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CAD技术在机械工艺设计中的应用研究

2018/5/11    来源:互联网    作者: 蔡葛明 雍照章 王华
关键字: CAD 机械工艺设计
文中通过对机械工艺设计中的CAD技术应用现状进行分析,探讨了目前CAD技术在机械工艺设计中的应用存在的问题,以及未来机械工艺设计中的CAD技术的应用方面,对促进机械工艺设计CAD技术的发展具有非常重要的意义。

0 引言

CAD技术是由美国著名的图形应用软件巨头Autodesk软件公司研发的一系列的计算机辅助图形设计软件,该软件自推出以来,由于其操作的便捷性和强大的图形处理功能,受到了众多工程师的亲睐,其面向机械设计推出的一系列的CAD绘图制图软件,极大方便了人们进行各种复杂的机械工艺设计,提高了机械工艺设计的效率。

作为机械CAD技术的行业巨头和代表,从目前Autodesk软件公司推出机械CAD系列绘图和仿真软件来看,这些软件主要是为机械绘图中提供二维或者三维的可视化设计,这些设计都是以计算机为基础,以基础的线条、架构和表面三种基本元素组成,其通过在电脑上采用这三种元素构建复杂的机械数据模型,同时还可以构建复杂的可以重复利用的机械模型,这样机械设计工作人员在计算机上通过CAD软件就可以完成所有的二维和三维的机械没计图样的绘制,同时基于计算机仿真技术,CAD系列软件还提供了各种模型仿真测试工具,可以对其绘制的机械图样进行各种规则检测,帮助机械设计人员更好更高效地完成各种机械设计工作。虽然,目前通过CAD技术已经完全可以取代传统的机械设计中的手工绘图等工作,但是从目前CAD技术发展来看,其技术还有待进一步改进,在机械设计中的应用依然还存在着一定的问题,如设计进一步智能化、简洁化等,这些都是CAD技术在未来还有待进一步改进的地方。因此,全面掌握和了解机械工艺设计中的CAD技术的应用现状,分析CAD技术在机械工艺设计中的未来发展方向,对促进CAD技术在机械工艺设计中的进一步发展和应用具有非常重要的意义。

针对这一背景,本文通过对目前机械工艺设计中的CAD技术发展和应用现状进行分析,总结出了目前CAD技术在机械工艺设计中应用存在的问题,探讨了未来机械工艺设计中的CAD技术的发展方向,对全面了解CAD技术在机械工艺设计中的应用具有非常重要的作用。

1 CAD技术简介

CAD技术是随着计算机信息化发展而快速发展起来的一门计算机应用软件技术,在机械工艺设计领域的应用主要是集中在零配件和相关组装流水线图的生成,如CAD/CAM、CAE等软件的应用。CAD技术其彻底改变了传统的机械工艺设计的模式和方法,通过引入现代面向对象和分布设计观念,有效提高了机械设计的效率。

常用的CAD技术主要是为机械设计人员提供一个可靠的机械绘图环境,其通常将所有的机械图划分为线框模型、表面模型和实体模型三类,在许多的具备机械实体建模的CAD软件中,如Autodesk公司研发的CAD机械绘图软件,其内部都具备了一些基本的机械结构体系,常用的机械结构体系可以方便地帮助机械设计人员快速完成各种机械工程相关的设计工作,极大减轻了其工作负担。如在Autodesk公司研发的CAD10.1软件中,就提供了了常用的6种基本体系结构,即球体、长方体、圆柱体、圆锥体和楔形体,这些基本体系可以满足简单的机械结构图的绘制工作,在绘制简单的机械工程结构图的过程中,工程师只需要将其需要绘制的图形进行分解,将其分解成多个基本体系结构就可以快速完成工程制图。同时,目前的CAD软件通常还可以有效支持各种机械结构的三维模型的建模,工程设计人员可以方便地通过CAD软件完成各种三维工程设计图纸的绘制,并且随着CAD技术的发展,部分CAD软件还具备了直接将已有的二维图样生成三维模型,进而极大地方便工程设计人员进行各种CAD三维模型的设计,如Autodesk公司研发CAD 3D系列软件和插件就可以方便地让工作人员进行各种三维机械模型的构建,这种模型可以和3D打印机进行连接直接生成3D打印文件进行3D模型的打印。

总之,从目前已有的机械工艺设计CAD软件来看,大部分软件主要是辅助设计人员完成二维机械和三维机械制图和仿真工作,提高机械设计人员的工作效率,降低工作难度。

2 CAD技术在机械工艺设计中的应用

从目前CAD技术发展和应用来看,主要集中在以下3个方面,本节将从这3个方面对CAD技术在机械工艺中的应用进行介绍。

1)二维平面图样的开发和设计。二维平面图样的开发和设计,是CAD技术最先进入机械工艺设计领域的一项应用,其通过CAD应用软件提供的强大的图形处理功能,机械设计人员通过操作计算机就可以方便地完成各种机械工艺设计图样的开发,如图1是使用CAD软件进行机械零件的平面图样设计,同时通过该软件平台还可以实现对图样信息和设计信息的自动化管理,极大方便了设计人员进行设计工作,可以将更多的精力放到设计作品的实现和优化上。

