近年来，随着焊接技术应用领域的迅猛发展，特别是新技术、新方法、新材料的不断涌现，焊接被扩展到更具广泛意义的接合技术范畴。在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变，已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。剖析现代的焊接，我们不难发现其愈发显现出的几大特征： 焊接已成为最流行的连接技术 焊接显现了极高的技术含量和附加值 焊接已成为关键的制造技术 焊接已成为现代工业不可分离的组成部分焊接是一个复杂的生产过程，涉及到的因素很多，而其中的工艺演示模块就是一个十分重要的过程。它的出现不仅节约了大量的人力、物力，而且还十分的直观、形象，可以对焊接的整个过程进行十分逼真的演示。它结合其它的模块进行总体的研究分析，发现其中的不足，可以及时的进行修改、设计，实现强大的功能。所以说，动画演示的开发对焊接capp系统的开发有着重大的意义。计算机模拟为焊接技术的发展创造了有力的条件，可以期望在21世纪内包括焊接在内的热加工研究模式将转变为“理论计算机模拟生产”，这将大大提高热加工工艺的科学水平，节省大量实验所需的人力物力。采用计算机仿真技术，能极大的减少人工劳动，缩短设计周期，降低设计成本。在焊接过程计算机模拟的研究和开发过程中，应十分重视实验验证工作，可以预料，只要在获得焊接过程的物理参数和开发测试装置和方法等方面继续做出努力，焊接模拟技术必将得到越来越快的发展，并具有广阔的应用前景。1计算机辅助工艺设计1.1 capp系统概述1.1.1 capp的产生和发展在机械制造领域内，工艺设计自动化是发展最迟的部分。数控技术、计算机辅助设计技术在60年代初就逐步地应用于生产实践，且自动化、柔性化的程度不断提高。而工艺设计由于涉及的因素多，随机性大，很难用简单准确的数学模型来描述和分析，所以工艺设计长期处于手工操作，效率低下的状况。随着工业自动化进程的不断加快，计算机辅助设计（cad）的结果能否有效的应用于生产实践，数控机床能否充分发挥效益，cad与cam能否真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系，于是，计算机辅助工艺规程设计（capp，computer aided process planning）就应运而生，并且受到愈来愈广泛的重视。capp技术的出现和发展使利用计算机辅助编制工艺规程成为可能。1.1.2 capp的现状capp系统早在20世纪60年代中期开始研制，到目前为止，已研制出多种capp系统，而且其中不少系统已经被投入生产实践使用。在已有应用系统中，大多应用于单间小批量生产类型。国内则于80年代开始这项研究，至今也已开发出不少capp系统，有的capp系统在实践应用中也取得良好的效果。但是，总体来说capp系统缺少柔性化，到目前为止，国内外开发的capp系统都是针对某一具体生产环境专门设计的，不具有通用性，也无法实现软件的商品化。国外某公司曾与某大学合作，投资几百万美元，试图开发完全通用的capp系统，虽然在某些局部技术领域上取得一些进展，但最终还是不得不宣告失败。可见，在目前技术条件下，开发完全通用的capp系统几乎是不可能的。而开发专用capp系统工作量大，开发周期长、开发费用高，并且需要提高capp系统的柔性，建立一个capp开发平台，并提供众多实用性的二次开发工具，使开发平台商品化。用户在购得开发平台后，只需经过不十分复杂的标准化的二次开发，即可得到符合用户具体情况的、满足用户使用要求的capp系统。为了实现通用的capp开发平台，应在零件信息描述、工艺决策逻辑归纳等方面进行努力：1.零件信息描述的标准化和统一化；2.工艺决策逻辑的统一化、代码化和开发性；3.软件设计的模块化；4.统一的工程数据库。1.1.3 capp的发展趋势随着计算机技术和网络技术的发展capp开发的深入以及企业的需求，capp技术不断向前发展，其发展趋势如下：(1)实用化实用化capp系统，应人机界面友好，操作简单，符合工艺设计人员的设计习惯，设计结果能正确指导生产，并且具有很好的柔性。(2)工具化开发应用面广，适应性强的capp系统，即大力发展工具型capp系统。（3）集成化计算机集成制造是现代制造业的发展趋势，作为集成系统中的一个单元技术，capp系统的集成化也是必然的发展趋势。(4)智能化capp系统必将在获取、表达、和处理各种知识的灵活性和有效性上有进一步的发展，如模糊技术、人工神经网络技术、专家系统技术的应用，使capp系统向着智能化方向发展。(5)网络化随着网络技术的发展，capp系统网络化也是必然的趋势。(6)先进性与实用性的统一尽管目前开发的capp系统约有200多种，但在生产实际中的应用情况并不理想，暴露出“先进的不实用，实用的不先进”等问题，影响了capp系统的推广和普及。因此，在以后系统开发中一定要兼顾先进性和实用性。 (7)集成化和标准化的统一集成化是capp系统发展的必然趋势，是实现cad/cam真正集成的关健也是cims应用中的一个“瓶颈问题”。而产品数据棋型的定义和数据交换机制是实现集成的关键，它们能否实现标准化将决定capp系统的通用性和开放性。