三維設(shè)計(jì)軟件和技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-02-12 09:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CATIA是一款高端CAD軟件，具有三維設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、曲面造型、二維轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)模擬、有限元分析、逆向工程、美工設(shè)計(jì)、數(shù)控加工等功能。CATIA功能強(qiáng)大的同時(shí)操作也比較復(fù)雜，但從CATIA V5版本開(kāi)始，受到同行業(yè)簡(jiǎn)單易用發(fā)展趨勢(shì)的影響，也融入了一些Windows的風(fēng)格，加強(qiáng)了易用性。CATIA作為世界著名的高端三維建模軟件，在制造業(yè)、加工業(yè)、科研、教育、建筑等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，其足跡遍布世界上大部分工業(yè)國(guó)家。CATIA在汽車、飛機(jī)、造船等行業(yè)的應(yīng)用非常廣泛，幾乎世界前20 強(qiáng)的汽車廠商都在使用，其用途主要在汽車曲面造型方面，甚至CATIA的許多功能模塊就是由這些汽車廠商與達(dá)索公司合作開(kāi)發(fā)的。CATIA的起源就在于飛機(jī)制造行業(yè)，世界上許多著名飛機(jī)制造公司都在使用CATIA，其中不乏像波音公司這樣的飛機(jī)制造巨頭企業(yè)。在我國(guó)，近年來(lái)CATIA的發(fā)展十分迅猛，大部分的汽車和飛機(jī)制造業(yè)已經(jīng)引進(jìn)了CATIA軟件，其中許多已經(jīng)完善了整個(gè)基于CATIA的設(shè)計(jì)流程。 UG圖3 UG操作設(shè)計(jì)界面UG是最早的三維建模軟件之一，也是應(yīng)用最廣的高端CAD軟件，同時(shí)它的易用性較差，難以掌握，雖然近年來(lái)在易用性上投入了大量精力加以改善，但在這一方面和一些中端CAD軟件相比還有很大差距。UG主要客戶包括，通用汽車、通用電氣、福特、波音麥道、洛克希德、勞斯萊斯、普惠發(fā)動(dòng)機(jī)、日產(chǎn)、克萊斯勒以及美國(guó)軍方等。幾乎所有飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大部分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用UG進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)UG在高端工程領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]。3 三維設(shè)計(jì)實(shí)例 對(duì)輥式破碎機(jī)三維設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)輥式破碎機(jī)適用于冶金、建材、耐火材料等工業(yè)部門(mén)破碎中、高等硬度的物料。該系列對(duì)輥式破碎機(jī)主要由輥輪組成、輥輪支撐軸承、壓緊和調(diào)節(jié)裝置以及驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。圖4 對(duì)輥式破碎機(jī)核心部件在本文中，對(duì)輥式破碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)不做累述，主要講如何利用三維軟件對(duì)其核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖4為對(duì)輥式破碎機(jī)的核心部件。如圖所示，該構(gòu)件主要由軸和輥輪組成。對(duì)于軸，無(wú)論是用二維設(shè)計(jì)的方法還是三維設(shè)計(jì)的方法都可以很輕松地設(shè)計(jì)出來(lái)。但對(duì)于輥輪，由于其外表面上有特殊花紋，利用二維設(shè)計(jì)的方法很難繪出其三視圖，必須用三維設(shè)計(jì)軟件作為工具來(lái)完成對(duì)它的設(shè)計(jì)。由圖中我們可以看出，輥輪的側(cè)面展開(kāi)后是按照一定規(guī)律循環(huán)的花紋，所以我們首先對(duì)該規(guī)格的輥輪選一個(gè)花紋節(jié)距進(jìn)行設(shè)計(jì)，花紋草圖將輥輪斷面輪廓中的外表面及溝底曲線用一個(gè)花紋節(jié)距角度進(jìn)行回轉(zhuǎn)命令生成側(cè)面曲面體，并將花紋草圖平面定位在外表面曲面法向上，再將草圖中的花紋曲線投影在外表面曲面上，得到外表面曲面上的花紋投影曲線。采用回轉(zhuǎn)的方法生成花紋溝底曲面，并將所有三維曲線按設(shè)計(jì)要求用樣條曲線連接起來(lái)，建立出花紋三維曲線框架圖，這樣，就繪出了環(huán)形的花紋。輥輪是受力復(fù)雜的零件，必須對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，以保證工作時(shí)零件不會(huì)失效。圖6 應(yīng)力分析圖5 應(yīng)力分析很多三維設(shè)計(jì)軟件可以提供這個(gè)功能，對(duì)零件設(shè)置施加的外力后，軟件自動(dòng)會(huì)分析出零件受力和應(yīng)力情況，并給出直觀的圖形（如圖）。通過(guò)應(yīng)力圖，設(shè)計(jì)者可以很輕松地看出最大應(yīng)力的大小、應(yīng)力集中位置等信息，從而可以根據(jù)這些結(jié)果修改設(shè)計(jì)方案[4]。 圓柱凸輪三維設(shè)計(jì)實(shí)例圖7 圓柱凸輪位移曲線此處實(shí)例是筆者自身設(shè)計(jì)經(jīng)歷。在上學(xué)期一門(mén)專業(yè)課上，筆者所在的小組需要用Pro/E設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)機(jī)械手裝置，按照我們的設(shè)計(jì)，其中一個(gè)零件是一個(gè)圓柱凸輪。在這種時(shí)候，三維設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)勢(shì)就完完全全地體現(xiàn)出來(lái)了。圖8 圓柱凸輪展開(kāi)面圖9 圓柱凸輪三維模型由于凸輪的設(shè)計(jì)是為了控制我們預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，故根據(jù)運(yùn)動(dòng)我們可以繪制出精準(zhǔn)的凸輪位移曲線，在凸輪圓柱的展開(kāi)面上將凸輪的位移曲線繪制上去，開(kāi)出一個(gè)凹槽，再利用Pro/E的“環(huán)形彎折”功能，即可得到圓柱凸輪的三維模型。從這兩個(gè)例子我們也可以看出，相對(duì)于二維設(shè)計(jì)軟件，三維
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