【正文】 ，計算（如強度校核等）常常占用設計人員大量時間，雖有公式可循，但計算過程繁瑣、復雜、工作量大、易出錯、不易發(fā)覺，常常在試驗中才暴露，造成損失，而若由計算機來完成， 就變得簡單了許多。為此，將 CAD 應用于非標件設計，采用特征造型建模的方法，建立玉米聯(lián)合作業(yè)機所有零部件模型，進而對工件進行各種特性計算，以適應當代機械設計行業(yè)需求。建立實體模型的目的僅僅是求解產品的質量大小、質心位置、慣性矩大小等物理量特性、進行交互的計算機模擬裝配、干涉檢查和三維機構運動檢查、為有限元和動力學計算提供物理模型等。但是 ,在多數(shù)設計人員思想里 ,由于沒有充分認識到 CAD 技術的巨大潛在功能 ,一提起 CAD,首先想到的還是簡單的利用計算機進行繪圖 ,而不是有效地、全面地進行計算機輔助設計。 12 第 4 章 CAD 技術在 機械設計 中的應用 CAD 技術在機械產品設計中的應用現(xiàn)狀 我國 CAD 技術起步于 60 年代 ,1985 年以后進 行了大規(guī)模的 CAD/CAM 技術的開發(fā)和研究。 h. 圖像輸出 在 SolidWorks 的窗口上進行圖像的渲染。可指定所有光源的顏色和強度。用獲取特性的方法，很容易得到和編排以前的材質設置。 a. 渲染的控制 預覽帶有背景和材質紋理的上色渲染。 3． PICAD PICAD 系統(tǒng)及系列軟件是中科院凱思軟件集團及北京凱思博宏應用工程公司開發(fā)的具有自主版權的 CAD 軟件。 國內軟件 1. 開目 開目 CAD 是華中理工大學機械學院開發(fā)的具有自主版權的基于微機平臺的CAD 和圖紙 管理軟件，它面向工程實際，模擬人的設計繪圖思路，操作簡便，機械繪圖效率比 AutoCAD 高得多。它改變了傳統(tǒng)的機械設計觀念，這種概念已成為世界 CAD/CAE/CAM 領域的新標準。而這種修改不會影響這個 CAD 系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括： （ 1） 提供以網絡為基礎的會議系統(tǒng)，使開發(fā)組成員易于實現(xiàn)半結構化通信及在一個異構網絡中實現(xiàn)分布計算； （ 2）建立及維持產品過程及源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一模型，以使用戶能透明地提取及瀏覽分布在企業(yè)各個不同地方的數(shù)據(jù)庫內的信息； （ 3） 對產品開發(fā)過程提供動態(tài)管理，使虛擬產品開發(fā)組容易討論和制訂決 （ 4）使工具和服務在并行工程中易于集成。隨著微機版三維 CAD 軟件的相繼推出，以三 維 CAD 軟件作為工作平臺，運用三維軟件的各種基本繪圖方式和三維造型功能生成所需的幾何模型，再直接利用參數(shù)化尺寸驅動和約束功能，建立產品及零部件的標準參數(shù)化模塊，較快地完成了 CAD 系統(tǒng)軟件的開發(fā)工作。而另一部分企業(yè)在實現(xiàn)了 “甩圖板 ”工程之后，建立以資源共享、權限控制為目標的產品信息管理系 統(tǒng)。溫故而知新 ， CAD技術基礎理論的每次重大進展，無一不帶動了 CAD/ CAM/CAE 整體技術的提高以及制造手段的更新。 4 第 2 章 CAD 技術的發(fā)展 CAD 技術的產生和發(fā)展 20 世紀 50 年代初 ,CAD 技術誕生并處于被動式的圖形處理階段 ,也是 CAD 技術的準備和醞釀時期。 1973 年 ,國際信息處理聯(lián)合會給 CAD下了一個更廣義的解釋 ： “ CAD 是將人和機器混編在解題專業(yè)中的一種技術 ,從而使人和機器的最好特性聯(lián)系起來 ” 。 深化 CAD 的應用 ,首先必須分析傳統(tǒng)機械產品設計技術及其存在的問題 , 研究現(xiàn)代先進設計技術的發(fā)展 ,從而進一步研究 CAD 技術的應用 ,把現(xiàn)代先進產品設計技術與 CAD 應用技術結合起來 ,發(fā)揮計算機及信息技術在產品設計中的最大作用。該技術的廣泛應用，給一切設計 /制造領域帶來了革命性的變化。 I CAD 技術在機械設計中的應用 摘 要 CAD 技術作為成熟的普及技術已在企業(yè)中廣泛應用，并已成為企業(yè)的現(xiàn)實生產力。因而被評為 20 世紀最杰出工程技術成就之一的高技術。