因此在研制和开发capp时，要在标准化协议的基础上考虑系统的集成性。否则又将导致自动化“孤岛”的出现。(8)智能化与人机一体化的统一片面地追求高度的自动化水平和信息的集成度，结果势必造成系统的研制和运行的难度增大。因此按照“智能代价说”的观点，应该建立一种“人机一体化”的智能化系统，充分发挥人的智能优势，以合理的代价实现较高的智能。1.2 立题背景1.2.1 焊接capp的研究现状经过20多年的历程，国内外对capp技术进行了大量的探讨与研究，无论在深度上和广度上都取得了很大进展。但是，同cad、cam等计算机辅助技术相比，capp在应用方面仍是薄弱环节。一方面，这是由工艺设计问题的复杂性和特殊性所决定的；另一方面，也受capp发展的大背景和指导思想影响。特别是压力容器产品材质和结构的多样化，以及焊接工艺因素的复杂化，造成了焊接工艺设计的繁琐和复杂。现有的软件由于涉及面太广，具体针对性不强，以及未结合相关的标准内容，大多还存在实用功能或实用性不强等缺点，难以被用户接受。因此，尽管在国内外焊接capp研究中，各种新概念、新方法不断涌现，但capp的发展缺乏坚实的实践基础是公认的事实。随着计算机技术的发展及其在各领域应用的普及，国内外开展了许多焊接专家系统、焊接数据库、焊接工艺capp等研究工作，并且开发了一些应用软件。研究开发具有较好实用功能的焊接capp软件，是很有价值的课题。因为实用化capp系统的引入，不仅可以大大减轻焊接技术人员的工作繁琐程度，提高工作效率，而且有利于企业工艺设计文件的标准化及工艺文件的管理规范化，为适应当前日趋信息化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制造系统(cims)创造必要的技术条件。国内有关焊接capp的研究开始于80年代，研究较早的单位有哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、天津大学、华中科技大学等。近些年来国内对于焊接capp的研究有了长足的进步，开发了一些实用的capp系统。国内焊接capp技术的发展可分为三个阶段：第一阶段，capp系统功能少，设计种类少。在软件方面，主要采用ccdos和某些高级语言，采用数据文件，用高级语言或汇编语言开发绘图机绘制工艺卡。此阶段系统对外设的依赖性强，系统开发工作量大，开发周期长，系统可移植性差。第二阶段，系统的功能增强了许多，设计的种类增多，工艺专家系统进一步完善，并有一定程度的优化和智能成分。系统除了设计工艺外，还能进行工艺文件管理。在软件方面，广泛采用ucdos，多种语言混合编程，采用了工程数据库技术和绘图支撑软件autocad,使系统摆脱了对外设的依赖性，人机界面较为友好，设计速度提高，软件开发周期大为缩短。第三阶段，焊接capp系统向集成化方向发展。系统除了能进行工艺设计外，还能提供大量的生产管理方面信息。在软件方面，由dos平台升级到windows平台。开发工具为单一的高级语言(如vb,vc等)，该种语言集工艺专家系统、数据管理、绘图、生产管理为一体，大大简化了开发环境，提高了设计的可视化程度，人机界面更加友好。另外，此种语言还支持网络功能，为工厂cims系统的采用建立了基础。目前的焊接capp系统还存在许多的不足之处。比如用户界面的可视化程度不够，系统智能化程度有待提高，多为单机作业，信息集成度不高，不便于上网等。此外，这种面向过程的系统，应用软件可重用性差，当用户生产条件、对象变化时，应用软件要作较大的调整。1.2.2 立项意义 焊接结构的形状是复杂多变的，其焊接工艺的设计必须是在对工厂现有的材料、设备、工装、人员配置、场地安排等各方面因素加以综合考虑的基础上才能进行。这对于capp系统来说，意味着大量的信息输入和信息处理。目前，国内企业在cad系统的应用方面已经取得了很大的进展。然而在产品的参数化设计方面仍处于开发阶段，这样capp系统可从cad得到的可利用信息是极为有限的。因此装焊工艺的capp必须在如何充分利用可从cad中得到的信息和减少用户的输入工作量前提下展开设计的。现有的一些通用的capp系统，可以根据系统内置的各种工艺数据库编写各种工艺包括焊接工艺。但是在编写工艺的工序内容时，只能提供一个空的表格，利用各种快捷方式由工艺人员手工输入工序内容。而且从其储存方式来看，不利于工艺的修改和更新。我们所说的capp系统则是在尽可能利用cad信息的基础上，直接提供给用户一个可用的工艺，用户可以在此基础上进行少量的修改（或不修改）来完成新的工艺的制定工作。焊接capp系统一般包括以下几个功能子模块：已有工艺管理子模块 工艺制定子模块 mrp信息传递子模块kuaikuaikuaikuai块 计算和焊接参数推荐子模块 系统数据库管理子模块 标准工艺库管理子模块 典型装焊工艺演示子模块其中，典型装焊工艺演示子模块的作用是通过对各大类压轮或其子系列的标准装焊工艺过程进行动画模拟，给工艺人员以直观、形象的演示。而本设计就是对焊接的工艺过程进行动画演示，通过3ds max所作的动画对整个焊接过程进行演示，具体形象的展示出了焊接的过程。