机械专业前沿讲座论文.pdf

本文由t i a n h o n g j u n x i 贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 专业前沿讲座 姓 专 年 学 名 田洪军 业 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 级 号 2007 级 3120070803013 19 专业前沿讲座 技术在机械设计中的 在机械设计中的应 CAD 技术在机械设计中的应用 2007 级机械设计制造及其自动化 3 班 田洪军 摘要 摘要 CAD 的出现 使得工程设计人员从繁重的手工绘图中解放出来 把更多的精力和时间投入到产品 的开发中去 利用计算机绘图软件进行工程设计 可 以显著缩短企业产品生产和设计周期 节省人力 物 力 财力 提高工作效率以及设 计质量 目前 CAD 主要限于分析 计算和绘图功能 是设计后期的重要 工作 如 何构思设计本身 向设计的前沿渗透是 CAD 发展方向之一 目前 CAD 软件也比 较多 有 Au t o CAD UG CAXA PROE 等 大多数的软件都是触类旁通的 其实只要 学精一种设计软件就足够了 现在相关 的机械行业以及服装等行业 都选择了某些设 计软件作为自己公司的基础软件 CAD 的运用已经融入到了 我们的生活的方方面面 在现在这个竞争日益激烈的社会 所以 作为一名优秀的现代机械设计人员 基 本的 CAD 技术也是必备的武器之一 Th e e m e r g e n c e o f CAD m a k e e n g i n e e r i n g d e s i g n p e r s o n n e l f r o m h e a v y m a n u a l d r a w i n g l i b e r a t e t a k e m o r e t i m e a n d e n e r g y i n t o t h e p r o d u c t d e v e l o p m e n t Us i n g c o m p u t e r d r a w i n g s o f t w a r e e n g i n e e r i n g d e s i g n c a n g r e a t l y s h o r t e n t h e e n t e r p r i s e p r o d u c t s p r o d u c t i o n a n d d e s i g n c y c l e s a v e h u m a n m a t e r i a l a n d f i n a n c i a l r e s o u r c e s i m p r o v e w o r k e f f i c i e n c y a n d q u a l i t y o f d e s i g n At p r e s e n t CAD m a i n l y l i m i t e d t o a n a l y s i s c a l c u l a t i o n a n d d r a w i n g f u n c t i o n i t i s d e s i g n l a t e r i m p o r t a n t w o r k Ho w t o d e s i g n i n i t s e l f t o d e s i g n t h e f o r e f r o n t o f p e n e t r a t i o n i s o n e o f CAD d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n At p r e s e n t CAD s o f t w a r e i s m o r e a l s o Au t o CAD UG P ROE CAXA e t c Mo s t o f t h e s o f t w a r e a r e o n e o f i n f a c t a s l o n g a s l e a r n p u r e a d e s i g n s o f t w a r e i s e n o u g h No w r e l a t e d m a c h i n e r y i n d u s t r y a n d g a r m e n t i n d u s t r y a l l c h o s e s o m e d e s i g n s o f t w a r e a s t h e i r c o m p a n i e s b a s e d s o f t w a r e CAD u s e h a s b e e n i n t e g r a t e d i n t o t h e o u r e v e r y a s p e c t o f l i f e In t h i s i n c r e a s i n g l y c o m p e t i t i v e s o c i e t y s o a s a n e x c e l l e n t m o d e r n m e c h a n i c a l d e s i g n p e r s o n n e l b a s i c CAD t e c h n o l o g y i s o n e o f t h e n e c e s s a r y w e a p o n 关键词 关键词 工程设计 绘图功能 构思设计 1 前沿 CAD Co m p u t e r Ai d e d De s i g n 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 产品设计是决定产品命运的研究 是 非常重要的环 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 21 世纪 CAD 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 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 I 专业前沿讲座 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 产品设计是决定产品外形和产品功能 同时也是决定 p a g e 1 产品质量最重要的环节 产品的 设计工作对产品的成本也起到至关重要的作用 随着 计算机的不断发展 CAD 技术即计算 机辅助设计已成为设计人员不可缺少的工具 C AD 技术正从二维 CAD 向三维 CAD 过渡 三维 设计软件具有工程及产品的分析计算 几何建模 仿真与试验 绘制图形 工程数据库的 管理 生成设计文件等功能 三 维 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 产品的设计效率得以迅速提高 我国 CAD 技术 的研究 开发和推广 已取得较大进展 产品设计已全面完成二维 CAD 技术的普及 结束了 手工绘图的历 史 对减轻人工劳动强度 提高经济效益起到了明显的作用 有相当一部分 CAD 应用 较早的企业已完成了从二维 CAD 向三维 CAD 转换 并取得了巨大的经济效益和社会 效益 随着市场经济的逐步深入 市场竞争日趋激烈 加强自身的设计能力是提高企 业对 市场变化和小批量 多品种要求的迅速响应能力的关键 2 CAD 技术在机械设计中的应用 零件与装配图的实体生成 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 Au t o CAD 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 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 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 技术等 几乎覆盖了整个现代制造技术 一个完整的 CAD CA M 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 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 技术在机械设计中的特点 3 CAD 技术在机械设计中的特点 II 专业前沿讲座 通过实际应用三维 CAD 系统软件 我体会到三维 CAD 系统软件比二维 CAD 在机 械设计 过程中具有更大的优势 零件的装配 的装配可视化 3 1 使零件的装配可视化 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 零件的设计更容易 3 2 使零件的设计更容易 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 3 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 3 p a g e 2 5 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 提高了 3 4 提高了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 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 CAM 进行机械零件加工 一致性很好 保证了产品的质量 4 CAD 发展方向 4 1 图形交互技术 CAD 软件是产品创新的好工具 容易学习 容易上手 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 4 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 III 专业前沿讲座 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 4 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 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 虚拟制造在工业发达国家 已 得到了不同程度的研究和应用 在这一领域 美国处于 国际研究的前沿 随着我国加 人 WTO 世界著名跨国集团公司入驻中国 使基于网络的远 程虚拟制造技术逐步趋于 成熟 异地设计 远程制造将为整个社会的前