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试论机械CAD技术的应用及发展趋势

2020-05-03  |  作者:现代职业教育杂志  |  栏目:论文中心

作者:徐汛 本文字数:2747
  [摘           要]  通过分析CAD技术的特点、发展历程及CAD技术的标准件库及零件号标注,对CAD技术在机械方面的应用进行了分析,包括二维工程图绘制和三维实体建模和产品性能分析和结构优化,并通过一款转速器改型产品作为案例对CAD技术的应用实施情况进行具体说明,同时提出机械CAD技术今后应向智能化、集成化、綠色化方向发展。
  [关    键   词]  CAD技术;机械;应用;三维;案例
  [中图分类号]  F416.4                    [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2019)35-0280-04
  一、引言
  当前,在我国机械设计及制造领域,CAD(computer aided design)技术得到有效重视、应用,对传统设计模式、方法造成一定影响[1]。在机械制造中,CAD技术应用价值很强,,能将机械制造质量有效提高,能方便进行装配、修改[2]。采用CAD技术,在机械制造过程中可对机械产品设计模式进行优化,使机械设计更先进,从而使机械制造质量得到提高[3]。目前使用CAD技术对机械构件进行设计的企业很多,CAD技术可确保机械制造一致性[4]。在机械制造设计阶段,通过CAD技术可准确描述机械产品实际规格,并实现描述连续性,在实际制造、生产过程中,能更好把握细节,对提升机械产品质量非常重要,因CAD技术自身技术优势,其在诸多行业中应用广泛[5]。作为现代化机械制造、机械设计新发展趋势,CAD技术在先进应用方式及现代化技术方面有一定的革新[6]。在机械制造及机械设计方面,应用CAD技术具有广阔发展空间。基于此,本文探究了机械CAD技术的应用,同时对其发展趋势进行分析。
  二、CAD技术简介及发展
  (一)CAD技术简介
  CAD技术是通过CAD软件、计算机分析、计算并仿真“产品”设计的过程,优化产品结构性能,同时对其进行绘图,将设计者所具有的形象思维、创造性思维、综合判断与分析、经验知识同计算机检索信息能力及其强大记忆进行结合,高速精确计算大量信息,并对其进行处理,显著提高产品的质量和生产效率,降低生产成本[7]。CAD当中综合应用了多个学科,实现了绘图、设计、工程分析、建模等一体化进程[8]。CAD技术的广泛应用,可将产品设计周期缩短,从而可将产品设计质量及工作效率提高,将设计成本降低,提高企业技术创新能力及市场快速反应能力,对企业产品进入国际市场参与竞争有利[9]。CAD技术各项技能主要通过计算机各项操作及功能完成,应用功能包括计算功能、图像处理功能等。通过这些功能,可实现新产品设计研发,在很大程度上CAD技术促进设计工作的有效应用及创新[10]。
  (二)CAD技术发展
  现阶段,第四代CAD技术已经发展成熟,三维建模逐渐开始取代手工绘制二维工程图,其中包含多元化的先进设计理念,包含许多设计过程[11]。在CAD系统快速发展期,以EDS公司的UGNX系统及PTC公司的PRO/E为代表,在CAD系统中,出现了基于约束参数化及变量化方法及特征建模方法,二者相互融合共同发展,进一步加快了CAD系统的现代化发展进程。该系统统一了内部数据结构,可实现CAD/CAM信息集成,使CAD系统应用范围得到进一步的扩展。图1为使用CAD/CAM技术制作的凸轮模型。
  现阶段所使用的是第四代CAD系统,在设计系统逐渐生成了一种多元化设计的思想和方法[12]。由于系统环境的复杂程度较高,CAD系统能够实现产品自动化设计理念,其中涉及多元化的技术理念,大大提高了设计周期和运行成本。在现代机械模具设计及制造中,CAD/CAE/CAM技术发挥着非常重要的作用,能够构建产品三维模型,在CAD/CAE软件的基础上设计机械模具,分析并优化处理模具结构,并在CAM软件的基础上生成并仿真磨具加工轨迹。图2为运用CAD/CAE/CAM技术制作的机壳三维图。
  三、CAD技术的标准件库及零件号标注
  (一)标准件库
  在机械设计过程中使用CAD进行绘制,需要绘制大量的装配图和零件图。这些零件在视图中各具有相同形状,差别是各部分尺寸大小。如果在CAD绘制过程中按线逐条进行,此时需要严格确定结构尺寸,同时也会花费巨大的时间成本,运行效率非常低,因此,进行标准件库的建立是CAD系统非常重要的组成部分[13]。在现有机械工厂中,通过调查统计所有零件,发现其中标准件约占到约50%,典型变型零件约占40%。通常,在开发设计产品时,通常多采用典型变型零件及标准件,这样可将产品成本降低,并且能够获得高质量的零件产品,实现产品优质的性能和质量。
  (二)零件号标注
  一般来说,编辑零件号、标注零件号是构成零件号标注系统的主要内容,前者主要包括零件号的插入、修改、对齐、删除等,同时又可以分为无后效、有后效两组,后者能够对被操作标号进行改变,自动修改其余同类标号序列,前者不会影响其他标号过程。图3为零件号标注系统功能结构图。
  四、CAD技术在产品设计中的应用
  (一)二维工程图绘制和三维实体建模
  现阶段,企业多将CAD技术应用在绘制二维工程图的过程中,也就是在计算机上完成绘图板的手工绘制工作。实际上,CAD系统就是“甩开图板”的一个过程,并电子图板进行替代,总的来说,工程图的绘制规范性和整洁性显然更高,同时提高了工作效率。但依旧没有打破产品设计的传统局限,在设计产品的过程中依旧是按照设计人员的主观经验开展的,没有发挥CAD技术的辅助设计功能。企业所使用的三维实体建模是CAD技术当中比较常见的一种方式,实际上也是二维绘制的应用类型,没有从根本上打破传统绘制的局限性。设计人员实际上就是对零件造型进行设计。建模可以得到产品物理特性,或三维模型进行模拟装配。而不是对产品所有属性进行全面、精确表达,因此也不能对产品性能进行全面分析。对信息集成化等较高层次CAD技术应用需进一步进行全面、精确表达,从而提高企业竞争力。

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