本帖最后由 无锡奇蒙科技 于 2011-3-30 14:03 编辑
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三维CAD技术在机械设计中的应用
% E0 S. N/ C3 l4 ]; c 摘要：随着计算机性能的提高，网络通讯的普及化、信息处理的智能化，CAD三维技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。本文介绍了三维设计手段的优势，指出了三维设计的应用是CAD发展的必然趋势及目前推广存在的问题。
) p* R9 e+ L+ l, S/ Z9 _; I$ r 1.引言 二维CAD是我国机械行业目前应用最普遍的技术，然而，传统的二维CAD只是起到了电子图板的作用，没能解决设计中最困难的几个问题，所以，二维机械CAD没有做到真正的计算机辅助设计。随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，机械设计手段正从二维CAD向三维CAD过渡，有相当一部分企业已完成了转换，并取得了巨大的经济效益。相对于二维系统而言，三维系统才是真正的计算机辅助设计。 ; b+ |+ S" }/ t" c# `
2.三维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在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点。
6 _: ]! o9 y7 A5 r（1）三维设计形象、直观。设计人员在设计零件时原始设想是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。由于以前的绘图手段有限，人们很难在图纸上将设想的零件表达成立体图形，不得不遵循共同的标准用正投影法形成的二维视图来表达自己的三维设想。现在随着CAD软件的不断发展，现在能够在软件的支持下，直接由思维中的三维模型开始设计，其最直接的好处就是三维设计形象、直观，设计结构的合理性让人一目了然，且能非常直观方便的进行干涉检查，甚至可以作运动干涉分析。
% G) `( I! T- m D（2）可实现参数化、变量化设计。参数化及变量化设计是三维设计的基本思想。传统的CAD绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进三维设计中的参数化和变量化设计模块，使得零件的设计可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改，在装配设计中可以用参数化和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特征形状和尺寸之间的关系，使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时，其他相关零部件的结构与尺寸也随之改变。这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工作量。
5 r5 o6 A0 e* V- c9 z（3）可以实现CDA/CAM集成。狭义的CAM指应用CAM技术进行数控程序的生成、数控代码经通讯接口传输到数控机床，进行数控加工。传统做法是在CAD中完成设计任务，由绘图机输出图纸，再由人工根据图纸进行数控加工编程。由此在CAD和CAM中存在二套同样零件数据，易导致管理上的混乱；且在CAM中二次定义产品数据易产生误差和失误。利用三维设计可实现CDA/CAM集成，使CAM直接取CAD信息进行加工，即产品从设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化，保证加工的产品与设计精确的吻合。
( K0 |0 w# b0 I7 _: x; N# U（4）可对重要零件进行有限元分析与优化设计。优化设计对于形状、受力复杂的重要零件，在运用传统的设计方法进行设计时，由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近，为保证零件工作的可靠性，往往要加大安全系数，使设计出的零件粗大笨重。目前常用的三维设计软件都设有与有限元分析软件的接口，因此重要的零件经参数化三维造型设计后即输入到有限元分析软件当中，自动生成有限元网格并进行应力变形等分析，同时可对不同的工况进行对比分析。
: U1 I. x) o# q m ?. m/ g1 s3.常用的三维CAD软件 - \% A' F ~, e. H5 [: Y
目前国际上流行的三维CAD(多数包含CAE和CAM等模块)软件有数十种，基本功能大体相同，但也各有所长。主要有美国SDRC公司的IDEAS、美国EDS公司的UG、PTC公司的Pro/Engineer、SolidWorks公司的SolidWorks、MDT及国产的新洲Solid3000和CAXA等三维软件。
5 C* o2 {5 n' w (1)UG软件起源于美国麦道飞机公司，它集成了美国航空航天、汽车工业的经验，成为集成化CAD/CAE/CAM主流软件之一。主要应用在航空航天、汽车、通用机械、家电等领域。在曲面造型、数控加工方面是强项，但在分析方面较为薄弱。
$ j( R3 b2 F, |* \7 ^+ |(2)Pro/Engineer软件是一个全参数化、基于特征和全相关的系统。它把所有的功能模块在统一的数据库下联系起来，使其在同一数据库结构下工作，提供了所有工程项目之间的全关联。
- n. y4 R7 R2 f* P 4.三维CAD技术在目前应用中的不足 在机械设计中，三维CAD技术具有无可比拟的优势和特点，可以有效地提高产品技术含量和质量，缩短机械设计周期，从而提高生产效率，增强企业竞争力，但目前在其使用推广过程中，在有些地方、有些企业，尚存在一些不足之处：
4 f% n N8 M' x. m2 W5 j' J（1）软件的选择上存在一定误区，盲目追求功能强大的软件。对于一般的中小企业而言，高端的三维CAD软件，并不一定是最佳的选择，因为这些软件虽然功能强大，但不易掌握，并且价格不俗，因此在选择软件时应该从企业当前的实际需求和近期的发展目标出发，以功能满足产品设计需求为原则，同时兼顾到性价比、软件商的技术支持、服务等因素。9 n0 ^' O7 H/ _& j2 [7 }) ]
（2）缺乏精通三维CAD技术的人才，不能充分发挥三维CAD的功能。三维CAD技术本身是一个复杂的系统，很多大学生毕业后还不会使用三维CAD软件，许多企业工程师也不会使用，虽然企业也花很多资金和精力培训，但人才流动性大，培训成本高，导致企业积极性不高，造成精通三维CAD技术的人才不足。
0 A) i5 j( B- c, {8 { 5．结束语 从制造到创造是任何科技发达国家都要经历的一个发展过程，随着我国机械行业的不断发展、壮大，中国制造将逐渐转变成中国创造，而创造过程中的机械设计就不再是为了解剖或生产某一个零部件而进行的设计，而是整体设计整个产品的设计，单凭二维设计是远远不够的，三维自然必不可少。先进的设计能力才会产生先进的制造企业，三维CAD势必会取代二维CAD，国家应该大力提倡开发、研制具有自主知识产权、符合设计习惯、行业标准和企业文化的、面向行业的应用模块，同时加强三维CAD技术人才的培养，推动我国整个制造行业技术水平的进步和发展。 p/ Y0 W+ `0 ?+ `* e! u
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发表于 2011-3-30 13:59:37
