基于NX的某水轮机主轴密封的规范化设计毕业论文.doc

本科毕业设计（论文）基于NX的某水轮机主轴密封的规范化设计摘要水轮机是水轮发电成套设备的主机，它与水轮发电机、电站控制设备、励磁系统和调速器配套使用，组成水力发电站的主体。主轴密封则是水轮机关键部件之一，是水轮机的一项重要保护措施。它装在水导轴承下方,作用是防止压力水从主轴和顶盖之间渗漏入机坑内,淹没水导轴承,破坏水导轴承的工作，影响机组的运行。作为水轮机的关键部件之一，主轴密封的性能优劣，直接关系到机组的检修周期和运行安全。近年来，随着CAD/CAE/CAM技术的不断发展，以及其在产品设计行业中的普及应用，产品设计与制造领域正发生着一场深刻的技术革命，传统的二维设计正逐步被基于产品三维数字化定义的数字化设计制造方式所取代。在这场技术革命中，逐步掌握三维CAD/CAE/CAM软件的使用，并用于产品的数字化设计与制造是其中的关键。总结实际生产制造的经验，不难发现要保证产品的质量，就必须从产品的设计开始保证其高质量。显然，过去那种被动的质量管理办法已经不合时宜，而应该从产品的设计工作入手。 “规范化设计”的概念便应运而生：以一定标准化的设计统一整个设计工作中的共性部分，设定统一的标准，明确限定设计工作中的设计步骤，用可行的方案统一整个设计工作。本次设计的模拟工作环境是一个设计团队协助共同设计某款水轮机，本次设计的主要工作是主轴密封的规范化设计。首先，根据设计图纸的要求，采用规范化的标准建立各个零部件的三维模型。之后，利用NX软件提供的用于装配设计的装配模块，将这些零部件组装成完整的主轴密封三维模型。同时，还利用了NX软件强大的工程制图功能，根据关联性来创建各零部件实体模型的工程图。利用规范化设计的特点，就有可能实现由少量高水平的设计人员指导大量的设计新手来完成的大型工程项目设计的高质量。这在我们当前高水平设计与质量管理人员较缺乏，而新参加设计的成员又逐年增多的情况下，是具有重要意义的。关键词：水轮机 主轴密封 UG NX 规范化设计 AbstractWater turbine is the host of the power generation equipment. It is supporting the use of the hydrogenerating,power control equipment, excitation system and speed governor,which make up the main component of the hydro power station. Shaft seal is the key component of a water turbine ,also an important safeguard for water turbine. Its installed in the bottom of the water pilot bearing,the role of which is to prevent the pressure water from leaking into the turbine pit between the main shaft and capping , submerging the water pilot bearing and then damage its work,so that influence the operation of power generation . As a key component of the water turbine, the performance of the shaft seal concerns the maintenance cycle and operation security of the unit directly.In recent years, with the development of CAD / CAE / CAM technology, as well as the popularity and application in the industry of product design,the field of product design and manufacturing is undergoing a profound technological revolution.The traditional two-dimensional design is replaced by the digital design and manufacturing methods,of which definition is based on three-dimensional digital gradually. In this technological revolution, the key is to master the appilication of three-dimensional CAD / CAE / CAM software, and then use in the product design and manufacture for digital. To summarize the experience of actual production, we can easily find that to ensure the quality of products, we must ensure the quality start from designing products. Obviously, the passive measures for quality control of the past is outdated, but should start from the work of product design. So there is a standardization