焊接是一个复杂的生产过程，涉及到的因素很多，而其中的工艺演示模块就是一个十分重要的过程。它的出现不仅节约了大量的人力、物力，而且还十分的直观、形象，可以对焊接的整个过程进行十分逼真的演示。它结合其它的模块进行总体的研究分析，发现其中的不足，可以及时的进行修改、设计，实现强大的功能。所以说，动画演示的开发对焊接capp系统的开发有着重大的意义。2 三维设计2.1三维设计简介2.1.1三维设计的应用现代计算机技术和cad应用软件技术的发展，决定了cad应用应当以显著提高设计质量和设计效率，明显降低设计成本，充分缩短设计、生产准备周期，浓缩和提高优秀的设计经验，提高整个设计技术的管理水平为目的。如何认识和理解真正意义的cad：利用计算机及有关应用软件，完成传统意义上的二维绘图设计，人们称其为甩图板。由于现阶段仍以二维工程图作为主要技术文件，用以指导生产且在一定程度上可以提高设计效率，因此，通常称其为cad。在得到一定的普及之后，可以发觉，二维绘图在许多情况下，不能完全表述其设计意图，难于完全表现出思维中零部件的材料、形状、尺寸、相关联零件等三维实体。由于以前手段的限制，人们不得不通过若干个二维图来描述一个三维设想，而它的不唯一和完整性，必须不断修正和完善，才能表达清楚。现在人们能够在软件的支持下，直接由思维中的三维模型开始设计，有了表达全部几何参数和设计构想的可能，使得整体设计过程能够在三维模型中分析与研究，并能使用统一的数据，因而能够更好地完善其设计思想，从而使设计方案理想化。另外，支持软件还必须有二维/三维的全相关能力，这样，无论从二维或是三维对设计的某个部件进行修改后，能够立即所有的修改工作。应用统一的数据进行三维实体设计，并以此为基础对整体设计或部件进行有限元分析、运动分析、装配的干涉检查、机构仿真、nc程序的自动编制、准确的二维工程图生成以及外形质感、颜色或动画外观效果的渲染。完成对全部设计过程的真正有效辅助的，成为有明确的技术效果和显著经济效益的cad。三维设计的意义与作用：三维cad系统中的工程图设计与一般二维设计系统不完全相同，三维cad系统中的工程图设计可以直接由三维模型投影而成，从而保证各个视图的正确性，使用者只需要对视图中个别线条进行调整，并标注工程符号，即可满足工程图纸的要求。三维模型设计中包括了产品完整的几何结构，还可以从三维模型中产生其他各种视图，除基本标准的三视图外，还可生成轴测图、向视图、各种剖视图、局部视图等。由于三维cad系统中三维/二维的全相关性，那么，在不同的设计环境中，模型都是相互关联的，可以在三维、二维或其他设计环境中直接修改模型的结构和尺寸，其他的模型可以自动更新。三维/二维的全相关可以保证设计的修改在三维与二维模型中保持一致。通常的工程设计中，可以根据三维模型的尺寸，自动生成二维尺寸，并可以灵活调整尺寸的种类和位置。在三维的cad产品设计中，可以调节渲染所设计产品的一些基本属性，如光源设置，模型属性(颜色、透明度、反射系数等)，还可以设置模型的颜色、纹理、反射、景深、阴影等效果，从而达到渲染产品外观的效果。只有在三维的cad设计中，才可能建立进行有限元分析的原始基本数据，进而实现产品的优化设计。用三维模型在装配状态下进行零件设计，可避免实际的干涉现象起到事半功倍的作用。凡此种种，二维的绘图设计只能在局部勉强达到，因此，采用三维设计是设计理念的一种变革，是cad的真正应用的开始。全参数化驱动三维模型应用的必要性与可能性：所谓设计模型的建立，亦即设计数据库的填充过程。而建立数据库的目的，是在以后的设计装配中引用和修改。其中的某些数据，最终完成整个设计。因此不能进行参数驱动的三维模型，在设计中几乎没多少用途。参数化驱动，包含对于新设计的零件，引用的标准件和借用件以及其他外部组件，当然也包含了对各个零部件之间的装配关系、位置关系乃至运动关系等等。在机械设计中，设计模型，就是各种机械零件的实际模型。所有的模型均可以分解成有限品种的构成特征，而每一种构成特征，又可以用有限的参数完全约束，即参数化。因而，现在的产品设计中，全部可以用参数化的三维模型来表述。三维cad系统中，用参数化约束所设计零、部件的尺寸关系；进而使得所设计的产品更易变更和修改，管理起来也较二维设计方便可行。在装配设计中除了在定义零部件之间的关系时需要采用参数化、变量化设计以外，为了更好地表述设计者的构想意图，也需要参数化和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特征形状和尺寸之间的关系，使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时，其他相关零部件的结构与尺寸也随之改变。支持在装配环境下设计新零件的系统，可以以已有零件的形状作为参考，建立新零件与已有零件之间的形状关联。当参考零件的形状和尺寸发生变化时，新零件的结构与尺寸也随之跟着变动。还可以利用参数化建立装配体中不同零部件之间的尺寸关联，定义驱动尺寸和参考尺寸。对于与有阵列分布的特征进行装配的情况，如螺栓与陈列分布的孔进行装配，则应能够自动完成其他螺栓与孔之间的装配设计。诚然，有些二维的参数化设计，也可以减轻设计者的劳动强度，适当地提高设计效率，可以随心所欲地修改零件的形状和尺寸，以达到完成设计更新的目的。