CAD技术在机械设计中作用

1、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CADfe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常州信息职业技术学院毕业设计（论文）报告而设计，而是整体设计整个产

2、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20002 胡建生.AUTO CADgZ用教程M.机械工业出版社，20043 叶丽明.AUTO CADS础及应用M.化学工业出版社，20024 李建勇.机电一体化技术M.科学出版社，20045 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术在机械设计中的

3、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

4、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，弁且 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 CADS计进行比较，突出三 维CADiS计的优势。从而挖掘 CAD5mE机械设计中的作用。最后 阐述了 CA前沿技术与发展趋势！

5、四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容8.1 8.4选题，查找、分析资料8.5 8.6完成开题报告8.7 8.9查找与CAM关资料8.10 8.12介绍CAD勺发展和背景8.13 8.15阐述传统二维设计的弊端8.16 8.18挖掘三维CADS计的优势8.19 8.21三维CA族机械设计中的作用8.22 8.24简述CA前沿和发展趋势8.25 8.26完成初稿，交?旨导老师审阅8.27 8.28完善初稿8.29 8.30完成设计弁定稿，答辩五、指导教师忌见：指导教师签名：年 月 日CAD技术在机械设计中的作用机电一体化机电075沈辉7六、系部意见:系主任签名：年 月 日CAD

6、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61.2 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

7、 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CADi术在我国机械设计中的发展和背景！揭露二维CA皿术的缺点，从而突出三维CA皿术的优势！进而阐述 CA皿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：CA城术；机械设计英文标题Abstract : Modern ma

8、chinery industry from the serious environment, discusses the mechanical design CADtechnology 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 tec

9、hnology and development trend of CAD.Keyword: CAD technology ; Mechanical design0. 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，弁能把产 品的设计过程，通过数据管理，实现系统化和规范化。随着CADi础理论和应用技术的不断发

10、展，对 CA僚统的功能要求也越来越 高。设计人员不再仅仅满足于借助 CA僚统来达到“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：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CA僚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。

11、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弁没有常州信息职业技术学院毕业设计(论文)报告意识到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CA援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CAA生的背景。1.1 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

12、方市场日益强化。1. 2 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。1. 3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

13、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。1. 4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；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 CAD技术在机械设计

14、中的作用机电一体化机电075沈辉9常州信息职业技术学院毕业设计（论文）报告动，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。2. CAD技术系统组成和发展3. 1 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。4. 2 CA鼓术的发展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

15、术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，弁取得 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 , CIM0 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

16、品75%勺成本。目前，CA睬统已由最初的仅 具数值计算和图形处理功能的 CA僚统发展成为结合人工智能技术的智能 CA陈统(ICAD) (Intelligent CAD) 。21 世纪，ICADfe 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

17、计算机的支持，设计效率有了大大地提高。5. 二维CAD勺缺点二维CADf三维CA进行比较，显现二维的不足：随着CADS础理论和应用技术的不断发展，对 CA僚统的功能 要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CA陈统来达到“甩图版”的目的，而是希望CADC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CA睬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 CA原统。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

18、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。止匕外，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 CA原统和三维CAD（统的分析比较：（1）三维CA原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CA原统的模型包含了更多的实际结构特征，通过赋予零部

19、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，弁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CAEt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/CAB成的基础。（2）三维CAD（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CA僚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CA窿统集成，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

20、和辅助制造系统集成，能提供数控加工所需的信息，如 NC弋码，实现CAD/CAE/CAPP/CAM 的集成。（4）三维CAD（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CADC统有其自身巨大的优越性，CAD技术在机械设计中的作用机电一体化机电075沈辉13常州信息职业技术学院毕业设计（论文）报告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6. 三维CA鼓术在机械设计中的优点通过实际应用三维CA睬统软件，笔者体会到三维CADC统软 件比二维CADfc机械设计过程中具有更大的优势 ,具体表现在

21、以下 几点：6.1 零件设计更加方便使用三维CA僚统,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。6.2 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

22、。6.3 缩短了机械设计周期采用三维CA鼓术，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 CA睬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潘。同时， 三维CA僚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。6.4 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CADCIMSS织生产, 机械产品设计有了新发展。三维 CA鼓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

23、,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM行机械零件加工致性很好，保证了产品的质量。7. CADi术在机械设计中的应用7.1 零件与装配图的实体生成7.1.1 零件的实体建模。CAD勺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CA或件 中,都有一些基本体系。如在AutoCAD勺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、弁、 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

24、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、弁、差等得到所 需要零件的三维实体造型。7.1.2 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CADC件的三维编辑功能实现。7.2 模具CAD/CAMI）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

25、，从人工设计和制图到 CAD/CAM/CAE,U造业正向数字化和 计算机化方向发展。同时,模具 CAD/CA技术、模具激光快速成型技术（RPM梏，几乎覆盖了整个现 代制造技术。一个完整的CAD/CA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。7.3 机械CA歆件的应用机械CA窿统的主要功能是：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。CADi术在解 决造型问题后，才能由CAE牟决设计的合理性、强度、刚度、寿命、

26、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。8. CA前沿技术与发展趋势8.1 CAD前沿技术8.1.1 图形交互技术CADC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。止匕外，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。8.1.2 智能CA鼓术CAD/CA陈统应用逐步深入,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/CAMb发展的必然方 向。

27、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。弁具有推理功能,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CA鼓术中,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。8.1.3 虚拟现实技术虚拟现实技术在CA叶已开始应用，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

28、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 制造之前发现弁解决问题,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CA鼓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/

29、CAM/PDM/ERRg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8.2 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:8.2.1 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 CA面源的规范化等。数据模型应采用STE标准体系o随着STE而准体系的逐步完善，它对于几何数据、工程数据模型的思想将作为新一代CA陈统的开发指南。靠以前的一些标准接口已经无法完全满足 CA取据交换的要求。目前，参数化特征模型的传输还是一个世界难题，在STEPS准基础上，相信这一点能有所突破。这里所说的CA面源主要是指各种

30、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。8.2.2 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。CADC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，CADC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、CAP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。8.2.3 集成化集成化是当今CA鼓术发展的又一大趋势。CA鼓术不是孤立 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/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Int