CAD技术在机械设计中作用.doc

毕业设计（论文）任务书专业 班级 姓名 一、课题名称： CAD技术在机械设计中的作用 二、课题应达到的要求：传统设计中改型设计多，只能改变现有产品中某些尺寸，或只能消化某些产品，仿照生产，因此无法实现创新构思，使得产品从根本上没有质的飞跃。而三维CAD技术在方案设计阶段，充分利用专家系统及现代科技新理论，建立多种机构进行构型对比，立体感强、效果逼真，更能激发设计人员的新构思。 三、主要工作内容：从制造到创造是任何国家都要经历的一个发展过程，随着中国机械行业的不断壮大，越来越多的设计者要从中国制造，而创造就不再是为了解剖或生产某一个零部而设计，而是整体设计整个产品，单纯二维技术是不够的，三维自然必不可少。先进的设计能力才能产生先进的制造企业。从长远看，从二维到三维是CAD一个不可逆转的趋势 四、主要参考文献:1 杨胜强.现代工程制图M.国防工业出版社，2000 2 胡建生.AUTO CAD应用教程M.机械工业出版社，2004 3 叶丽明.AUTO CAD基础及应用M.化学工业出版社，2002 4 李建勇.机电一体化技术M.科学出版社，2004 5 刘海兰.工程制图与机械基础M.电子科技大学出版社，2001 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目CAD技术在机械设计中的作用一、选题的背景和意义：CAD技术起源于美国，它经历了一个由二维设计技术向早期的三维设计技术发展的过程。因为二维机械CAD技术没能很好地解决设计中最困难的几个问题，如：复杂的投影线生成问题、尺寸漏标问题、设计的更新与修改问题等等。所以人们开始向三维设计方向发展，三维CAD技术也符合人的设计思维习惯，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，直观形象。三维设计能够直观反映设计的真实状态，通过运动模拟、干涉检查等数字化分析手段，在设计阶段就能避免以往在生产制造中才能发现的问题。因而三维CAD技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术。二、课题研究的主要内容：从制造到创造是任何国家都要经历的一个发展过程，随着中国机械行业的不断壮大，越来越多的设计者要从中国制造，而创造就不再是为了解剖或生产某一个零部而设计，而是整体设计整个产品，单纯二维技术是不够的，三维自然必不可少。先进的设计能力才能产生先进的制造企业。从长远看，从二维到三维是CAD一个不可逆转的趋势。三、主要研究（设计）方法论述：本论文主要建立在掌握AutoCAD的基础及应用的基础上，并且了解机电一体化技术的相关知识。介绍CAD技术的背景和发展！利用AutoCAD进行三维机械设计，与二维CAD设计进行比较，突出三维CAD设计的优势。从而挖掘CAD技术在机械设计中的作用。最后阐述了CAD前沿技术与发展趋势！ 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容8.18.4选题，查找、分析资料8.58.6完成开题报告8.78.9查找与CAD有关资料8.108.12介绍CAD的发展和背景8.138.15阐述传统二维设计的弊端8.168.18挖掘三维CAD设计的优势8.198.21三维CAD在机械设计中的作用8.228.24简述CAD前沿和发展趋势8.258.26完成初稿，交指导老师审阅8.278.28完善初稿8.298.30完成设计并定稿，答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日CAD技术在机械设计中的作用目 录0. 引言1. 机械CAD发展的背景61.1现代机械工业所处严峻环境6 1.2现代机械工业的基本任务61.3现代机械工业的基本特点61.4现代机械工业生产中存在的主要问题62. CAD 技术系统组成和发展62.1 CAD 技术的系统组成62.2 CAD技术的发展73. 二维CAD的缺点74. 三维CAD技术在机械设计中的优点84.1零件设计更加方便84.2装配零件更加直观84.3缩短了机械设计周期84.4提高机械产品的技术含量和质量85. CAD技术在机械设计中的应用85.1零件与装配图的实体生成85.2模具CAD/CAM的集成制造95.3 机械CAE软件的应用96. CAD前沿技术与发展趋势96.1 CAD前沿技术97. 结束语10答谢辞10参考文献11CAD技术在机械设计中的作用摘要：从现代机械工业所处的严峻环境出发，论述了CAD技术在我国机械设计中的发展和背景！揭露二维CAD技术的缺点，从而突出三维CAD技术的优势！进而阐述CAD技术在机械设计中的作用！最后简述了CAD前沿技术与发展趋势！关键词：CAD技术；机械设计英文标题Abstract：Modern machinery industry from the serious environment, discusses the mechanical design CAD technology in our country the development and background. Expose the shortcomings, 2d CAD technology and outstanding 3d CAD technology advantage. And CAD technology in mechanical design .Finally introduced advanced technology and development trend of CAD. Keyword: CAD technology ; Mechanical design 0 引言计算机技术的发展，带来第三次技术革命浪潮，随着计算机辅助设计（CAD）技术则是计算机在工业领域应用中最为活跃的一支。