【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)的屬性有表面顏色、透明度、粗糙程度和紋理等。材質(zhì)可以附加在整個零件上，也可以附加在某個特征或某個表明上。在一個零 件上允許有多種不同的材質(zhì)。附加在幾何模型上的材質(zhì)屬性是可修改的，如顏色、反射和紋理等。用獲取特性的方法，很容易得到和編排以前的材質(zhì)設(shè)置。對材質(zhì)、景象和光源選擇的預(yù)覽，提高了渲染的速度。通過選擇材質(zhì)的變形屬性， 11 可改變規(guī)則的圖案而得到意想的效果。 c. 圖案 在產(chǎn)品和包裝上，生成和附加常規(guī)的標(biāo)記和圖案。指定每個圖案的大小、位置和透明度。在零件的幾何模型、特征或表面上覆蓋多層圖案。 d. 幾何對象 能支持所有狀態(tài)的幾何模型，包括截面視圖和裝配爆炸圖 e. 光源 和陰影 可指定的光源類型有漫射光源、點光源和平行光 源。光源的數(shù)量不受限制?？芍付ㄋ泄庠吹念伾蛷姸??？煞奖愕剡x擇和控制陰影的形式。光源和陰影的設(shè)置隨模型一起存儲。 f. 背景顏色和景象 像攝影室里加布景一樣設(shè)置零部件的背景，以增強可視效果?？蓪Ρ尘斑M行預(yù)覽、尺寸和位置的調(diào)整?？僧a(chǎn)生單色、漸變顏色、隨機云紋和圖像等上色的背景。能附加大量的背景素材，并隨幾何模型一起存儲。背景可從標(biāo)準(zhǔn)格式的圖形文件輸入，這些格式是 JPEG、 TARGA、 TIFF、 BMP。 h. 圖像輸出 在 SolidWorks 的窗口上進行圖像的渲染。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。直接從 SolidWorks 中打印已渲染的圖像。為更有效地展示設(shè)計、降低樣機制作成本和盡快將產(chǎn)品投放市場， PhotoWorks 在 SolidWorks 界面中提供了出色的渲染功能。 （ 2） 特征識別和 FeatureWorks FeatureWorks 是第一個為 CAD 用戶設(shè)計的特征參數(shù)識別軟件，集成在SolidWorks 的界面中。 FeatureWorks 能對由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式文件轉(zhuǎn)換來的幾何模型進行特征識別，形 成在 SolidWorks 特征管理器中的特征樹。所述的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式可以是 STEP， IGES， SAT， VDAFS 和 Parasolid。 FeatureWorks 用于識別帶有長方形、圓錐形、圓柱形特征的零件和鈑金件最合適，可自動識別的特征主要有：拉伸特征，特征的輪廓由直線、圓或圓弧構(gòu)成；圓柱形和圓錐形的旋轉(zhuǎn)特征；沿直線邊的倒角；沿直線邊和圓弧邊的等半徑倒圓。 12 第 4 章 CAD 技術(shù)在 機械設(shè)計 中的應(yīng)用 CAD 技術(shù)在機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀 我國 CAD 技術(shù)起步于 60 年代 ,1985 年以后進 行了大規(guī)模的 CAD/CAM 技術(shù)的開發(fā)和研究。在國家統(tǒng)一規(guī)劃下 ,以汽車、拖拉機、減速器、內(nèi)燃機、電動機、變壓器、汽輪機、軸承、發(fā)電設(shè)備、組合機床、數(shù)控機床等 20 多種機械產(chǎn)品為開發(fā)對象 ,開發(fā)上述產(chǎn)品的 CAD 應(yīng)用系統(tǒng)及 CAD 支撐系統(tǒng)。在微機 CAD 方面 ,也推出了許多軟件 ,其中包括機械零部件設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計方法、數(shù)控加工、系統(tǒng)開發(fā)工具、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化、運動學(xué)動力學(xué)分析、三維實體造型、數(shù)據(jù)庫等模塊。進入 90 年代 ,我國的 CAD 技術(shù)出現(xiàn)了快速發(fā)展勢頭。許多中小企業(yè)應(yīng)用 CAD 技術(shù)在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高 勞動率等方面也取得了顯著的經(jīng)濟效益。 