姜波 王貴軍

【摘 要】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，簡稱CAD。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD（Computer Aided Design）在生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，本文主要從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械生產(chǎn)中的應(yīng)用等方面闡述了其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的顯著優(yōu)勢(shì)，并對(duì)目前國內(nèi)企業(yè)機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)過程三維CAD系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行了分析。從產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)際需求和產(chǎn)品特點(diǎn)與軟件功能出發(fā)，對(duì)企業(yè)應(yīng)用三維CAD過程提出了改進(jìn)方案，最后介紹了三維CAD技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；三維CAD；應(yīng)用

1.概論

開始于上世紀(jì)50年代后期的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，從最初的僅僅被簡單的作為圖板的替代品到70年代的二維制圖過度到三維建模再到現(xiàn)在的集產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、加工制造、數(shù)據(jù)管理于一體的智能CAD技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)經(jīng)歷了一個(gè)漫長又曲折的發(fā)展歷程。在今天，CAD技術(shù)越來越廣泛的用于生產(chǎn)中。那么，CAD技術(shù)究竟有怎樣的優(yōu)勢(shì)，它又是如何在生產(chǎn)中起到積極作用的，而它的發(fā)展趨勢(shì)又是怎樣的呢，本文稍后將對(duì)以上問題進(jìn)行淺談。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD-Computer Aided Design）指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)作出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)械、汽車、航空航天、電子、建筑工程、輕工、紡織、服裝、家電、體育、文藝等。

1.1 CAD/CAM在制造業(yè)中的應(yīng)用

變量設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)人員可以利用這些功能，方便地完成幾何相似，尺寸不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，形成系列產(chǎn)品。在概念設(shè)計(jì)的草圖打樣階段，設(shè)計(jì)人員可以利用CAD系統(tǒng)的幾何元素定義和編輯功能勾劃草圖。在設(shè)計(jì)構(gòu)思過程中，它將幫助設(shè)計(jì)人員思考，使之逐步深化、細(xì)化。草圖構(gòu)成之后，再逐步添加幾何約束條件，尺寸約束條件，最終完成設(shè)計(jì)工作。

裝配。

在裝配件——組合件、部件和整臺(tái)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。在裝配件設(shè)計(jì)中，還可以發(fā)揮CAD系統(tǒng)的圖形功能，對(duì)裝配件進(jìn)行空間協(xié)調(diào)工作。利用干涉檢查功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)干涉部位和干涉量大小，糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，不必等到原準(zhǔn)樣機(jī)組裝時(shí)再進(jìn)行糾正。

逆向工程。

逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）的過程。

通過數(shù)字化測(cè)量設(shè)備（如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光測(cè)量設(shè)備等）獲取的物體表面的空間數(shù)據(jù)，需要利用CAD技術(shù)建立產(chǎn)品的三維模型，進(jìn)而利用CAM系統(tǒng)完成產(chǎn)品的制造。

數(shù)控加工。

從幾何建模中獲取幾何信息，輸入加工工藝信息，生成數(shù)控加工指令，傳輸給數(shù)控加工裝置控制加工過程。

有限元分析。

對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的動(dòng)靜特性進(jìn)行分析，并進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品性能計(jì)算機(jī)仿真，尋求出機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)。

模具設(shè)計(jì)。

模具設(shè)計(jì)模塊支持典型的塑料模具設(shè)計(jì)的全過程，即從讀取產(chǎn)品模型開始，到如何確定和構(gòu)造拔模方向、收縮率、分型面、模芯、型腔、滑塊、頂塊、模架及其標(biāo)準(zhǔn)零部件、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、模具零部件清單等。

1.2 CAD/CAM建模路線

隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，在建模技術(shù)方面共經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

線框建模-曲面建模-實(shí)體建模-參數(shù)化特征建模。

1.2.1線框建模

線框建模是指在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以邊、點(diǎn)來描述和表達(dá)產(chǎn)品，表示的是產(chǎn)品的棱邊。其主要是利用基本線素來定義設(shè)計(jì)目標(biāo)的棱線部分從而構(gòu)成的立體框架圖。