深化 CAD 的應用是一項復雜的系統(tǒng)工程，因此 CAD 技術在機械企業(yè)中的實施必須走系統(tǒng)開發(fā)的道路，按系統(tǒng)工程的步驟與方法開展企業(yè) CAD 系統(tǒng)的系統(tǒng)設計、CAD 系統(tǒng)應用的二次開發(fā)，研究解決 CAD 與 PDM、 CAPP、 CAM、 ERP 的關系 ,使 CAD 系統(tǒng)能為企業(yè)信息集成運行創(chuàng)造條件，解決目前我國企業(yè)信息化中的 孤島現(xiàn)象 。 CAD 技術的應用適應了當前產品需提 高設計質量 ,快速更新?lián)Q代的需求。進入 20 世紀 60 年代 ,提出了計算機圖形學、交互技術、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結構等新思想 ,從而為 CAD 技術的發(fā)展和應用打下了理論基礎 ,同時也相繼出現(xiàn)了許多商品化的 CAD 設備。技術發(fā)展，永無止境。除了要 “甩圖板 ”，還要 “甩圖紙 ”，實現(xiàn)了設計生產和管理信息的集成。 CAD 系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1． CAD 系統(tǒng)應用面向產品的整個生命周期 要求產品信息模型能夠容易地在產品生命周期的不同環(huán)節(jié)（從概念設計、結構設計，詳細設計到工藝設計和數(shù)控編程）間進行轉換。 4． CAD 系統(tǒng)與產品信息標準化相結合 要求把產品信息標準化作為 CAD 系統(tǒng)應用的基礎和前提。 8． 增能化 7 未來的 CAD 系統(tǒng)將引入知識工程，從而產生智能 CAD 系統(tǒng)，這種智能具有推理能力，使不熟練的設計人員也能做出好的設計來。該軟件還包括了大量的電纜及管道布線、模具設計與分析等實用模塊，該軟件的應用領域涉及航空航天、汽 車、機械、數(shù)控加工、電子等諸多領域。開目 CAD 支持多種幾何約束種類及多視圖同時驅動，具有局部參數(shù)化的功能，能夠處理設計中的過約束和欠約束的情況。該軟件具有智能化、參數(shù)化和較強的開放性，對特征點和特征坐標可自動捕捉及動態(tài)導航；系統(tǒng)提供局部圖形參數(shù)化、參數(shù)化圖素拼裝及可擴充的參數(shù)圖符庫；提供交互環(huán)境下的開放的二次開發(fā)工具，用戶可以任意增加功能或開發(fā)專業(yè)應用軟件。如果需要，對透明和反射的材質，可設置光源。對材質、景象和光源選擇的預覽，提高了渲染的速度?？煞奖愕剡x擇和控制陰影的形式。按用戶定義的分辨率輸出到 24 位PostScript、 JPEG、 TARGA、 TIFF、 BMP 等格式的文件中，或輸出到 PhotoWorks自身的 LWI 文件中。在國家統(tǒng)一規(guī)劃下 ,以汽車、拖拉機、減速器、內燃機、電動機、變壓器、汽輪機、軸承、發(fā)電設備、組合機床、數(shù)控機床等 20 多種機械產品為開發(fā)對象 ,開發(fā)上述產品的 CAD 應用系統(tǒng)及 CAD 支撐系統(tǒng)。另一方面 ,工程圖紙的繪制確實是機械產品設計中的一項重要的工作 ,使用 CAD 技術后 ,無論是繪圖的質量、速度、規(guī)范程度、標準化程度還是效率都比手工繪圖時代有了很大的提高。計算機完成的工作仍屬于 “甩圖板 ”的層次 ,既僅僅減輕了設計人員的體力勞動 ,而不能精確、全面地表達產品的所有屬性和進行產品的性能分析 ,產品開發(fā)過程仍然是沿襲傳統(tǒng)的模式 ,離變量化的造型技術還有相當大的距離 。 圖 41 為玉米聯(lián)合作業(yè)機 CAD 流程圖，體現(xiàn)了 CAD 技術在大型農機具設計中各個環(huán)節(jié)上的應用，從而顯示出 CAD 的強大功能。 圖 44 為地輪軸強度校核施圖 使用的是 Mechanical Desktop （以下簡稱 MDT） 自帶的有限元分析和計算工具。 17 圖 47 兩零件干涉圖 圖 48 為一零件裝配后自由度圖 。 CAD 三維技術在液壓挖掘機設計中的應用 挖掘機零部件的三維造型 挖掘機 三維實體造型包括所有零件的三維實體造型，總成和整機裝配仿真。 4． 從草圖入手建模 設計者根據(jù)設計的要求用手勾畫出理想的結構形狀，然后賦予每一條曲線以尺寸約束或幾何約束， 使曲線按照設計者的意圖去更新交換，生成參數(shù)化特征的實體建模。將二維截面草圖進行拉伸、旋轉、放樣、倒角，生成三維圖形。整個外形設計應給人一種賞心悅目的感覺。 挖掘機部件與整機的三維造型 完成了所有零件的三維實體造型之后，就可以進行部件與整機的裝配仿真。利用已完成的挖掘機三維模型，給出液壓 缸運動的約束條件，并施加作用力，進行二維或三維運動分析，可以分析機構最小距離、每個挖掘位置的挖掘力、位移、速度、加速度和和功率等參數(shù)。