在機械產(chǎn)品設(shè)計中 ,CAD 技術(shù)的應(yīng)用主要集中在以下 2 個方面 ： 1． 計算機二維繪圖和三維實體造型 CAD 技術(shù)產(chǎn)生的初期 ， 由于受到計算機運算速度和圖形功能的限制 ,只能進行一些簡單的二維圖形繪制 ,設(shè)計者的大部分思想無法表達(dá)。但是現(xiàn)在 ,CAD 技術(shù)已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍 ,已經(jīng)由形成之初的計算機輔助繪圖 (ComputerAided Drawing),發(fā)展成為了真正意義上的計算機輔助設(shè)計(ComputerAided Design)。據(jù)調(diào)查 ,目前在機械行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的二維 CAD 繪圖軟件依 次是 :AutoCAD、 CAXA 電子圖板、開目 CAD、機械設(shè)計師 CAD、 PCCAD等。但是 ,在多數(shù)設(shè)計人員思想里 ,由于沒有充分認(rèn)識到 CAD 技術(shù)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(shè)計。另一方面 ,工程圖紙的繪制確實是機械產(chǎn)品設(shè)計中的一項重要的工作 ,使用 CAD 技術(shù)后 ,無論是繪圖的質(zhì)量、速度、規(guī)范程度、標(biāo)準(zhǔn)化程度還是效率都比手工繪圖時代有了很大的提高。但值得注意的是 ,目前多數(shù)企業(yè)的圖形CAD 系統(tǒng)只能將設(shè)計過程的最后階段 ——繪圖階段搬到計算機上 ， 設(shè)計 過程仍在設(shè)計師的頭腦中完成 ,總的設(shè)計效率沒有提高到應(yīng)有的高度。另外 ， 許多使用 CAD技術(shù)時間不長的企業(yè)只關(guān)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(shù)應(yīng)用 ,則缺少必要的認(rèn)識。總的來說 ， 以上 CAD 技術(shù)的應(yīng)用 13 層次 ， 沒有充分地發(fā)揮 CAD 技術(shù)的內(nèi)涵和功能 ,基本上還停留在 CAD 技術(shù)的初期水平。此類應(yīng)用的另一形式為產(chǎn)品的三維實體造型。目前在機械行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的三維 CAD 軟件依次是 :CAXA 電子圖板、 Pro/E、 Solid Works、 UG、 CATIA、Inventor/MDT、 MDA20 IDEAS、 XTMCAD3 D 等。但實體造型技術(shù)的應(yīng)用還局限在單個零件的造型設(shè)計、自由曲面設(shè)計等方面。建立實體模型的目的僅僅是求解產(chǎn)品的質(zhì)量大小、質(zhì)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(gòu)運動檢查、為有限元和動力學(xué)計算提供物理模型等。計算機完成的工作仍屬于 “甩圖板 ”的層次 ,既僅僅減輕了設(shè)計人員的體力勞動 ,而不能精確、全面地表達(dá)產(chǎn)品的所有屬性和進行產(chǎn)品的性能分析 ,產(chǎn)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(shù)還有相當(dāng)大的距離 。 2． 性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化 嚴(yán)格的說 ,CAD 技術(shù)應(yīng)該包括借助計算機進行產(chǎn)品的性能設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù) ,即 CAE計算機輔助工程 (ComputerAided Engineering)技術(shù) ,而不僅僅是代替簡單而重復(fù)的人工勞動。如果說上述的 CAD 技術(shù)應(yīng)用的方式主要體現(xiàn)在機械設(shè)計人員上 ,那么這種應(yīng)用方式則在產(chǎn)品工程特性尤其是力學(xué)專業(yè)設(shè)計人員中體現(xiàn)得較為明顯。 