design concept come up: to unify the common parts of the design work in a certain uniform standard , and set uniform standards, as well as set the steps of the design work clearly. Unify the entire design with the possible program.The simulation background of the project is to co-design a water turbine with a team. The main work of design is the mission of designing the shaft seal. Firstly, according to the requirements of design drawings, using standardized criteria to establish the three-dimensional model of the various parts.Then , use the assembly module of NX software for assembly design, assemble these parts into a complete three-dimensional model of the shaft seal. Meanwhile, also use the powerful engineering drawing function of the NX software to create drawings of the solid model of the various components according to the relevance. Using the features of standardized design, it is possible to achieve the high quality of large engineering projects by that a small number of high-level designers guiding numbers of novice staff to complete the design work. It is of great significance in the case of that the new members involved in the design of the case has increased year by year while there is a lack of high-level designers and quality managements. Key words: water turbine shaft seal UG NX standardized design 第1章 绪论11.1 课题研究背景概述11.1.1 水轮机发展综述11.1.2 主轴密封与水轮机31.2 基于NX的产品规范化设计综述41.3 本课题研究的内容及方法7第2章 CAD的发展与NX软件介绍82.1 CAD的产生以及发展史82.2 CAD技术发展趋势92.3 NX软件介绍102.3.1 UG NX7.0简介102.3.2 NX软件的特点11第3章 主轴密封的结构分析133.1 主轴密封结构与工作原理133.2 主轴密封主要零部件143.3 标准件17第4章 主轴密封零部件的三维建模184.1 主要零部件的建模184.1.1 导流锥184.1.2封盖224.1.3集水盆254.1.4压盖284.1.5空气围带334.1.6 密封环座364.1.7 导向杆434.1.8 橡胶活塞环444.1.9 导流板464.1.10 橡皮条1和橡皮条2484.2 标准件的建模484.2.1垫圈484.2.2沉头螺钉494.2.3 螺栓504.2.4 螺母53第5章 主轴密封的装配565.1 装配方法概述565.2 主轴密封装配设计过程56第6章 工程图设计766.1 工程制图基本知识766.2 工程图制图77总结84致谢86参考文献87第1章 绪论1.1 课题研究背景概述1.1.1 水轮机发展综述A water turbine is a rotary engine that takes energy from moving water .水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。其工作原理是：位于高处具有势能的水，Flowing water is directed on to the blades of a turbine runner, creating a force on the blades.通过引流装置被输送到水轮机转轮叶片处，对叶片产生一个作用力，从而带动转子旋转。 Since the runner is spinning, the force acts through a distance (force acting through a distance is the definition of work ).由于转子在旋转时，作用力在力的方向上作用了一段距离，即水带动转子做功，In this way, energy is transferred from the water flow to the turbine这样，水流的势能转化为水轮机的动能。 The word turbine was introduced by the French engineer Claude Bourdin in the early 19th century and is derived from the Latin word for whirling or a vortex.