CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用研究

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用研究【大綱】本文聯(lián)合CAD技術(shù)的看法，解析了其在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的作用，并對CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用范圍及其相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行了研究?！疽c(diǎn)詞】CAD技術(shù)；機(jī)械加工；應(yīng)用1.前言跟著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不停發(fā)展，CAD技術(shù)的應(yīng)用范圍還在不停擴(kuò)大，已被應(yīng)用在輔助設(shè)計(jì)與繪圖、產(chǎn)品設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、工程解析與構(gòu)造優(yōu)化、模具設(shè)計(jì)與制作以及逆向變換設(shè)計(jì)等多個(gè)方面[1]。CAD技術(shù)在提高產(chǎn)質(zhì)量量的同時(shí)，也大幅提高了企業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率，成為機(jī)械制造企業(yè)提高市場競爭力的重要手段。所以，進(jìn)行CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用研究，對提高我國機(jī)械制造水平，促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)迅速發(fā)展擁有十分重要的意義。2.CAD技術(shù)的看法CAD（ComputerAidedDesign）技術(shù)，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，是指利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、輔助工程解析及技術(shù)文檔編制等應(yīng)用技術(shù)的總稱。CAD技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)方法為一體的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，其出生于20世紀(jì)50年月，并跟著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展不停發(fā)展改革。CAD技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、航天、機(jī)械、化工、電子以及建筑等多個(gè)領(lǐng)域，用來解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本及周期等方面的相關(guān)問題，大幅提高了這些行業(yè)的生產(chǎn)效率。CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工方式的偏差大、效率低等問題，使其產(chǎn)品在生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量上都實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代。所以，CAD技術(shù)已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中一個(gè)重要構(gòu)成部分。3.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用主要有以下幾個(gè)方面：1）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)字化。采納CAD技術(shù)，可以經(jīng)過計(jì)算機(jī)的二維圖形繪制、三維實(shí)體建模，人機(jī)交互和機(jī)械模擬仿真等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化。經(jīng)過對產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)，可以檢驗(yàn)零件設(shè)計(jì)形狀和地點(diǎn)，充分保證零件間的精確聯(lián)合，大大降低設(shè)計(jì)偏差。利用建模組合及模擬仿真，還可以提早檢驗(yàn)機(jī)械零件的裝置問題。利用數(shù)字化的零件可以透視到零零件的內(nèi)部，觀察零件的裝置關(guān)系，檢驗(yàn)各部件能否已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，迅速找出裝置中可能發(fā)生的問題，大幅降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)報(bào)廢率。2）縮短設(shè)計(jì)周期。在機(jī)械產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，假如對某零件尺寸進(jìn)行更正，需要重新將全部零件般配為新的尺寸，從而以致整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的改型。而借助CAD技術(shù)可以大幅縮短這個(gè)過程，比方，將某零件的尺寸從150mm改為300mm，僅需要在機(jī)械設(shè)計(jì)軟件上改變尺寸，其余相關(guān)零件也會(huì)相應(yīng)自動(dòng)調(diào)整尺寸。所以，CAD技術(shù)可以將機(jī)械設(shè)計(jì)效率提高3～5倍，大幅縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期。3）提高產(chǎn)質(zhì)量量和質(zhì)量。借助CAD技術(shù)，可以采納圖形優(yōu)化、有限元受力解析等技術(shù)手段對機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行構(gòu)造優(yōu)化，并將機(jī)械制造技術(shù)與信息技術(shù)訂交融，在生產(chǎn)過程中引入了與CAD設(shè)計(jì)方法相聯(lián)合的CIMS組織生產(chǎn)方式，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量和質(zhì)量。4）激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械產(chǎn)品的更正困難且成本過高，以致機(jī)械產(chǎn)品多是慣例設(shè)計(jì)，而創(chuàng)新類產(chǎn)品較少，嚴(yán)重限制了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新。