三维CAD技术在机械设计中的应用

yyinbb · 发表于 2017-10-5 13:27:54

一、CAD技术应用的现状所有的设计都要画图，这是因为工程师无法完全记住自己所作设计中的全部细节（那怕是较简单的），用文字记载也不完整，因此图形表达就是唯一的方法。这些图首先是给设计者自己看，为了记住和研究设计构思：其次是给别的工程师看，为了互相讨论交流：最后是为了给制造者看，为了将设计意图变成实物。在设计的全过程中。原始构思是三维（3D）实体，这也是毫无疑问的。但是，在传统的设计中，这两者之间的信息传递竟然完全依靠二维（2D）的图形表达。以AutoCAD为代表的2D图形数字化软件对于CAD技术在我国的普及应用起到了重要的作用，也为今天CAD技术的发展奠定了十分必要的技术基础。然而2D机械CAD技术没能解决传统设计中的一些问题，对提高设计质量的作用有限，那么影响设计质量和效益的一些问题是什么？笔者认为有以下几点： 1、复杂的投影线生成对于绘制铸锻件毛坯的零件图，轮廓的相贯线和截交线画不明白，设计师常常在绘制 2D图纸时相当头疼。 2、漏标尺寸，漏画图线即使经过几个人的审校，漏标尺寸和缺少线条的现象仍时有发生。 3、应力应变分析修改零件（如连杆）的尺寸是很容易的，问题是怎么改。要修改必须进行力学分析，否则这个连杆断了怎么办？国外的产品设计小巧轻，而我们的同类产品设计却傻大笨重，且刚度不好。 4、数控加工处理经常有这样的情况，按照国外的产品成型制塑料制品，一眼就看出来不一样。为什么？我们注塑模具没有给出足够的局部收缩鼻。在这些复杂的三维问题上，依赖传统的 2D设计方法无法解决。 5、设计的更新与修改 CAD 应用中的设计工程管理工作也变得日益重要，有些 CAD 应用单位，已积累了成千上万张的图纸，而且在继续增多。这些文件中除了图形信息外，还有大量的设计参数等非图形信息，不仅要管理图形信息，还需要工具软件来处理这些复杂的设计参数管理问题。二、关于2D图形的绘制 "CAD"的 "D"是什么的问题长期以来没有共识，其原因有三：一是多年以来 CAD软件属于较幼稚的系统，其能力较弱，事实上AutoCAD R9之前的版本只适于画2D图形：二是相关软件开发商中往往缺乏工程设计经验，不能深刻理解实际设计过程和具体加工方法：三是机械设计是各种设计中比较麻烦和比较不规范的，而其中比较容易做的事也就是画2D工程图。实际设计中，2D绘图工作中包括抄图，但重要的是创建新结构的图形表达方法。譬如说设计一根车床主轴，在开始构思时，说不准应有几段台阶，各有多长。开始制定的粗略数据，很可能在以后的设计过程中被修改得面目全非，只是到了设计快结束时，主轴的参数才真止明确下来，所以说实际上零件具体参数并不是在设计一开始就能确定的。一般的设计过程，总要经过方案草图、装配草图、拆零部件图、正式总装图这样的四部分绘图工作。因此说 2D 图形绘制的方法是辅助绘图而非辅助设计。因此工程师盼望着 CAD技术在辅助设计方面的用处。实际上AutoCAD在2D图形处理中的几何设计功能极强，精度也非常可靠，在掌握了操作技巧或者用不太复杂的 AutoLISP程序辅助一下，就能解决许多数学解析法难以解决的工程数据求解问题，所以笔者认为，"Design设计"才是应用 CAD 的真正益处，它能有效地提高设计质量。三、从三维开始设计是必然趋势人在现实生活中看到的3D实体，是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、位置等概念的实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的3D实体。由于以前的表达手段有限，在机械制图中人们不得不共同约定了与第一象限平行正投影的规则，用几个相关联的2D投影图表达自己的3D设计。这种信息表达是不完整的，而且绘图、读图要经过专门训练，如果能直接从 3D概念开始设计，这样的 3D模型就能表达出设计构思所需的全部几何参数。只有从三维开始设计，CAD软件对设计的辅助作用就会很容易扩展和贯穿到产品开发全过程。四、三维CAD技术应用的几点思考 1.掌握和运用3D设计软件是有难度的据笔者的经验，高职学生年轻，学得快但用得不好；面向企业经验丰富的工程师，大多数己不适应按 3D概念进行设计构思，他们用平行正投影表达 3D实体的思考方法己根深蒂固了。在学习3D设计软件之前，针对高职学生就是首先要解决基础知识和技术准备的问题。 2、任课教师本身的水平和经验不够，这可能是教学中最致命的问题比起 2D图形处理来说，3D设计更需要进行培训，不少学生用AutoCAD画2D图相当熟练，但在进入 3D设计时，无论从概念还是造型技巧上，都感到相当生疏。高职院校应该加人资金投入，对任课教师培训，使他们尽早成为“双师型”。