【文章內(nèi)容簡介】 3．二維 CAD的缺點 二維 CAD與三維 CAD進(jìn)行比較，顯現(xiàn)二維的不足： 隨著 CAD基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對 CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高。設(shè)計人員不再僅僅滿足于借助 CAD系統(tǒng)來達(dá)到 “ 甩圖版 ” 的目的，而是希望 CAD系統(tǒng)能從本質(zhì)上減輕大量簡單繁瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創(chuàng)造性的高層次思維活動。由于三維 CAD系統(tǒng)具有可視化程度高、形象直觀、設(shè)計效率高，以及能為企業(yè) 數(shù)字 化 的各類應(yīng)用環(huán)節(jié)提供完整的設(shè)計、 工藝 和制造信息等優(yōu)勢，目前正在逐步取代傳統(tǒng)的純二維 CAD系統(tǒng)。 以二維形式表達(dá)的工程圖是工程技術(shù)人員反映其設(shè)計思想的語言，工程圖中還包含著一些行業(yè)約定和簡化；同時，由于它通過選擇最合理的投影面、剖切位置和剖切方式來表達(dá)零件的幾何和加工信息，因而具有簡單、完整和準(zhǔn)確等特點。這種以 投影原理為基礎(chǔ)的工程圖能夠表達(dá)的零件的復(fù)雜性幾乎是無限的，人類近二百年來的實踐充分證明了工程圖表征零件的合理性。此外，也由于 經(jīng)濟(jì) 實力、技術(shù)水平和 工作習(xí)慣 等方面的原因，二維圖紙不會在短期內(nèi)全部消亡。 以下是對二維 CAD系統(tǒng)和三維 CAD系統(tǒng)的分析比較： (1)三維 CAD系統(tǒng)的核心是 產(chǎn)品 的三維模型。它所表達(dá)的幾何體信息越來越完整和準(zhǔn)確，能解決 “設(shè)計 ”的范圍越廣。產(chǎn)品的三維模型可以直接通過投影生成二維工程圖；三維 CAD系統(tǒng)的模型包含了更多的實際結(jié)構(gòu)特征，通過賦予零部件一定的物理屬性 ，就可以進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和各種物性計算，并為后續(xù)設(shè)計制造模塊 (如數(shù)控加工等 )應(yīng)用，使用戶在采用三維 CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就能反映實際產(chǎn)品的構(gòu)造或加工制造過程，成為實現(xiàn) CAD/CAE/CAPP/CAM集成的基礎(chǔ)。 (2)三維 CAD系統(tǒng)具有更高級的造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，支持產(chǎn)品的裝配設(shè)計，實現(xiàn) “自頂向底 ”和 “自底向頂 ”等設(shè)計方法；三維 CAD系統(tǒng)采用的三維特征和參數(shù)化功能還可以更加準(zhǔn)確地表達(dá)設(shè)計者的設(shè)計意圖，使設(shè)計過程更加符合設(shè)計者的設(shè)計習(xí)慣和思維方式。 (3)三維造型系統(tǒng)能方便地與 CAE系統(tǒng)集成，常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的作用 機(jī)電一體化機(jī)電 075 沈輝 7 支持結(jié)構(gòu)分析的前后處理和設(shè)計仿真等復(fù)雜設(shè)計過程，方便地與工藝和輔助制造系統(tǒng)集成，能提供數(shù)控加工所需的信息，如 NC代碼，實現(xiàn) CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。 (4)三維 CAD系統(tǒng)價格相對較貴；需要巨大的信息存儲空間，對硬件的要求較高；對用戶的知識和操作技巧要求較高，掌握起來比較困難。 可見，三維 CAD系統(tǒng)有其自身巨大的優(yōu)越性，隨著計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展，性能價格比的不斷提高，這種優(yōu)越性會越來越明顯 4． 三維 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)點 通過實際應(yīng)用三維 CAD系統(tǒng)軟件 ,筆者體會到三維 CAD系統(tǒng)軟件比二維 CAD在機(jī)械設(shè)計過程中具有更大的優(yōu)勢 ,具體表現(xiàn)在以下幾點 : 零件設(shè)計更加方便 使用三維 CAD系統(tǒng) ,可以裝配 環(huán)境 中設(shè)計新零件 ,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件 ,既方便又快捷 ,避免了單獨設(shè)計零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來 ,使人一目了然。 裝配零件更加直觀 在裝配過程中 ,資源查找器中的 裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系 ,若裝配不正確即予以顯示 ,另外 ,零件還可以隱藏 ,在隱藏了外部零件的時候 ,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運動演示 ,對于有一定運動行程要求的 ,可 檢驗 行程是否達(dá)到要求 ,及時對設(shè)計進(jìn)行更改 ,避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。 縮短了機(jī)械設(shè)計周期 采用三維 CAD技術(shù) ,機(jī)械設(shè)計時間縮短了近 1/3,大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維 CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計時 ,只需對其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計和制造 ,而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息 ,使機(jī)械設(shè)計的效率提高了 3~5倍。