而借助CAD技術(shù)，可以在慣例設(shè)計(jì)數(shù)字模型上英勇試試新理論和新技術(shù)，設(shè)計(jì)出傳神的創(chuàng)新產(chǎn)品，充分激發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新靈感，帶來嶄新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。4.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的應(yīng)用（1）機(jī)械設(shè)計(jì)和輔助繪圖。用于機(jī)械設(shè)計(jì)的三維CAD系統(tǒng)擁有十分強(qiáng)盛的設(shè)計(jì)功能，可以經(jīng)過其重構(gòu)功能迅速得到一種嶄新的設(shè)計(jì)，也可以在特定的裝置環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，即利用相鄰零件的形狀及地點(diǎn)設(shè)計(jì)新零件，既方便、快捷，又防范了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件可能以致的裝置失敗，大大提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，并增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，手工繪圖的工作量特別大，并且正確性和雅觀性不高。利用CAD軟件自帶的豐富圖形庫與功能齊備的繪圖命令，可以很簡單地繪制出高質(zhì)量的機(jī)械工程圖，大大減少了繪圖人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。計(jì)算機(jī)輔助繪圖大幅提高了機(jī)械制圖的質(zhì)量和效率。（2）零件與裝置圖建模。三維CAD系統(tǒng)有線框模型、表面模型和實(shí)體模型三種建模形式，可用于機(jī)械產(chǎn)品零件和裝置圖的實(shí)體建模。利用CAD軟件中的基本系統(tǒng)和布爾運(yùn)算，可以完成簡單構(gòu)造零件的三維實(shí)體建模。而對于構(gòu)造復(fù)雜的零件，可先用二維幾何元素構(gòu)造大體形狀，再對其進(jìn)行拉伸或旋轉(zhuǎn)等操作實(shí)現(xiàn)造型，最后經(jīng)過計(jì)算獲取三維實(shí)體模型。當(dāng)機(jī)械產(chǎn)品零件的實(shí)體建模完成后，設(shè)計(jì)人員就可以經(jīng)過CAD軟件的三維編寫功能對零件模型進(jìn)行“裝置”，整合出機(jī)械裝置圖。3）設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。利用CAD系統(tǒng)軟件的零件回放功能，可以經(jīng)過動(dòng)畫播放的形式，清楚直觀地演示機(jī)械產(chǎn)品的零零件裝置狀況。在發(fā)現(xiàn)零零件構(gòu)造或功能上的不合理之處后，可以利用資源查找器對整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品中的某一個(gè)零件進(jìn)行更正，防范零件錯(cuò)誤以致整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的裝置失敗。在進(jìn)行新機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，這類零零件設(shè)計(jì)的自動(dòng)化檢驗(yàn)方法，可以大幅提高機(jī)械零零件之間的適配正確性，防范新產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，從而保證了設(shè)計(jì)的可行性，并且提高了設(shè)計(jì)效率。4）工程解析與構(gòu)造優(yōu)化。對機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)性能解析和構(gòu)造優(yōu)化，是機(jī)械設(shè)計(jì)和加工過程中必不行少的環(huán)節(jié)。跟著有限元解析和動(dòng)力學(xué)解析等現(xiàn)代解析方法的發(fā)展，CAD技術(shù)在工程解析和構(gòu)造優(yōu)化功能上獲取了充分拓展。很多CAD軟件已具備了與ANSYS等有限元解析軟件的接口，設(shè)計(jì)人員可直接將產(chǎn)品的三維實(shí)體模型導(dǎo)入至有限元解析軟件中，對產(chǎn)品模型進(jìn)行工程解析，并依據(jù)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品構(gòu)造的優(yōu)化。別的，還可以利用機(jī)械CAE軟件，對設(shè)計(jì)的動(dòng)向特征、碰撞問題、運(yùn)動(dòng)特征、構(gòu)造合理性以及資料強(qiáng)度等方面進(jìn)行工程解析與構(gòu)造優(yōu)化。5）模具設(shè)計(jì)與制造。跟著制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的改革，機(jī)械制造加工已從傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)展為加工中心和數(shù)控機(jī)床，模具CAD/CAM技術(shù)及模具激光迅速成型技術(shù)的使用愈來愈廣泛。利用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)體模具時(shí)，要盡量防范內(nèi)腔、凹、凸模及增強(qiáng)助等潛伏攪亂要素，先繪制出數(shù)控刀具的路徑，再檢查加工過程的可行性。要特別注意的是，在設(shè)計(jì)沖壓零件表面時(shí)，一定使用專用的曲面設(shè)計(jì)軟件，只有這樣才能保證沖壓零件表面和模具表面的一致。6）逆向變換設(shè)計(jì)。借助CAD技術(shù)，可以經(jīng)過多種方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的逆向變換設(shè)計(jì)。可經(jīng)過CAD制圖軟件的坐標(biāo)丈量方法，將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)樘摷倌Ｐ停灰部梢岳脭?shù)據(jù)繪制網(wǎng)格對點(diǎn)進(jìn)行模擬，從而獲取連續(xù)曲面，再經(jīng)過對曲面的修復(fù)得到實(shí)物模型，或利用SCAN-TOOLS技術(shù)對生成的曲面進(jìn)行裁剪、延伸等操作，將曲面變換為實(shí)體；還可以利用相關(guān)軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)來完成模型重修。5.結(jié)束語CAD技術(shù)已經(jīng)給機(jī)械設(shè)計(jì)和加工行業(yè)帶來了一次技術(shù)革命，推進(jìn)機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。跟著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不停發(fā)展，CAD技術(shù)還將不停改革和更加完美，向著系統(tǒng)集成化和智能化方向發(fā)展，為機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)提供更強(qiáng)有力支持