1.2.2曲面建模

曲面建模又叫表面建模（Surface Modeling），是對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)表面或曲面進(jìn)行描述，從而構(gòu)造成產(chǎn)品模型的一種建模方法。

1.2.3實(shí)體建模

實(shí)體建模（Solid Modeling），是通過利用基本體素（如長方體、圓柱體、錐體、球體等）和掃掠體（拉伸體、旋轉(zhuǎn)體、沿導(dǎo)線掃掠體、軟管等）及其布爾運(yùn)算構(gòu)造幾何實(shí)體的建模方法，其特點(diǎn)在于覆蓋三維立體的表面與其實(shí)體同時(shí)生成，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見邊的判斷，具有消隱的功能。

1.2.4參數(shù)化特征建模

特征是指零件上具有某種特定的功能并能被基本的加工方式加工成形的幾何實(shí)體，它是工程環(huán)境中能運(yùn)用幾何和功能信息進(jìn)行產(chǎn)品零件造型的關(guān)鍵要素，是集成環(huán)境中高層語義信息的載體和基本傳輸。

1.3常用的CAD/CAM軟件

機(jī)械類：UG、Pro/E、Inventor、MDT、Solidworks、SolidEdge、AutoCAD

建筑類：Revit、ADT、ABD、天正、中望、園方、AutoCAD

1.3.1 UG（unit graphic）

起源于美國麥道（MD）公司，是一個(gè)集CAD、CAE和CAM于一體的機(jī)械工程輔助系統(tǒng)，適用于航空航天器、汽車、通用機(jī)械以及模具等的設(shè)計(jì)、分析及制造工程。UG實(shí)現(xiàn)了CAD、CAE、CAM之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換，它具有很強(qiáng)的數(shù)控加工能力，可以進(jìn)行3軸～5軸聯(lián)動(dòng)的復(fù)雜曲面加工和鏜銑， 逐步成為當(dāng)今CAD/CAM軟件領(lǐng)域最有影響力、最有發(fā)展前景的軟件公司之一。

1.3.2 Pro/Engineer（Pro/E）

美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation簡稱PTC）的軟件。Pro/E軟件以其先進(jìn)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征的實(shí)體造型深受廣大用戶的喜愛，該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是針對(duì)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型建立、結(jié)構(gòu)分析、以及模具設(shè)計(jì)等，用戶界面簡潔、概念清晰、邏輯性強(qiáng)，比較符合工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣，是目前國內(nèi)企業(yè)和技術(shù)人員使用最廣泛的CAD軟件之一。

1.3.3 CATIA軟件

CATIA軟件是法國達(dá)索公司（Dassault）開發(fā)的產(chǎn)品。CATIA獨(dú)特的裝配草圖生成工具，支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零部件之間的連接定義，可以快速進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。該軟件具有強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)、有限元分析等功能，深受眾多飛機(jī)、汽車行業(yè)企業(yè)的歡迎。

2.CAXA數(shù)控車曲線生成

曲線生成：（1）點(diǎn)的生成（2）直線的生成（3）圓弧與圓的生成（4）橢圓的生成（5）樣條曲線的生成（6）正多邊形的生成（7）公式曲線生成（8）二次曲線的生成。

3.結(jié)束語

經(jīng)過長時(shí)間的忙碌和不懈努力，我翻閱了大量有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面和機(jī)械專業(yè)的書籍，通過對(duì)這些書籍了閱讀，不但完成了所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，還使自己的專業(yè)知識(shí)和獨(dú)立思考問題的能力有了很大的提高，對(duì)自己今后的工作有了許多的幫助。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些自己從沒遇到過的問題，使畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作走到了死胡同。如果沒有楊漢嵩老師和李鵬的督促和指導(dǎo)，以及同學(xué)們的幫助，憑我一個(gè)人的力量，想要完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是很難的。所以我很感謝楊漢嵩老師和李鵬老師對(duì)我的指導(dǎo)和幫助。

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