基于CAD软件的机械平面设计

图1 基于CAD软件的机械平面设计

2)三维建模和三维仿真测试。这是目前CAD技术在机械工艺设计中的应用主流,随着计算机图形处理技术的提升,以二维图样为基础的CAD技术已经很难满足设计日益复杂的机械工艺的设计工作需要,对CAD技术进一步改进就集中在CAD的三维可视化建模技术,如Autodesk公司在2010年研发和推出的第二代全新的CAD绘图工具套件就集成了三维可视化建模技术,通过三维可视化建模,设计人员可以直接绘制机械零部件的三维模型,或者直接将二维图形直接进行转换,得到与现实非常接近的三维可视化模型,如图2所示,给出了利用CAD软件进行零件三维模型设计,同时设计装配图,相对于传统的机械设计其有了非常巨大的进步。

基于CAD软件的机械零件三维模型及装配设计

图2 基于CAD软件的机械零件三维模型及装配设计

3)设计与生产制造全面整合。从目前CAD技术在机械工艺设计中的应用来看,基本上已经实现了与机械工艺产品的生产的有效整合,通过CAD系列软件提供的插件,需求设计师、方案设计师、CAD图样设计师、工厂生产工程师等可以方便地通过CAD设计出来的图样将其转换为工业生产模型图样,进行各种模型制作和打样和生产工作,极大简化了设计到生产的处理的复杂性和难度,提高了设计人员的工作效率。实现了一个整体的信息化集中设计生产管理平台,如图3所示。

基于CAD软件的自动化机械设计生产制造综合信息平台

图3 基于CAD软件的自动化机械设计生产制造综合信息平台

3 CAD技术在机械工艺设计中的应用存在的问题及解决措施

前文已经对CAD技术在机械工艺设计中的应用现状进行了详细分析,总结了目前CAD技术在机械工艺设计中的应用主要集中在二维平面图样的设计和开发、三维建模和三维仿真测试和设计与生产制造的全面整合三个方面,从这三个方面的设计应用来看,目前CAD技术在机械工艺设计中的应用已经基本上覆盖了从设计到生产的各个环节,但是从目前应用的效果来看,还存在着一定的问题,通过对Autodesk公司研发的系列机械CAD制图设计软件的应用情况来分析,目前CAD技术在机械工艺设计中的应用主要存在以下两个方面的问题。

1)智能化程度低。从目前已有的CAD机械设计应用软件来看,以世界领先的Autodesk系列软件应用来看,其在机械设计绘图领域虽然取代了传统的手工绘图,但是其设计还只是将大部分的工作模式搬到计算机平台上来进行,在此过程中的大部分工作还需要人工来操作计算机完成,其智能化程度非常低,特别是在机械设计检测和设计模式组合方面,这两个方面需要依靠高技术的设计人员的经验来完成,而目前CAD技术还无法解决这些问题。

针对这一问题,主要是通过引入计算机领域先进的人工智能技术和先进的智能分析算法来提升日前CAD机械制图软件的智能性,让大部分的工作交由计算机来完成,从智能分析算法和人工智能技术方面进行突破,进而有效地提升目前CAD技术的智能性,进一步降低设计工作人员的工作量。

2)与生产环节的整合有待进一步加强。从目前CAD应用情况来看,虽然CAD技术在机械工艺设计中的应用已经全面地实现了从设计到生产的整合,但是从目前整合程度来看,各个环节还是脱离,特别是在各个阶段的模型生成过程中,还需要针对不同的生产和设计环境进行模型纠正和重新设计模型,这导致了大量的重复工作,特别是近期的3D打印技术的发展,进一步要求了CAD技术从设计到生产环节的整合,进而对整个设计到生产的整合的紧密性有了进一步的提高。

针对这一问题,主要是从已有的先进的计算机设计技术和生产处理技术出发,如引入先进的3D建模技术和3D打印技术进行整合,利用先进的分布式计算技术来完成整合过程中需要的大量复杂的计算需求,这样就可以有效地解决3D模型整合过程中对计算机性能的要求,进而实现大众化的应用,进一步提高CAD技术在设计和生产环节之间的整合力度,实现快速设计和生产需求。

4 结语

CAD技术作为机械设计领域的一项革命性技术,其引入改变了传统的机械工艺设计的过程,实现了机械工艺没计的计算机信息化,有效提高了机械工艺设计的效率和质量,本文通过研究和分析目前机械工艺设计中CAD技术发展及应用现状,详细分析了目前CAD技术在机械工艺设计中应用存在的问题,并提出了相应的对策,对促进CAD技术在机械工艺中的应用的进一步发展具有非常重要的意义。

责任编辑: 程玥
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