在進行產(chǎn)品設(shè)計過程中 ,產(chǎn)品設(shè)計人員應(yīng)該進行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 ,并將產(chǎn)品的形體設(shè)計與產(chǎn)品性能設(shè)計結(jié)合起來 ,運用相關(guān)計算機輔助設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)對產(chǎn)品各主要零部件的動、靜態(tài)分析和結(jié)構(gòu)形體等的 優(yōu)化。 目前 ,對于基于產(chǎn)品性能分析與優(yōu)化設(shè)計的 CAD 應(yīng)用 ,很多企業(yè)僅僅是用 CAE軟件對產(chǎn)品靜、動態(tài)力學(xué)性能進行分析計算 ,將計算結(jié)果返回給產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)設(shè)計人員 ,零件結(jié)構(gòu)設(shè)計人員根據(jù)計算結(jié)果進行優(yōu)化 ,然后再計算 ,再優(yōu)化 ,如此反復(fù)。而且很多結(jié)構(gòu)設(shè)計人員和分析計算人員使用的是不同的計算機軟件 ,各自擁有自己的零件實體模型 ,產(chǎn)品設(shè)計的各個階段是一個個信息 “孤島 ”,沒有能夠把各階段的信息有機地結(jié)合起來 ,彼此脫節(jié) ,不能實現(xiàn)產(chǎn)品信息的共享 ,大大地降低了產(chǎn)品的設(shè)計效率和準(zhǔn)確度。 CAD 技術(shù)在玉米聯(lián)合作業(yè)機械 設(shè)計中的 應(yīng)用 CAD 技術(shù)回顧與思考 通過 CAD 技術(shù)建立的機械模型，可對產(chǎn)品進行運動機構(gòu)分析和機械特性校核 14 等，具有直觀、可交互操作等特點。為此，將 CAD 應(yīng)用于非標(biāo)件設(shè)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(yīng)當(dāng)代機械設(shè)計行業(yè)需求。 圖 41 為玉米聯(lián)合作業(yè)機 CAD 流程圖，體現(xiàn)了 CAD 技術(shù)在大型農(nóng)機具設(shè)計中各個環(huán)節(jié)上的應(yīng)用，從而顯示出 CAD 的強大功能。 圖 41 玉米聯(lián)合作業(yè)機 CAD 設(shè)計流程圖 設(shè) 計實例 1． 零部件建模 圖 42 為玉米聯(lián)合作業(yè)機整機模型。，由于是大型新機具，可通用件少，非標(biāo)零件多，設(shè)計特點為許多輔助零件隨關(guān)鍵零、部件改變而改變。若采用傳統(tǒng)方式逐一設(shè)計，勢必需要許多人力，且修改麻煩，容易出錯。 本設(shè)計使用 Autodesk Inventor 8 建模， 采用參數(shù)化建模及自適應(yīng)等輔助方式，使零件與部件間建立起相互聯(lián)系 ，即只需在一處改動關(guān)鍵零件模型尺寸和其它相關(guān)聯(lián)的輔助零件模型尺寸，部件中的零件模型將會自動更新。 15 圖 42 玉米聯(lián)合機整機模型 以玉米聯(lián)合作業(yè)機傳動部件一處建模為例， 該機構(gòu)中地輪軸承座為一關(guān)鍵零件，它影響著許多相關(guān)零件模型尺寸，如圖 43 所示。地輪軸承座為截面旋轉(zhuǎn)生成 ,采用參數(shù)化設(shè)計，減少了反復(fù)修改時間，提高了設(shè)計效率及質(zhì)量。 圖 43 地輪軸承座圖 2 零件結(jié)構(gòu)分析 新產(chǎn)品設(shè)計中，計算（如強度校核等）常常占用設(shè)計人員大量時間，雖有公式可循，但計算過程繁瑣、復(fù)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。 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。因為 Autodesk Inventor 與 MDT 均為 Autodesk 公司開發(fā)的產(chǎn)品，數(shù)據(jù)模型可相互轉(zhuǎn)換，零件設(shè)計時只是進行簡單的受力分析，所以用 MDT 自帶工具已足夠 .