涡轮这个词最早是由法国工程师克劳德.伯丁在19世纪初提出的，是从拉丁语中的“旋转”和“涡流”演变而来。 The main difference between early water turbines and water wheels is a swirl component of the water which passes energy to a spinning rotor.早期的水轮机及水车的主要区别在于将流水的能量传递给自转转子的涡旋组件，This additional component of motion allowed the turbine to be smaller than a water wheel of the same power.这个附加的运动组件使涡轮机比同等功率的水车小，且其拥有的They could process more water by spinning faster and could harness much greater heads.更快的旋转速度和可控的更大的水头，使其能够通过更大的流水量。后来，人们还发明了无需采用涡旋的脉冲涡轮机。 Water turbines were developed in the 19th century and were widely used for industrial power prior to electrical grids .水涡轮早在19世纪就发已经明了，且在电力之前被广泛地用作工业能源。 Now they are mostly used for electric power generation.现在，他们大多用于电力发电。 They harness a clean and renewable energy source.他们是难得的清洁而可再生能源的来源。事实上，水轮机被用作工业能源已经有逾千年的历史。 Their main shortcoming is size, which limits the flow rate and head that can be harnessed.他们的主要缺点在于尺寸过大，从而限制了流量和可控的水头。 The migration from water wheels to modern turbines took about one hundred years.从水车发展到现代的水轮机经历了大约一百年的时间。Development occurred during the Industrial revolution , using scientific principles and methods.到了工业革命时期，科学家们利用科学的原理和方法，才使水轮机得以发展。当时，科学家们还广泛地提出了对新材料和当时发达的制造方法的使用。The earliest known water turbines date to the Roman Empire . Two helix-turbine mill sites of almost identical design were found at Chemtou and Testour , modern-day Tunisia , dating to the late 3rd or early 4th century AD.已知最早的水轮机可追溯至罗马帝国 。在突尼斯，人们挖掘出了几乎相同设计的双螺旋涡轮磨坊遗址，这可追溯至公元3世纪晚期或公元4世纪初期。 The horizontal water wheel with angled blades was installed at the bottom of a water-filled, circular shaft.在充满水的圆轴的底部，安装有一个附有角度的叶片的水平水轮。 从磨坊工厂出来的水切线进入深坑中，形成一个旋转水柱，这使得完全淹没于水中的水轮像一个真正的涡轮一样运作。1Jn Andrej Segner developed a reactive water turbine in the mid-18th century.118世纪中期，杨安德列塞格内尔研发了一种反作用力水轮机。 It had a horizontal axis and was a precursor to modern water turbines.它拥有一个水平轴，是现代水轮机的前身。 It is a very simple machine that is still produced today for use in small hydro sites.这是一个非常简单的机器，甚至直到今日依然被用于小型的水电站。 Segner worked with Euler on some of the early mathematical theories of turbine design. In 1820, Jean-Victor Poncelet developed an inward-flow turbine.内向式水轮机由让维克多.蓬斯莱于1820年研发。后来詹姆斯B弗朗西斯改进了这种水轮机，使其效率超过了90。 He also conducted sophisticated tests and developed engineering methods for water turbine design.他还进行了复杂的测试，并且开发了水轮机的工程设计方法。 The Francis turbine , named for him, is the first modern water turbine.佛兰西斯水轮机（混流式水轮机 ）就是以他的名字命名的，这是第一种现代水轮机。 It is still the most widely used water turbine in the world today.它仍然是当今世界使用最广泛的水轮机。 