雖在微機平臺上開發(fā) CAD/CAM軟件方面我國與國外起點差 不多，但對引進的 CAD/CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)卻跟不上，致使引進軟件的效率不能完全發(fā)揮。s machinery manufacturing industry faces enormous challenges and opportunities. Machinery manufacturing in the application of integrated CAD / CAM technology, machinery manufacturing industry has provided strong technical support, and its application status and development trend of China39。 most manufacturers lack the core technology required for hightech products in more than 80 per cent still relies on imports for major equipment in the manufacturing sector 70 CNC machine tool% occupied by foreign products, large manufacturing country, China is the world39。 their level of development and a country39。s machinery manufacturing industry China has now bee the world39。當然，我們也要看到我們的優(yōu)勢，那就是：了解本國市場，便于提供技術支持，相對價格便宜等。裝配仿真技術可以從靜態(tài)角度保證設計尺寸的正確性，機構運動仿真則從運動角度保證設計的合理性和可靠性。即采用自下而上的倒樹狀層次結構法，各級部件通過引用一系列下級零部件模型組裝而成，它不僅描述一個部件與下級零部件之間的裝配從屬關系，同時也記錄所屬下級零部件之間的裝配定位關系。 22 圖 414 駕駛室的三維造型 挖掘機配套件的三維造型 挖 掘機的配套件主要有：柴油機、液壓缸、馬達、閥組、減速器和回轉支承等，都由專業(yè)配套廠制造，一般只提供安裝與連接尺寸圖紙和外輪廓簡圖。 20 圖 411 挖掘機動臂 三維實體造型 圖 412 回轉平臺 三維實體造型 21 圖 4 13 行走架本體三維實體造型 三維造型最好采用參數(shù)化的草圖建模方法，這樣可以方便地實行零件的修改及變形設計，只要發(fā)現(xiàn)某一尺寸和結構不合理，可以容易地修改。 5． 利用三維實體間的布爾運算（交、并、補），將多個簡單零件組合成一體，生成新的實體等等，且生成的實體模型均采用參數(shù)化特征造型。零、部件共計一千多個。在圖 47 中，為達到使用目的，鎖片 (2)有意欠約束，故可繞著 Z 軸轉動。在該對話框中設置載荷與支撐的類型、材料性質、網格劃分的設置和計算結果的顯示輸出 。由于是大型新機具，可通用件少，非標零件多，設計特點為許多輔助零件隨關鍵零、部件改變而改變。如果說上述的 CAD 技術應用的方式主要體現(xiàn)在機械設計人員上 ,那么這種應用方式則在產品工程特性尤其是力學專業(yè)設計人員中體現(xiàn)得較為明顯。另外 ， 許多使用 CAD技術時間不長的企業(yè)只關注繪圖 ,對于圖形分析、圖紙資料的共享、信息集成化等較高層次的 CAD 技術應用 ,則缺少必要的認識。進入 90 年代 ,我國的 CAD 技術出現(xiàn)了快速發(fā)展勢頭。為更有效地展示設計、降低樣機制作成本和盡快將產品投放市場， PhotoWorks 在 SolidWorks 界面中提供了出色的渲染功能。 f. 背景顏色和景象 像攝影室里加布景一樣設置零部件的背景，以增強可視效果。 c. 圖案 在產品和包裝上，生成和附加常規(guī)的標記和圖案。 b. 物體的材質 可從預定程式和紋理的材質庫中選擇金屬、石料、木材、塑料和其他材質類型。 4． SolidWork 創(chuàng)新的、易學易用的和價格平宜的 SolidWorks 是 Windows 原創(chuàng)的標準三維設計軟件。 2． 華正 CAXA(ComputerAidedXAdvanced， X 意味著擴充 )是北 京華正模具研究所 (北京航空航天大學 721 研究所 )面向我國工業(yè)界推