在 MDT 中執(zhí)行命令 AMFEA3D，然后選中地輪軸 ,得出三維有限元分析對話框（如圖 45 所示）。在該對話框中設(shè)置載荷與支撐的類型、材料性質(zhì)、網(wǎng)格劃分的設(shè)置和計算結(jié)果的顯示輸出 。 16 圖 45 MDT 三維有限元分析工具圖 圖 46 為地輪軸變形后網(wǎng)格圖（為明顯表達(dá)出變 形量，軸的變形被放大）。 圖 46 地輪軸變形前后網(wǎng)圖 通過此方法可快捷地對零件進行多種校核計算，與人工校核相比，具有速度快、效率高、直觀、全面的特點。 3 部件模型裝配 在零件設(shè)計中，常由于考慮不周等原因造成各種失誤。部件模型裝配過程是一個檢驗零件過程，在模型裝配時可發(fā)現(xiàn)各種設(shè)計上的失誤，如零件干涉、欠自由度約束等，還可進行結(jié)構(gòu)分析、運動機構(gòu)分析及質(zhì)量特性分析等。 圖 47 為兩零件干涉圖，其中黑色部分為兩零件干涉部分，對話框報告具體干涉體積。 17 圖 47 兩零件干涉圖 圖 48 為一零件裝配后自由度圖 。 當(dāng)某一零件欠約束時，會造成自由度過多，不能按設(shè)計軌跡運動，因此檢查零件自由度是不可缺少的一步。在圖 47 中，為達(dá)到使用目的，鎖片 (2)有意欠約束，故可繞著 Z 軸轉(zhuǎn)動。 在設(shè)計時，都希望知道零部件的各種物理特性（如零件質(zhì)量、質(zhì)心等），但由于零件形狀各異，很難準(zhǔn)確計算，但在計算機中建模后，計算機可自動對工件各種物理特性進行精確計算。圖 49 是一工件的物理特性對話框，在該對話框中列出了工件的各種物理特性，不僅方便、快捷，而且大大減少了設(shè)計人員的計算量。 圖 49 零件 物理特性圖 4 整機模型裝配 18 當(dāng)各部件裝配好后，便可進行整機模型裝配。當(dāng)整機模型裝配好后， 即可對整機進行運動機構(gòu)分析，查找設(shè)計不合理處，也可以就某一部分功能進行仿真運動。 圖 410 玉米聯(lián)合作業(yè)機中滅茬功能部分仿真演示圖 5 二維工程圖輸出 雖然三維模型經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可直接用于數(shù)控機床加工，但目前機械行業(yè)中一般仍以二維工程圖作為生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)圖紙，所以還要將三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖。 CAD 三維技術(shù)在液壓挖掘機設(shè)計中的應(yīng)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。挖掘機是由金屬結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動力裝置、傳動操縱機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和輔助設(shè)備等組成。零、部件共計一千多個。盡管挖掘機零、部件結(jié)構(gòu)形式各不相同，但在計算機上進行三維實體造型有一些規(guī)律可循，一般過程如下：創(chuàng)建草圖 → 根據(jù)零件的基本特征和附加特征生成零件的三維模型 → 依照裝配關(guān)系裝配零部件 → 形成整機裝配仿真。 三維造型應(yīng)用軟件和基本方法 世界上著名的幾家公司的三維 CAD 軟件產(chǎn)品， Pro/Engineer、 UG、 IDEAS、Solidworks、 MDT 等，在主要工程機械企業(yè)中都已采用。無論采用那家的三維 CAD軟件，都可以較好地完成挖掘機零部件的三維造型，三維造型時常用以下方法： 19 1． 對形狀比較規(guī)則的簡單零件，利用三維軟件自帶的標(biāo)準(zhǔn)幾何體（方形、圓柱、圓管、圓錐和球、溝槽）庫，直接生成零件實體，如方板、光軸、軸套等。 2． 繪制最能反映零件基本特征的幾何草圖，經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)生成三維實體。 3． 沿路徑配置的二維幾何圖形經(jīng)掃描，蒙皮生成曲面形實體。 4． 從草圖入手建模 設(shè)計者根據(jù)設(shè)計的要求用手勾畫出理想的結(jié)構(gòu)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(shè)計者的意圖