The Francis turbine is also called a radial flow turbine, since water flows from the outer circumference towards the centre of runner.混流式水轮机的也称为径流式水轮机，因为水从中外周向转轮中心流动。 Inward flow water turbines have a better mechanical arrangement and all modern reaction water turbines are of this design.内向式水涡轮机有更好的机械配置，所有现代化的水轮机都是这种设计。 As the water swirls inward, it accelerates, and transfers energy to the runner.由于水旋涡向内，它的转速更快，将能量传递给转子。 水通过涡轮桨叶后失去能量，Water pressure decreases to atmospheric, or in some cases subatmospheric, as the water passes through the turbine blades and loses energy.水压下降到一个大气压，或在某些情况下达到负压。 In 1826, Benoit Fourneyron developed an outward-flow turbine. 1826年， 伯诺伊特发明了外向型式水轮机。 This was an efficient machine (80%) that sent water through a runner with blades curved in one dimension.这是一个高效率的机器（可达80），水流以一维曲线运动通过一个带有桨叶的转轮。 The stationary outlet also had curved guides.固定式排放管也拥有一个弯曲的导流管。后来In 1844, Uriah A. Boyden developed an outward flow turbine that improved on the performance of the Fourneyron turbine.乌利亚答博伊登改进了伯诺伊特的涡轮机性能，发明了外流涡轮机。 Its runner shape was similar to that of a Francis turbine .它的转轮形状类似于混流式水轮机 。 到19世纪晚期，All common water machines until the late 19th century (including water wheels) were basically reaction machines; water pressure head acted on the machine and produced work.所有常见的水利机械（包括水车），基本上都是反作用力机械，水的压力头作用于工作机器，带动生产。反作用力式A reaction turbine needs to fully contain the water during energy transfer.涡轮在转换水能的时候需要完全载满水。 In 1866, California millwright Samuel Knight invented a machine that took the impulse system to a new level. 2 3 Inspired by the high pressure jet systems used in hydraulic mining in the gold fields, Knight developed a bucketed wheel which captured the energy of a free jet, which had converted a high head (hundreds of vertical feet in a pipe or penstock ) of water to kinetic energy. 1866年，加州的技师塞缪尔.奈特发明了一种将动力系统提升到一个新水平的机器。受黄金开采的高压喷射系统的启发，奈特发明了斗叶水轮以捕获自由射流的能量，它有很高的水头（数百英尺的垂直管道或压力钢管）以转换水的动能。 This is called an impulse or tangential turbine.这就是所谓的冲力或切向涡轮机。 The waters velocity, roughly twice the velocity of the bucket periphery, does a u-turn in the bucket and drops out of the runner at low velocity.水的速度是斗叶外围速度的大约两倍，并在斗叶部U型转弯，并被以低速甩出转子。 In 1879, Lester Pelton (1829-1908) , experimenting with a Knight Wheel, developed a double bucket design , which exhausted the water to the side, eliminating some energy loss of the Knight wheel which exhausted some water back against the center of the wheel. 1879年， 莱斯特.皮尔顿（1829至1908年）用奈特水轮做实验，发明了双斗叶设计 ，它对水流极尽其用，将水重新排入水轮中心，以消除奈特水轮的能量损失。