它集数值计算、仿真模拟、几何模型处理、图形学、数据库管理系统等方面的技术为一体，把抽象的、平面的、分离的设计对象具体化、形象化，它能够通过“虚拟现实”技术把产品的形状、材质、色彩，甚至加工过程淋漓尽致地表现出来，并能把产品的设计过程，通过数据管理，实现系统化和规范化。随着CAD基础理论和应用技术的不断发展，对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到“甩图版”的目的。而是希望它能从本质上减轻大量简单烦琐的工作量，使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动中。由于三维CAD系统具有可视化好、形象直观、设计效率高、以及能为CIMS工程中各应用环节提供完整的设计、工艺、制造信息等优势，使其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。要加快我国整体经济水平的提高和发展、提高制造业企业的竞争力,企业信息化建设是一个有效而非常重要的手段,而CAD 技术是制造业技术创新的基础,更是企业全面信息化的基础,所以采用CAD 技术是企业进行全面信息化建设的第一步。但由于多方面的原因和行业的特殊性,从事机械产品设计和制造的人员并没有意识到CAD 技术的重要性,这在很大程度上限制了机械产品设计质量和设计效率的提高,从而使机械制造这个CAD 技术最先涉足的最古老的传统工业发展缓慢,严重制约了我国整体经济水平的提高和发展1机械CAD发展的背景面对市场全球化和激烈的竞争，从现代机械工业所处的严峻环境，及其基本任务、特点和存在问题出发，阐明机械CAD产生的背景。11 现代机械工业所处严峻环境现代机械工业面临着极其严酷的外部环境的挑战。这些严酷的挑战可归结为：(1) 科学技术高速发展；(2) 传统资源渐见枯竭；(3) 买方市场日益强化。12 现代机械工业的基本任务机械工业必须把加快产品的更新和开发放在第一位，以便在充分利用现代科学技术最新成就的基础上，按照高效、优质、低成本的要求，迅速开发出满足买方需求的各种省料节能的新产品。因此，现代机械工业的基本任务可以归纳为：(1) 大力开发新产品；(2) 保证产品质量；(3) 不断提高劳动生产率；(4) 有效降低生产成本。其中大力开发新产品是关键和核心。13 现代机械工业的基本特点：(1)多品种小批量生产占主导地位；(2)生产技术和制造系统的柔性化；所谓柔性，即指针对上述特点所必须具有的一种灵活应变的能力或快速响应的能力。生产技术和现代制造系统适应产品变化和产量变化所具有的一种效率。这种效率高，即说明制造柔性好。14 现代机械工业生产中存在的主要问题由于多品种生产的现代机械工业生产中占有优势比重，因此多品种生产的现状可以看作机械工业生产现状的一面镜子。多品种生产存在的问题，实际上反映了整个机械工业存在的问题。这些问题概述如下：(1)开发新产品的生产技术准备体制不合理；(2)生产技术和生产组织管理十分落后；(3)规模大而效益差的全能型企业模式；(4)整个机械工业的结构体制不利于发展零部件专业化和工艺专业化。综上所述，企业要赢得市场，技术创新是至关重要的，而技术创新主要体现在产品设计的创新。减少在设计工作中的简单重复劳动，帮助设计者把头脑中产生的设计形象迅速准确地在计算机中反映出来，使其将注意力集中于富有创造性的设计活动中，从而提高设计的效率和质量，CAD 技术的应用是关键。2CAD 技术系统组成和发展21 CAD 技术的系统组成。CAD 系统包括硬件和软件两大部分。硬件系统是计算机辅助设计技术的物质基础; 软件系统是计算机辅助设计技术的核心, 它决定了系统所具有的功能。22 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。3二维CAD的缺点 二维CAD与三维CAD进行比较，显现二维的不足：随着CAD基础理论和应用技术的不断发展，对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到“甩图版”的目的，而是希望CAD系统能从本质上减轻大量简单繁琐的工作量，使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动。由于三维CAD系统具有可视化程度高、形象直观、设计效率高，以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺和制造信息等优势，目前正在逐步取代传统的纯二维CAD系统。 以二维形式表达的工程图是工程技术人员反映其设计思想的语言，工程图中还包含着一些行业约定和简化；同时，由于它通过选择最合理的投影面、剖切位置和剖切方式来表达零件的几何和加工信息，因而具有简单、完整和准确等特点。这种以投影原理为基础的工程图能够表达的零件的复杂性几乎是无限的，人类近二百年来的实践充分证明了工程图表征零件的合理性。此外，也由于经济实力、技术水平和工作习惯等方面的原因，二维图纸不会在短期内全部消亡。以下是对二维CAD系统和三维CAD系统的分析比较： (1)三维CAD系统的核心是产品的三维模型。它所表达的几何体信息越来越完整和准确，能解决“设计”的范围越广。产品的三维模型可以直接通过投影生成二维工程图；三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征，通过赋予零部件一定的物理属性，就可以进行产品结构分析和各种物性计算，并为后续设计制造模块(如数控加工等)应用，使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，就能反映实际产品的构造或加工制造过程，成为实现CAD/CAE/CAPP/CAM集成的基础。 (2)三维CAD系统具有更高级的造型工具，能够构造各种复杂的产品形状，支持产品的装配设计，实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法；三维CAD系统采用的三维特征和参数化功能还可以更加准确地表达设计者的设计意图，使设计过程更加符合设计者的设计习惯和思维方式。 (3)三维造型系统能方便地与CAE系统集成，支持结构分析的前后处理和设计仿真等复杂设计过程，方便地与工艺和辅助制造系统集成，能提供数控加工所需的信息，如NC代码，实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。 (4)三维CAD系统价格相对较贵；需要巨大的信息存储空间，对硬件的要求较高；对用户的知识和操作技巧要求较高，掌握起来比较困难。 可见，三维CAD系统有其自身巨大的优越性，随着计算机软硬件系统的发展，性能价格比的不断提高，这种优越性会越来越明显4三维CAD技术在机械设计中的优点通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点: 4.1 零件设计更加方便 使用三维CAD系统,可以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,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。4.2 装配零件更加直观 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,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。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。4.3 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近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35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。4.4 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CAD CIMS组织生产,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、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,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。5CAD技术在机械设计中的应用5.1 零件与装配图的实体生成 5.1.1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。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,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,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”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。5.1.2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。5.2 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展,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/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。5.3 机械CAE软件的应用机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。6CAD前沿技术与发展趋势6.1 CAD前沿技术6.1.1 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 6.1.2智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 6.1.3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。6.2 CAD 软件的发展趋势新一代软件的发展趋势主要表现在三方面：6.2.1规范化(标准化)规范化(标准化)的趋势应体现在几个方面：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。这里所说的CAD资源主要是指各种标准符号库等。它是各国标准和国家标准规定的，是工程设计中的重要依据。6.2.2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软件应该成为真正的“傻瓜型”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。智能化的结果也使得计算机更有人情味。6.2.3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) 以及MIS(管理信息系统)、PDM(产品数据管理) 、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