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探讨三维CAD技术对机械设计的影响[复制链接]
发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、前言


    文章详细叙述了三维CAD技术概念、有点以及其对机械设计的影响。通过对CAD技术在机械设计中应用的分析,并结合自身实践经验和理论知识,展望了其未来的发展方向。


二、三维CAD技术概念


    三维CAD技术也称之为建模技术。作为CAD技术的核心,三维CAD技术经过了多个发展阶段才逐渐发展成型,它是以三维模型为基础的,只要建造好了三维结构,那么二维模型也是信手捏来的。三维CAD技术主要包括三维转二维、三维造型与三维设计、机构运动分析与仿真、图样档案管理等。完备的三维CAD技术不仅能够满足几何图形的形状与性能要求,而且能够使其各方面的指标都达到一个完美的状态。三维CAD技术符合创造者的设计思维,能够使设计者充分发挥其想象力与创造力。三维CAD技术在机械设计中的运用不仅解决了工程绘图质量与产品设计质量等问题,而且能够使产品的运功仿真、虚拟设计等达到最佳状态。在目前的时代,掌握好三维CAD技术成为了现代机械设计人员的一种基本技能。


三、三维CAD技术对机械设计的影响


    1.打造信息化的制造过程。设计人员可以利用现代信息处理技术实现了数字化的机械设计,同时还可以运用三维CAD实现动感仿真以及虚拟组装,也就是说在产品完工之前甚至加工之前就找到问题,尽早解决问题,这样不仅提高了机械设计的质量和水平,也缩短了设计的时间。目前机械设计已经从以往的绘图发展到如今的虚拟制造、智能设计、三维建模以及CAD/CAE/CAM集成阶段,实现了设计和生产的一体化流程。


    2.营造创新性的设计氛围。相对于传统设计,新型设计依靠三维CAD技术可以在设计阶段根据一些新的科技理念和理论及相关的专家系统,进行设计创新,不仅可以建立多种机构来对比构型,同时由于设计的效果好、立体感强还可以更加激发设计人员的构思,促使设计人员设计出更好的产品。


四、三维CAD技术在机械设计中的优点


    通过实际运用三维CAD系统软件,体会到三维CAD系统软件比二维CAD系统软件具有更高效率、更快速度、更低成本的优势。具体表现在以下几点:
            1.缩短了机械设计周期
    采用三维CAD技术,缩短了机械设计周期近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3~5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。


    2.零件设计更加方便
    使用三维CAD系统软件,可以在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,还可保证新零件与相邻零件的精确配合,避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。比如可以在装配环境中根据箱体的形状及其他的配合要求快速准确地设计出所需要的箱盖来。


    3.修改机械零件非常方便
    零件环境中有查找器,在完成机械零件造型时,资源查找器同时列出了完成该零件的所有命令,点击这些命令就可以很清楚地了解完成该零件的每个步骤,并利用资源查找器中的零件回放把零件造型的全过程通过动画连续地演示出来,使人一目了然。修改零件时,也可以点击资源查找器中相对应的命令来完成,更方便地是在装配环境中也可以进行零件的修改,即点击要修改的零件就可以进入零件环境来完成零件的修改。


    4.在装配环境中装配零件方便直观
    运用不同的装配关系可以把各个机械零件装配起来。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,若装配不正确或发生干涉,查找器即予以显示,同时可对零件的装配进行静干涉的检查,如果发现干涉就可及时对零件等进行修改,以保证设计的正确性。


    5.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,同时采用了CAD设计方法和CIMS组织生产,使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、有限元受力分析等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段较完善,再采用CAD进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。


五、CAD技术在机械设计中的运用


    1.零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类,即线框模型、表面模型和实体模型。在很多的实体建模功能的CAD软件中,存在一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统中就有6种体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。针对一些简单的零部件,可以对其进行结构分析,把它拆分为若干个基本体,再进行三维实体造型,之后对其进行交、并、差等布尔运算,以此来得到实体模型。一些复杂的零件在改造的过程中,其基本体是很难拆分开的,导致最后拆分的基本体较多,最后很难成型。所以,仅有基本体系还无法满足机械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、差等得到所需零件的三维实体造型。


    2.零部件设计检查
    使用三维CAD系统,有利于在原装的机械中设计新的零部件,也可以通过相邻的机械零部件设计新的机械零部件,整个操作简单又快捷。利用CAD三维技术可以让相邻零部件与新的零部件有更好的结合,避免新型机械的设计失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的全过程通过动画连续的演示出来,让工作人员能更好的加深了解。


    3.实体装配图的生成
    在零件实体构造完成后,通过对系统运行中的资料分析,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。


六、三维CAD技术在机械设计的运用趋势


    随着三维CAD技术在机械设计中的不断发展,它也正朝着集成化、规范化与智能化的方向发展。


    1.集成化
    三维CAD技术不是一种孤立的技术,它集成了外围设备、计算机软硬件、网络以及数据库等。与此同时,它又与CAM(计算机辅助制造)、MIS(管理信息系统)、MRP(制造资源管理)等相关系统的集成。随着现代信息技术的飞速发展,三维CAD技术也开始逐渐实现CAD\CAM的集成,这也是今后人们发展的一个重要热点。


    2.规范化
    规范化趋势主要表现在:数据交换格式标准化、数据模型规范化以及CAD资源规范化。三维CAD技术讲工程数据模型与几何数据作为自身系统开发的依据。


    3.智能化
    参数设计与特征造型是三维CAD智能化的重要进步与表现。系统软件不仅为人们提供一种绘画工具进行设计,而且也不再把占有线面数据存储到一起而忽略他们的内在联系。参数设计与特征造型的引进已经成为了软件作为人们好帮手的重要依据。


结束语
    三维CAD技术让机械设计变得更加方便,并且让机械设计变得更加简单。当然,为了让CAD技术更能迎合设计者的需要,我们仍需不断努力。

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