In about 1895, William Doble improved on Peltons half-cylindrical bucket form with an elliptical bucket that included a cut in it to allow the jet a cleaner bucket entry.大约在1895年，威廉.多布尔用椭圆斗叶改进了佩尔顿的半圆柱形斗叶，其中包括一个使喷射装置拥有更简洁的斗叶入口的削减设计。 This is the modern form of the Pelton turbine which today achieves up to 92% efficiency.这是冲击式水轮机的现代雏形，如今已经可以实现高达92效率。 皮尔顿一直是他自己的设计的有效的投资者，以致多尔布收购了皮尔顿的公司后，并没有将公司名称改为多尔布，因为皮尔顿这个商标已经具有很高的品牌知名度。Pelton had been quite an effective promoter of his design and although Doble took over the Pelton company he did not change the name to Doble because it had brand name recognition.Turgo and Crossflow turbines were later impulse designs. 斜击式和横流涡轮机是后来发明的冲击力式设计。 Around 1913, Viktor Kaplan created the Kaplan turbine , a propeller-type machine.大约在1913年， 维克托卡普兰创造了轴流式水轮机 ，这种水轮机属于螺旋桨型机。 It was an evolution of the Francis turbine but revolutionized the ability to develop low-head hydro sites.这是对混流式水轮机的一次改革，从而彻底改变了发展低水头水电站的能力。 在我国，目前国内拥有5台高水头实验台，最早的实验室筹建于1958年，由哈尔滨大学电机研究所筹建。哈尔滨大电机研究所曾和加拿大通用电气公司DEW、挪威特隆海姆工学院SINTEF研究所和日立公司进行过科研合作和模型复试工作，以验证高水头试验台与国外试验台之间的测试精度，并学习国外模型水轮机的设计制造、安装调试等技术。除此之外，水科研究机电所也曾和加拿大通用电气公司DEW合作，进行了对三峡水轮机和四、五、六叶片轴流式水轮机的模型实验。通过近几年来的前期工作和对外合作，目前国内的水轮机主要生产厂家都掌握了一批性能优秀的模型水轮机。目前目前 1.1.2 主轴密封与水轮机水轮机是水轮发电成套设备的主机，它与水轮发电机、电站控制设备、励磁系统和调速器配套使用，组成水力发电站的主体。 水轮机一般是根据水的流量和水头大小进行设计和制造的，作用是将水能转变为机械功，从而带动水轮发电机发电。水轮机的本体由转轮、座环、蜗壳和主轴组成。除此以外，根据型号的不同，还配有附属装置和部件。不同型式的水轮机，其结构和适用范围不甚相同，一般视需要选择，以取得较高的经济效益。按能量方式转换的不同，水轮机可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。其中，反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种；而冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。主轴密封是水轮机关键部件之一，是水轮机的一项重要保护措施，它装在水导轴承的下面,以防止压力水从主轴和顶盖(或支持盖)之间渗漏机坑内,淹没水导轴承,破坏水导轴承的工作,影响机组的运行。主轴密封可分为螺旋密封、平板密封、端面密封和滑动架密封等。图1.1 混流式机组示意图按水轮机主轴密封的工作性质可以分为检修密封和工作密封。 检修密封。检修密封是水轮机检修时候工作的一种密封,它是在停机或检修水轮机工作密封和水导轴承时需要的一种轴承密封,它防止在尾水位较高时倒灌进入机坑内。检修密封按其结构型式可以分为空气围带式、机械式和抬机式检修密封。但在实际中大多数运用空气围带检修密封。它主要由固定环和橡胶空气围带组成,在工作时,向空气围带充入0.40.7Mpa的空气压力,使空气围带橡皮膨胀,报紧主轴,防止水进入；当开机时,将空气围带里的压缩气体排除,使其收缩,让空气围带与主轴之间保持1.52mm的间隙。作为水轮水轮机的关键部件之一，主轴密封的性能优劣，直接关系到机组的检修周期和运行安全，从而关系到电站经济效益和水轮机制造厂的质量信誉。1.2 基于NX的产品规范化设计综述在实际生产制造过程中，产品质量如果要得到保证，特别是要保持稳定的高质量，就必须从产品的设计开始保证其高质量。为此，我们应该摒弃过去那种被动的质量管理办法，从产品设计工作的特点入手分析。通过对一些工程或产品设计工作内容的仔细分析，我们发现就其设计的性质来看，一般设计的内容基本上可分作“一般性设计”和“核心设计”两部分。所谓“一般性设计”，就是整个产品设计过程中最基本，贯穿整个设计过程全阶段的那部分，这部分设计工作所涉及到的知识面很广，工作量相对来说也比较大。由于这部分工作严重关系到每个设计者的设计素质、经验以及设计人员对设计标准的掌握程度，因此其工作质量一般难以得到严格的控制。“核心设计”可以理解为整个设计工作的核心部分，它又可以分解为“重复性设计”和“创新性设计”两部分。“重复性设计”指这部分设计内容并不需要由设计人员自己创造，而可以有选择性的借鉴、参考已有的设计。如此，我们可以认为“核心设计”工作中，必然存在一些已由别人解决的技术问题，或者是存在可直接参考使用的现成设计方案和数据。而所谓“创新性设计”，这部分设计内容并无现成可参考、借鉴的东西，而需要设计者对设计提出全新的解决办法，这是设计工作中的技术关键所在。