但三维的参数化设计是在装配设计的大环境建立的，它可以藉用统一的、无须人为更改的数据，直接进行必要的结构强度等应力/应变分析，以保证新设计符合实际工程需要，而这也是cad的关键这所在。三维模型在工程分析与nc编程中的应用：三维cad系统中，由于使用了统一的数据库，在设计的过程中均可对其中的一部分或全部设计，针对将要应用的工作环境及技术要求，进行应力/应变、结构强度、热力场等一系列的有限元分析计算，当然必须建立在一系列的试验基础之上。通过分析，反过来不断修改、完善设计思想，使之达到统一的完满。例如，钢结构设计，通过采用优化设计，即可节约大量的钢材和型材。二维的cad系统中，由于无法建立可用于工程分析的实体模型，对设计中的结构强度及热力场分布等计算，只能依赖于书本中的有关计算公式，且计算量和劳动强度均很大。如若设计修改，一切数据都需要重新计算。以致设计出“傻、大、黑、粗”的产品，既无技术效果可言，无经济效益可谈。三维cad系统中，可藉助于三维实体模型及完整的造型结构，全的尺寸和几何约束，充分的可以参数驱动的数据，以便完成设计的修改和调整，零部件的装配、力学分析、运动分析、模拟仿真、数控加工等cad设计过程。针对零件未来制造和使用过程的概要表达，加工方法要求、热处理要求、工件材质、加工测量、加工定位基准的选定及其他一些必须的工艺求，利用系统的自动编程和后处理功能，实现nc自动化编程。再通过必要的模拟仿真，达到可以直接应用和指导生产。而二维cad系统将无法完成上述工作，且人工编程易于受各种不确定因素的干扰，所编nc程序，工作效率也难以达到要求。由于不同种类专业的设计习惯、规则、经验、试验方法都不一样，使三维cad的推广应用在一定程度上遇到一些困难。这就要求在选择三维cad软件时必须充分论证，选择适合自己专业类别的软件应用，以达到事半功倍的效果。三维cad系统是技术创新和产品设计的有效辅助工具，也是产品设计的最终出路，这是无法回避的。如果再集成有有限元分析软件，将更加显著地提高设计质量和效果。对于大幅度替代或减少试制各个设计部门的协调、配合、设计数据的管理和使用，具有更大的实际意义。早日使用三维设计，就会及早取得经济和技术效益，因为它是cad应用发展的必然趋势。2.1.2 三维动画的应用我们生活的世界是三维的世界，在电脑上重现现实中的三维世界一直是人们的梦想。现代科技特别是计算机图形学的发展，让我们美梦成真。与传统的二维手工制作的动画相比，电脑第一次真正地使三维动画成为可能，极大地提高了工作效率，增强了动画制作效果。利用电脑进行三维动画的创作不仅使动画制作摆脱了传统的手工劳动的烦琐，把人真正地解放出来，也使动画制作跨入一个全新的时代。随着计算机信息技术的高速发展，计算机三维动画技术被广泛地应用于许多方面。利用计算机和三维动画软件的强大功能，通过三维建模、材质及动画的设定可以将真实世界中的各种对象在计算机中真实再现。同样，通过计算机三维动画技术也可以使我们设计的对象能够在未实现之前得以直观的表达，并在此基础上对其进行具体的分析和应用，为我们的生产和生活提供更好的服务和支持。目前三维动画技术在城市规划、交通、房地产、影视广告、建筑装潢、机械制造、教育、娱乐以及游戏开发、基础设施建设等许多方面已经得到了很好应用。通过三维动画技术来展示规划方案、工程设计方案，具有快捷、高效、准确、效果生动逼的强有力的手段。电脑动画在众多领域中都得到了广泛的应用，其主要领域包括： 影视业领域：这是电脑动画应用最早、发展最快的领域。 广告业领域：这是电脑动画在国内应用最为广泛的行业。最直接的应用是影视广告。 国防军事领域：电脑模拟核试验、飞行等都是目前研究的重要课题。 科学技术领域：电脑动画应用于科学领域使科学技术可视化。 教育领域：电脑动画进入教育领域必将引起教育方式的重大变革。 其他领域：在娱乐业、商业、医疗卫生、事故分析等方面，电脑动画都有着广泛的应用。 总而言之，随着科学技术的不断发展，电脑动画技术必将进入各行各业、各个领域，它的发展也必将日益成熟完美。2.1.3 三维机械cad软件solidworks简介solidworks是由美国solidworks公司开发的三维机械设计软件。自1995年问世以来，solidworks以其强大的功能、易用性和创新性，极大地提高了机械工程师的设计效率，在与同类软件的竞争中逐步确定了它的市场地位，在全球已拥有30余万正版用户。solidworks提供了强大的基于特征的实体建模功能，用户可以通过拉伸特征、旋转特征、薄壁特征、抽壳特征以及阵列、钻孔特征等操作实现产品设计，方便地添加特征、更改特征以及将特征重新排序，对特征和草图进行动态修改，并通过拖动等方式实现实时设计修改。在进行装配时，可以直接参考其他零部件并保持这种参考关系生成新零件，可以利用智能化装配技术完成自动捕捉并定义装配关系，可以动态地查看装配体的所有运动，并对运动零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。在进行工程图设计时，可以自动详细、准确地生成各种视图、剖视图、断面图和局部放大图等工程图样，并且可标注尺寸及各种注释内容。