同時 ,三維 CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力 ,能夠通過快速重構(gòu) ,得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量 由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合 ,同時采用 CAD CIMS組織生產(chǎn) ,機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維 CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計方法 ,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛 擬設(shè)計、運動方針和優(yōu)化設(shè)計等 ,保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時 ,大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善 ,再采用 CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工 ,一致性很好 ,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。 5． CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用 零件與裝配圖的實體生成 零件的實體建模。 CAD的三維建模方法有三種 ,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的 CAD軟件中 ,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中 ,系統(tǒng)提供了六種基本體系 ,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件 ,可通過對其 進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 ,將其分解成若干基本體 ,對基本體進(jìn)行三維實體造型 ,之后再對其進(jìn)行交、并、差等布爾運算 ,便可得出零件的三維實體模型。 對于有些復(fù)雜的零件 ,往往難以分解成若干個基本體 ,使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多 ,導(dǎo)致成型困難。所以 ,僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實體造型的要求。為此 ,可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓 ,然后在三常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告 CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的作用 機(jī)電一體化機(jī)電 075 沈輝 8 維實體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的 “ 基本體 ”, 進(jìn)而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。 實體裝配圖的生成。在零件實體構(gòu)造完成后 ,利用機(jī)器運動分析過程 中的資料 ,在運動的某一位置 ,按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行 “ 裝配 ”, 這一過程可用 CAD軟件的三維編輯功能實現(xiàn) 。 模具 CAD/CAM的集成制造 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高 ,從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心 ,從人工設(shè)計和制圖到 CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數(shù)字化和 計算機(jī)化方向發(fā)展。同時 ,模具 CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù) (RPM)等 ,幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術(shù)。 一個完整的 CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ) ,進(jìn)行統(tǒng)一 管理 ,而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。 機(jī)械 CAE軟件的應(yīng)用 機(jī)械 CAE系統(tǒng)的主要功能是 :工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計評價與壽命預(yù)估、動力學(xué) /運動學(xué)仿真等。 CAD技術(shù)在解決造型問題后 ,才能由 CAE解決設(shè)計的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、 材料 、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。 6． CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢 CAD前沿技術(shù) 圖形交互技術(shù) CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具 ,務(wù)求 易學(xué)好用 ,得心應(yīng)手。一個友好的、智能化的工作 環(huán)境 可以開拓設(shè)計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此 ,智能化圖標(biāo)菜單、 “ 拖放式 ” 造型、動態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、 語言 識別和特征 手勢建模等新技術(shù)也正在研究之中。 CAD技術(shù) CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入 ,逐漸提出智能化需求 .設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能 CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫 ,及時準(zhǔn)確地向設(shè)計師提供產(chǎn)品開發(fā)所需的知識和幫助 ,智能地支持設(shè)計人員，同時捕獲和理