由此看来，设计工作的质量管理，必须有针对性地分别对三部分内容制造有效的对策以达到质量管理的目的。基于以上分析，我们于是提出了“规范化设计”的概念。规范化设计针对 “一般性设计”这部分具有共性特点的工作，尽可能全面地明确产品设计的标准规范，以法定、合理的设计规范来取代经验设计，并严格管理规范的内容和执行效果，牢牢控制好设计质量。由于“一般性设计”是整个设计工作中最繁琐、最易忽略的内容，而它恰恰又是设计工作中最基本、对质量影响最大的部分，因此其质量的控制也必然是最主要、最基本的内容。正是采用了规范化设计，大大减少了“一般性设计”的复杂性，使我们的设计者在设计标准上有规范可依，节省了大量冗余的设计工作，减少了工作量，因而有更多的精力投入到“创新性设计”中来，进一步保证了“创新性设计”的质量。为了贯彻高质量的设计决定高质量的产品的思想，就必须把产品的高质量“设计进去”，最基本、最有效的方法就是实现可靠性设计和标准化设计。正如之前所述，以一定标准化地设计统一整个设计工作中的共性部分，让“规范化设计”成为全部工作的“设计语言”，设定统一的图样标准，最简单有效的设计途径，明确限定设计工作中的设计步骤，减少设计人员面对“一般性设计”时各人迥异的设计手法，用统一可行的方案予以替代。为了严格技术把关，规范还应规定出图纸资料的审校制度和标准，同时规范还可为设计者提供相关的一些经验设计参数等等，这些都是标准化设计的内容。可见，设计规范其实就是以标准化设计为主要内容，并利用它将设计的标准和水平控制在预定的水准上。如此，既对于规范化设计所包含的内容可达到一致、快速的管理，也可直观地掌握设计的质量甚至产品的质量。在规范化设计法中，设计规范本身的质量水平对设计起着极为重要的作用，具体来说，设计规范应具有很强的技术设计要求和特点。因此，它的编制，应以工程总体设计人员为主体。除此之外，如果我们对现行通用的或专用的设计要求与标准进一步精选、加工，再结合本身的设计内容的实际特点，就可编制出针对我们的设计工作的设计要求、设计手册、标准化规定以及总体设计文件等形式的设计规范文件。其特点就是具有很强的针对性，且简单明了，又切实可行，即是对设计提供严格的要求的标准，又能成为设计者工作时最为方便地设计工具。从某个角度看，设计规范是将少数高水平的设计方法和经验，整理加工成在整个工程“设计面”上进行指导设计的规范。这就体现了规范化设计法通过规范的制定和执行，将工程中“点”的高质量设计推广到全工程的设计“面”，从而达到全部高设计水平的目的。随着信息技术在各领域的迅速渗透，CAD/CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用，从根本上改变了传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的变革、发展新型技术、促进经济增长都具有十分重要的意义。作为目前应用最为广泛的CAD/CAM/CAE软件，UG NX已然成为产品设计的一大应用工具，正是基于这种不可逆转的发展状况，规范化设计也必然要应用到基于NX软件的产品设计工作的整个过程中去。然而现状是，要完全掌握这款功能强大的软件需要有较长时间的学习与实践，方可能在设计过程中做到轻车熟路，否则不仅延缓了设计工作的进度，甚至可能由于缺乏对NX软件的熟练应用而降低设计质量。另一个难以回避的问题是，大多数设计工作难以为新手提供足够的时间，可以说工程本身就是时间紧迫，而较大的工作量又不得不招募适当人数的设计者加入，这种矛盾的局面在采取规范化设计方案后基本就能迎刃而解。利用规范化设计的特点，就有可能实现由少量高水平的设计人员指导大量的设计新手来完成的大型工程项目设计的高质量。这在我们当前高水平设计与质量管理人员较缺乏，而新参加设计的成员又逐年增多的情况下，是具有重要意义的。1.3 本课题研究的内容及方法本次毕业设计，是以模拟一个设计团队协助共同设计某款水轮机为工作环境，由本人来负责该款水轮机其中的主轴密封的规范化设计。假设情形是团队中其他队员已经完成了该水轮机的包括导水机构、主轴等的设计，本人则依据这些已设计完成部件，以规范化、标准化为设计要求，运用三维CAD/CAE/CAM软件为设计工具，完成该主轴密封的开发设计。本次设计所应用到的三维CAD/CAE/CAM软件为UG NX（也称SIEMENS NX）。首先，根据设计图纸的要求，绘制主轴密封的二维草图，并为零件草图添加设计要求的尺寸约束与几何约束。而后根据草图，运用适当的特征建模工具，创建实体模型。当零件三维模型设计好了之后，利用NX软件提供的用于装配设计的装配模块，将零部件通过配对条件在产品各零部件之间建立合理的约束关系，确定相互之间的位置关系和连接关系等，将这些零部件组装成完整的主轴密封三维模型。同时，为了清晰表达模型在加工时需要达到的尺寸加工精度和粗糙度等相关加工信息，还利用了NX软件强大的工程制图功能，根据关联性来创建各零部件实体模型的工程图。本次主轴密封的规范化设计是在NX的CAD模块下完成的。由于此次运用到的CAD/CAE/CAM软件是本人不十分熟悉的UG NX7.0，对其的应用未能十分娴熟，何况这是本人第一次接触到水轮机，第一次接触到水轮机主轴密封，在这种情况下需本人独立完成对主轴密封的规范化设计，工作量偏大，时间也并不十分充裕，种种原因导致本人此次的设计可能存在不足之处，例如某些产品组件建模手法略显生疏，所谓产品设计的规范化也可能存在一定的不严谨之处。虽然如此，这整个设计过程中本人却是极尽全力，全部独立完成，尽管存在美中不足，却也基本达到了此次设计的各种要求，设计也达到了一定程度的标准化，整个设计过程也完全贯彻了规范化的设计理念。第2章 CAD的发展与NX软件介绍 计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。2.1 CAD的产生以及发展史到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。 