该工程图是全相关的，即在修改图样时，三维模型、工程图和装配体都会同时自动地实现更新。此外，solidworks还提供了强大的全相关钣金设计、曲线设计、曲面设计、铸模工具以及焊接零件设计功能。目前市场上所见到的三维cad设计软件中，slidworks是设计过程最简单、最方便的软件之一。slidworks2001plus以其功能强大、易学易用和技术创新三大特点成为领先的、主流的三维cad解决方案。slidworks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量，同时对每个工程技术人员来说，操作简单方便，易学易用。优点：1)带有协同工具e-drawing。2)二维、三维全相关。3)智能装配。这个功能很强大。4)特征的拷贝。5)内置有限元基本模块cosmosexpress。6)对于柔性件，可以进行配置管理，支持一个零件多个版本，不改变bom结构。缺点：1)装配约束不能自动求解。2)运动仿真功能比较简单。3)曲面和实体造型的功能相对独立。2.1.4其他三维机械cad软件简介（一）ug：优点：1） 一个最大特点就是混合建模，应该说ug的综合能力是很强大的，从产品设计到模具设计到加工到分析到渲染几乎无所不有。可以局部参数化（当然完全参数化更没问题），对于模型更新有利。2） 曲面造型方面，ug的曲面功能非常强大，ug不仅提供的更为丰富的曲面构造工具，而且可以通过一些另外的参数（在pro/e中相对少一些）来控制曲面的精度、形状。另外，ug的曲面分析工具也极其丰富。3） 可以用约束的方式控制相关。 ug18 sketch 中有相关的点，是参数化的，点也可以标注尺寸！缺点：ug中将很多规格化的特征（类似pro/e中的点放特征）划分的非常细致，如pocket、slot等，这相当于将几个pro/e的特征合并成为一个。而在pro/e中更多的是草绘特征，或许没有ug建模效率高，但却有更大的柔性。比如，在ug中如果想将一个圆孔改为方孔可能非常困难，因为这是两个不同的特征，而在pro/e中，却是非常轻而易举的事情。（二）pro/engneer：pro/engneer是由美国参数技术公司推出的一套博大精深的三维 cad/cam参数化软件系统，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维造型、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、模具设计与分析等实用模块。应用领域包括航天、汽车、机械、数控（nc）加工、电子等诸多行业。优点：1) 支持行为建模。2)管路设计支持软、硬管结合，支持管理原理图设计，支持管理流动模拟。3)三维装配支持生成装配工艺卡。4)运动模拟支持生成运动包络轮廓。5)支持设定柔性件。6)可以生成只有外形数据的包装和与其它厂商产品装配时的尺寸的三维模型。7)钣金件设计包括钣金排料。8)运动仿真的功能可以定义连接方式，定义速度加速度等。9)支持装配过程动态显示。10)提供支持简单产品设计的免费软件pro/desktop。缺点：1)需要与winchill集成，价格太贵。2)宜人化程度较差。3)部分中端三维cad有的免费功能需要购买。如web浏览器等（三）autodesk inventor：autodesk出品的三维机械设计软件。autodesk inventor 软件因其简便易用而深受用户欢迎，它为客户从二维转换到三维设计提供了最简单的路径。凭借其业界领先的dwg 兼容性和大型装配性能，使用者可以减少设计时间，更快地将更好的产品推向市场，同时保持使用者的竞争优势。简化的用户界面、面向autocad用户的内置移植辅助以及先进的帮助和支持系统使 autodesk inventor 特别易学、易用。其直观的工作流程、熟悉的microsoft windows 环境和简便易用的拖放功能可帮助使用者第一天就能利用 autodesk inventor 进行设计。autodesk inventor 软件提供业界最佳的dwg 兼容性，因此使用者可以轻松地重用现有的数据。autodesk inventor 具有一个采用自适应技术的完全现代化的体系结构，可提供出色的大型装配性能及经过生产检验的制图环境。此外，创新的autodesk shape manager 能够帮助使用者创建复杂的、程式化的零件。这些特性与其它许多特性一起使autodesk inventor 成为领先的三维机械设计软件之选。优点： * 基本三维造型和其他主流三维软件差不多。 * autodesk inventor的优点在于其和autocad无缝结合,操作简单, 比较简单易学易于从二维设计过渡到三维设计。* 另外其国标化的公差标注,工程图纸生成,pdm管理都是很方便的,最重要的是autodesk inventor自带标准件库。* autodesk inventor的软件有众多接口,围绕其二次开发的各类第三方软件是众多的,如果单纯就是为了实现三维造型和工业设计的话, autodesk inventor已经足够了,这个主要是因为它和autocad是一脉相承的。缺点： * 其曲面和曲线造型能力比较差。 * 缺少计算分析能力,只有简单的还是集成在mdt2004dx下的,需要对结构进行fea分析时必须依靠ansys之类的软件。* 缺少运动仿真能力,必须通过第三方软件实现,比如3dmax等cam/cae能力比较差,需要依靠二次开发或其他专业软件。（四）solidedge:solidedge是基于windows操作系统开发的，采用最新的stream技术，完全与microsoft产品相兼容的真正技术指标化的三维实体造型系统。 solid edge的stream技术推进了cad行业的发展,提高了生产力，它利用逻辑推理和决策概念来动态捕捉工程师的设计意图，stream技术易学、易用，能比其它中档cad设计软件产生更多的效益。，更充分利用人工智能和人机工程的最新技术,为所有设计专家有效和实用地进行产品三维造型设计奠定了新的标准。 solid edge采用unigraphics solutions的parasolid v10造型内核作为强大的软件核心,全面将中档cad系统与世界上最具领先地位的实体造型引擎parasolid融为一体。 solid edge是特别为机械设计专业人员开发的，全面应用stream技术，其强大的造型工具能帮助用户更快地将高质量的产品推入市场。stream技术通过改善用户交互速度和效率从而全面优化工作效率。由于使用parasolid核心技术所建立的3d实体模型cad系统solidedge可以建构高阶圆角、混成圆角、变化半径圆角等工作。solidedge使用特有的“流畅设计技术”可以有效节省工程师的设计时间，目前广范的运用在机械设计、电子业、钣金设计、汽机车零件、医疗器材、运动器材、消费性产品等产业上。solidedge提供一个完整的设计环境，软体将设计环境区分为:零件模组part、钣金模组sheetmetal、熔接模组weldment、组立件模组assembly以及工程图模组drafting。每一个设计模组都有一个独立又相互整合的设计环境。除了上述功能外solidedge还提供了虚拟动画模组(vitual studio)、机构运动模拟/动态干涉检查 (simply motion)、档案转换工具(data translator)、(拟真图彩效果具阴影.斑马纹 rendering tools)、(智慧型浏览器 smart viewer)、文件版次管理员(revision manager)等一系列的完整设计功具。主要功能:1、 采用stream技术，用推理逻辑和决策概念来支配工程师的实体造型过程，明显地提高了设计效率。 技术指标化、基于特征的实体造型技术，可方便顺利地实现设计师的意图，完成任何机械零件或装配件的造型，并可将特征保存在特征库内，供以后使用。2、装配设计和装配管理功能，利用相邻零件的几何信息，使新零件的设计可在装配造型内完成。自顶向下和自底向上的设计技术，提供了流水线式的修改和配置工具，简化了大装配件的设计，实现复杂装配。多个设计师在同一装配件并行工作时，可以随时看到其他设计师的工作情况。3、模塑加强模块，直接支持复杂塑料零件造型设计。提供一些专门特征，优化了模型的造型过程，附加的曲面造型命令，帮助用户轻松地实现塑料零件的造型。4、钣金模块，应用钣金行业熟悉的术语，提供了专门的命令、功能以及钣金特征，使用户可以快速简捷地完成各种钣金零件的设计。钣金模块下的装配、设计、制图、塑料和铸造设计及数据管理能力的充分集成，减少了包括钣金零件在内的产品设计时间。5、绘图和视图功能，为用户提供了简化的cad绘图工具，可快速地完成绘图。6、利用二维几何图形作为实体造型的特征草图，实现三维实体造型，为从cad绘图升至三维实体造型的设计提供了简单、快速的方法2.1.5 三维动画设计软件3ds max简介3ds max是美国autodesk公司的旗舰产品，它凭借简单明了地界面、开放的操作系统以及不高的系统要求在国内外被广泛地使用。在人才市场上，能熟练使用3ds max的人才呈供不应求的趋势，其中工业设计、动画设计与广告等行业对精通3ds max的人才需求量尤其大。从诞生至今，3ds max系列版本已发展成为集建模技术、材质编辑、环境控制、动画制作、高品质渲染和后期合成于一体的高端专业级软件。3ds max是一个功能强、具有丰富内涵的三维软件，它在三维动画设计、三维造型设计、影视广告设计、工业设计、建筑设计和多媒体制作等领域占有重要地位。3ds max, 目前世界上应用最广泛的三维建模，动画，渲染软件，完全满足制作高质量动画，最新游戏，设计效果等领域的需要。第一，真实。从来没有在如此简单的方法下达到如此真实的效果，不论是要制作非常真实的影片，交互式环境或者进行建筑设计。提供了两种全局光照系统并且都带有曝光量控制，光度控制灯光，以及新的着色方式来控制真实的渲染表现。3ds max允许你可以自己增加实时硬件着色。并且可以非常容易地将你的制作通过贴图渲染和法线渲染，光线渲染以及支持radiosity的定点色烘培技术应用到你的实时环境当中。第二，表情。超出关键帧动画的范畴，让我们关注表情动画。trackview已经分解成曲线以及dope 编辑器并且拥有方便的旋转控制，绘制动画曲线，软关键帧渲染等功能。增强的功能曲线与设置关键帧功能结合,使得动画的设置非常简单。