第一次CAD技术革命曲面造型系统， 在60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。进入70年代，只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。随着计算机的发展，当三维曲面造型系统出现时，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。促使了第一次CAD技术革命的发生 第二次CAD技术革命实体造型技术， 从70年代末到80年代初，随着计算机技术的前进，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓，1979年世界上出现了第一个完全基于实体造型技术的大型CAD软件I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向。 第三次CAD技术革命 参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时CAD技术研究又有重大进展。80年代中期，人们提出参数化实体造型方法。90年代，参数化技术变得成熟起来，充分体现出其在通用件、零部件设计上的简便易行的优势。 第四次CAD技术革命变量化技术，由于计算机技术的不断成熟，使现在的CAD技术和系统都具良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计程度，出现了智能CAD新学科。智能CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体。在CAD发展史中我们可以看到其技术一直于不断的发展与探索中，促使了CAD技术的繁荣。 目前CAD技术仍在不断发展，未来的CAD技术将为新产品设计提供一个综合性的环境支持系统，它能全面支持异地的，数字化的，采用不同的设计哲理与方法来设计工作。CAD系统既可以按系统的功能分类，也可以按系统中使用的计算机的性能和类型分类。目前，CAD 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。2.2 CAD技术发展趋势CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用，并已成为企业的现实生产力。围绕企业创新设计能力的提高和网络计算环境的普及，CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放性、集成化、智能化四方面。1.标准化 除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准构件（零部件库）、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容，且向着合理化工程设计的应用方向发展。CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台上，为了支持异构跨平台的环境，就要求它是一个开放的系统，这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。目前标准有两个大类：一是公用标准，主要来自国家或国际标准制定单位；另一是市场标准，或行业标准，属私有性质。前者注重标准的开放性和采用技术的先进性，而后者以市场为向导，注重考虑从有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无谓的标准战。2.开放性 CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口98/NT和UNIX平台上，在Java LINUX平台上也有CAD产品，此外Cad系统都为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的CAD系统。3.集成化 CAD技术的集成化体现在三个层次上：其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案，推动企业信息化进程。目前创新设计能力(CAD)与现代企业管理能力（ERP、PDM）的集成，已成为企业信息化的重点；其二是将CAD技术能采用的算法，甚至功能模块或系统，做成专用芯片，以提高CAD系统的效率；其三是CAD基于网络环境实现异地、异构系统在企业间的集成。应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。4.智能化 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。从人类认识和思维模型来看，现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动（包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式）往往是束手无策的。因此，智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更要深入研究人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生搞笑的CAD系统，而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。2.3 NX软件介绍2.3.1 UG NX7.0简介Unigraphics简称UG，是一个由西门子UGS PLM软件开发，集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。UGS NX支持产品开发的整个过程，从概念（CAID），到设计（CAD），到分析（CAE），到制造（CAM）的完整流程。它的内容博大精深，涉及到平面工程制图、三维造型（CAD）、装配、制造加工（CAM）、逆向工程、工业造型设计、