第三，生产力。众所周知 3ds max的制作效率非常高，再加上一些新的常用的功能就能够最大限度发挥你的创造力。比如新改良的uvw unwrap功能就可以让艺术家们非常容易地进行贴图控制，另外多边形建模的提高必将使3ds max成为目前市场上最优秀的建模工具。它具有其他软件没有的优点：性价比高。首先3ds max有非常好的性能价格比，它所提供的强大的功能远远超过了它自身低廉的价格，一般的制作公司就可以承受的起，这样就可以使作品的制作成本大大降低，而且它对硬件系统的要求相对来说也很低，一般普通的配置已经就可以满足学习的需要了，我想这也是每个软件使用者所关心的问题。上手容易。其次也是初学者比较关心的问题就是3ds max是否容易上手，这一点你可以完全放心，3ds max的制作流程十分简洁高效，可以使你很快的上手，所以先不要被它的大堆命令吓倒，只要你的操作思路清晰上手是非常容易的。使用者多，便于交流。3ds max在国内拥有最多的使用者，便于交流，教程也很多，比如著名的火星人系列，很多人都是从读火星人才开始入门的，这样如果有问题可以拿到网上讨论。在应用前景方面3ds max是国内最常用的三维动画制作软件，只要学得好就一定可以找到施展自己才华的地方。2.1.6 计算机动画基础动画的原理在于将一定时间段内、不同的时间点上的关键画面记录下来，以一定的速度连续播放，利用视觉暂留现象形成动态画面。由于视觉暂留的时间很短，形成动画必须达到一定的速度。一般卡通动画更新率为12张/秒，电影画面更新率为24格/秒，电视画面传输率为25帧/秒。对于动画的制作，有这样的公认定义：制作一系列的图像，这些图像随时间变化显示了一个对象的变化，然后快速播放这些图像，是指看起来是光滑流畅的动作。这一系列图像中的每一幅就是一帧。电影或电视的播放也是这样一个过程，他们先将对象的动作高速拍摄下来，然后再高速播放出来，使人感觉他们是不间断的。传统上动画记录在胶片上，现在也常记录在磁盘、磁带盒光盘等媒体上。放映的方法也有很多样，可通过电脑、电视、投影仪等播放装置进行放映。二维动画二维动画是在传统手工动画上的一大进步。从动画制作过程可以看到，制作关键帧后要产生中间画，手工动画需要大量复杂的工作来完成中间画的制作。二维动画中，给出关键帧的插值规律，计算机就可以自动生成中间画。但多数情况下，插值规律需操作人员自己计算。此时，可以先逐帧输入全部画面，计算机辅助描线、上色，再控制完成胶片记录工作。目前应用在计算机上的二维动画的软件很多，其中adobe公司的imageready, macromedia公司的flash、director等都是优化的二维动画制作软件。二维动画虽然提高了动画的制作效果和效率，但它无法完成最为关键的初始画面的创作。 三维动画三维动画实现了在计算机上创建初始画面的构想。多种工具的提供和精确的效果测试使得三维动画极具现实性。三维动画的制作需计算机硬件和软件的支持。硬件中对主机的要求高，主机有工作站和个人计算机之分。三维动画的工作量很大，对分辨率、色彩要求都很高，因此最初在工作站上运行。后来，软件公司开发了用于个人计算机的动画软件，pc机上也诞生了三维动画。除主机和一般图形输入设备之外，硬件中还需要配备图形扫描仪等输入设备和记录胶片等输出设备。值得注意的是，虽然在3ds max中已有许多创建图画的工具，但这并不是创建图画的唯一途径。通过3ds max的强大功能，大家可以用adobe illustrator和autocad这样的专业绘图软件或cad软件包创建二维图形后，再输入到3ds max中。因为这类专业的插图、绘图软件包在绘制图形方面功能很强，充分使用这些软件的功能可以使工作事半功倍。所以，为3ds max配置性能良好的输入设备也是必要的。一般来说，三维动画的生成主要包括了5个过程：作品构思的明确。生成三维立体形象。对三维立体形象进行修饰，即定义材质、光源、背景等。逐帧生成三维动画。后期合成输出。以上5个过程只是一个系统地概括，在实际工作中，每一步都需要使用大量的工具和技巧。3 焊接焊接在现代工业中的地位在现代工业中，金属是不可缺少的重要材料。高速行驶的汽车、火车、载重万吨至几十万吨的轮船、耐腐耐压的化工设备以至宇宙飞行器等都离不开金属材料。在这些工业产品的制造过程中，需要把各种各样加工好的零件按设计要求连接起来制成产品，焊接就是将这些零件连接起来的一种加工方法。在工业生产中采用的连接方法主要有可拆连接和不可拆连接两大类。螺钉、键、销钉等连接方式属于可拆连接，它们通常不用于制造金属结构，而是用于零件的装配和定位工作中。不可拆连接有铆接、焊接和粘接等几种方式，它们通常用于金属结构或零件的制造中。其中铆接应用较早，但它工序复杂、结构笨重、材料消耗也较大，因此，现代工业中已逐步被焊接所取代。粘接虽然工艺简单，而且在粘接过程中对被粘材料的组织和性能不产生任何不良影响，但是其接头强度一般较低。相反，焊接方法不但易于保证焊接结构等强度的要求，而且相对来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉，所以焊接方法得到了广泛应用和飞速发展。据不完全统计，目前全世界年产量的钢和大量有色金属，都是通过焊接加工形成产品的。特别是焊接技术发展到今天，几乎所有部门 （如机械制造、石油化工、交通能源、冶金、电子、航空航天等）都离不开焊接技术。因此可以这样说，焊接技术的发展水平是衡量一个国家科学技术先进程度的重要标志之一，没有现代焊接技术的发展，就不会有现代工业和科学技术的今天3.1焊接冶金基本知识3.1.1 焊接的基本原理焊接是通过加热或加压或者两者兼用，可以用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接的本质是使两个分离的物体产生原子间的结合，使之连接成一体的连接方法。3.1.2 焊接的应用焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比具有下列优点：（1）节省金属材料、减轻结构重量，且经济效益好。据统计，焊接结构比铆接结构重量可减轻15%20%，比铸件轻30%40%，比锻件轻30%。（2）简化了加工与装配工序，生产周期短，生产效率高。（3）结构强度高，接头密封性好。采用轧制材料的焊接结构的材质一般比铸件好。即使不用轧材，用小铸件拼焊成大件，小铸件的质量也比大铸件的容易保证。焊接结构接头密封性比铆接和铸件高得多。因此，焊接的容器能充分的满足高温、高压条件下对强度和密封性的要求。（4）为结构设计提供较大的灵活性。可以按结构的受力情况优化配置材料，按工程需要在不同部位选用不同强度、不同耐磨、耐腐蚀及耐高温等性能的材料。例如，大型齿轮的轮缘可用高强度的耐磨优质合金钢，而其他部分则可用一般钢材来制造，这样既提高了齿轮的使用寿命，又节省了优质钢材。（5）用拼焊的方法可以大大突破铸锻能力的限制，可以生产特大型锻-焊结构，提供特大、特种设备、毛坯，促使了国民经济的发展。（6）焊接工艺过程容易实现机械化和自动化。3.2埋弧焊按焊接时的工艺特点和母材金属所处的状态，可以把焊接分成熔焊、压焊和钎焊三大类。埋弧焊属于熔焊中电弧焊的一部分。焊接能源又分电能、机械能、化学能、光能、超声波能等。而埋弧焊属于电能之中电弧的一种。3.2.1 埋弧焊的基本原理埋弧焊如图3-1所示，预先把颗粒状焊剂散布在焊接线上，焊丝通过送丝装置，自动连续的向焊剂中送进，在焊丝前端与母材间引燃电弧，进行自动电弧焊。由于电焊掩埋在焊剂里面，从外部看不见，因此称为埋弧焊（submerged are welding: saw）。 图3-1埋弧焊焊接原理fig.3-1 the weld theory of submerged are weldinga)焊接过程 b)纵向断面 c)横向断面1-焊剂;2-焊丝;3-电源;4-熔池;5-熔渣;6-焊缝;7-工件;8-焊渣;9-焊剂漏斗;10-送丝滚轮;11-导电嘴;焊剂在电弧前方从焊剂料斗中漏出，覆盖着电弧和熔化金属，隔绝空气起到保护作用，同时也起到稳定电弧的作用。此外，焊机受电弧热而熔化，成为熔渣并与熔化金属反应，可以获得健全的焊缝金属，以及美观、均匀的焊缝外形。3.2.2埋弧焊的设备结构以自动焊接下车为例说明埋弧焊装置构成。如图3-2所示，主要有焊接电源、焊丝盘及焊丝送进机构、焊剂送进装置、焊接控制装置、行走小车、导轨等组成。由于自动焊是把焊丝盘、焊丝送进、焊剂送进、焊接控制（操作盘）、行走小车集成为一体，因此也把这部分称为焊接机，以区别于焊接电源。图3-2埋弧焊装置构成fig.3-2 the constitutes of submerged are welding equipment根据电极形状、电极数、行走装置的差别对埋弧焊装之作出分类。埋弧焊装置的分类：卷带电极 根据电极形状分类： 焊丝电极板状电极 单电极根据电极数分类： 多电极牵引式小车行走方式侧挂导轨式行走装置根据行走装置分类： 导轨方式焊接电源采用普通的交流电元，电源的容量从500a到2000a，根据用途来选择。薄板焊接时多采用直流电源。电源外特性一般为陡降特性。较大型自动焊焊机和专用性焊机带有焊剂自动回收装置，挥手已凝固焊缝尚未熔化的焊剂，能够重复使用。进行埋弧焊生产在设备方面还应考虑如下问题：埋弧焊由于电流较大、焊接时间长，为了防止其他用电设备对焊接条件的影响，最好采用专用设备。供电设备的容量应考虑多台焊机并用的情况。焊接电缆有温升问题，各直径电缆应在安全电流值下使用。埋弧焊常使用交流焊接电源，由于是单向较大的负荷，在使用台数较多时，必须考虑电源三相平衡问题.多电极埋弧焊，应根据电极数、焊接条件进行正确的接线。3.2.3 埋弧焊的应用埋弧焊由于其焊接生产率高及其他几项优点，在造船、锅炉、化工容器、桥梁、起重机械及冶金机械的制造中应用最为广泛。主要对碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢及其复合钢材等各种钢板结构进行焊接。采用自动焊接方式，能够得到成形和性能均符合要求的焊缝。此外还发展了多丝埋弧焊、带极埋弧焊、金属粉末埋弧焊等，极大的提高了焊接生产率。在表面耐磨、耐腐蚀材料的堆焊方面也比其他方法更具优势3.2.4埋弧焊的特点与其他焊接方法相比，埋弧焊有如下几点优势：(1) 生产效率高 埋弧焊焊接生产率高有几方面的原因：一是电弧掩埋在焊剂层下燃烧，没有保护气散热损失，也基本没有电弧辐