郭文杰

摘要：利用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，可促進(jìn)機(jī)械行業(yè)自身的進(jìn)步與發(fā)展， 亦可以有效地縮短設(shè)計制造期限，提高工作效率，降低企業(yè)成本。本文以Autocad為操作平臺，針對機(jī)械零件設(shè)計過程中的建模難點技術(shù)予以剖析，形成了以基本三維圖元為單位的布爾運算建模法、以二維圖元為基體進(jìn)行三維編輯建模等多種行之有效的建模新技術(shù)，極大地提高模型創(chuàng)建效率。

關(guān)鍵詞：Autocad；機(jī)械設(shè)計；建模技術(shù)

中圖分類號：TP39172文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.004

0引言

CAD三維技術(shù)的設(shè)計功能十分強大，設(shè)計優(yōu)勢相當(dāng)明顯。具有廣泛、普遍、簡潔、智能化等特征，隨著CAD產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，其機(jī)械設(shè)計的能力得到提升，有效縮短了機(jī)械零件的設(shè)計周期和裝配調(diào)試時間。也可將已經(jīng)設(shè)計完成的機(jī)械設(shè)備按照新的技術(shù)要求和生產(chǎn)加工設(shè)備的具體實際，進(jìn)行及時更新、調(diào)整與重塑，提高了機(jī)械設(shè)備以及各類零部件的可塑性與可變性。CAD技術(shù)的模擬裝配環(huán)境可依據(jù)機(jī)械運轉(zhuǎn)時存在的實際問題，在軟件中查找對應(yīng)的區(qū)域，在不拆卸零部件的情況下，進(jìn)行分析，找到問題根源，依據(jù)癥結(jié)準(zhǔn)確對相關(guān)零部件進(jìn)行修正。通過CAD技術(shù)可清晰的展示出機(jī)械內(nèi)部各零部件之間的內(nèi)在關(guān)系，及其各自的結(jié)構(gòu)特點，若預(yù)運行后，存在不合理的干涉或碰撞等現(xiàn)象時，可以及時的查找問題根源并加以更正。同時，CAD技術(shù)先進(jìn)的設(shè)計理念與設(shè)計方式，保證了整個機(jī)械產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量。

1CAD技術(shù)要基于力學(xué)原理

1.1零件設(shè)計要與受力分析、強度校核有機(jī)結(jié)合

不論是動力部分、傳動機(jī)構(gòu)、還是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在組合為一個整體的機(jī)械后，各個零部件又相互聯(lián)系，相互制約，每個零部件都要受到外部載荷的作用，外部載荷有均布載荷、集中力等，不同構(gòu)件受到力的多少及部位亦不相同。外力的存在勢必引起內(nèi)力的變化，內(nèi)力又會導(dǎo)致應(yīng)力的存在。致使各零部件發(fā)生形變。零部件的基本形變有拉伸、壓縮、擠壓、剪切、彎曲，或者以兩個或兩個以上的基本變形而形成組合變形。零部件的形變嚴(yán)重影響著機(jī)械的使用壽命。故而在運用CAD技術(shù)進(jìn)行零件或機(jī)械的整體設(shè)計時必須進(jìn)行受力分析及強度的校核。

1.2零件的設(shè)計要符合經(jīng)濟(jì)性原則

企業(yè)通過CAD技術(shù)制作的三維模型，目前大多只是停留在效果圖的階段，只求美觀，實質(zhì)上并沒有進(jìn)行整體的設(shè)計工作，而且缺少相關(guān)的受力分析，材料成本、加工成本、客戶的接受能力，市場需求等考慮甚少，經(jīng)濟(jì)性無從把握。且機(jī)械零件的尺寸、形狀、材料、加工方法、加工工藝、加工精度、安裝位置、裝配關(guān)系、工作環(huán)境等直接影響著零部件或機(jī)械的整體使用壽命和經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械一經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)出來，投放市場，在滿足使用性能的同時，經(jīng)濟(jì)性要求也是設(shè)計人員必須考慮的范疇。

1.3設(shè)計人員的要求

目前，精通CAD技術(shù)的專業(yè)人才相對較少，且CAD系統(tǒng)復(fù)雜多變，想要熟練地掌握這項技術(shù)相對較難。要正確合理運用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，設(shè)計人員必須接受嚴(yán)格的專業(yè)培訓(xùn)，使其熟悉CAD設(shè)計軟件并能熟練操作運用該軟件，代替圖板繪圖工具來進(jìn)行繪圖，將工業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)代化信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以避免在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時方案出現(xiàn)缺陷。

2三維圖元布爾運算建模法

（1）理清思路，大腦構(gòu)建基本模型。根據(jù)設(shè)計理念，理清設(shè)計思路，在大腦中構(gòu)件出所要創(chuàng)建的三維基本體如圖1所示。（2）根據(jù)基本模型創(chuàng)建基本三維圖元。在機(jī)械零件的設(shè)計與生產(chǎn)中，不是某種單一的模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造而成，而是多種常見模型組合而成的。先將三維模型分割成不同形狀的基本模型，然后對相應(yīng)的各個基本模型根據(jù)具體尺寸進(jìn)行三維實體構(gòu)造，隨后利用各類布爾運算等對其進(jìn)行拼接處理，以此形成相應(yīng)的零部件。根據(jù)（圖1）輪廓形狀，對其進(jìn)行分解，該形體中包括圓柱體，長方體兩種基本三維圖元（圖2）。

（3）運算。圓柱體是空心圓柱，需要運用2個圓柱體和1個長方體進(jìn)行布爾差集運算（圖3）；底座需要用11個圓柱體和1個長方體先后進(jìn)行布爾并集和布爾差集運算，其他部分如法炮制。之后，再對需要倒角或倒圓的部位進(jìn)行處理，或依據(jù)與之相配合的零件對尺寸進(jìn)行修改。

（4）布爾并集運算。

經(jīng)過基本圖元運算后的三維模型是各自獨立的單元體，需要對其進(jìn)行布爾并集運算，整合為一個整體零件，達(dá)到（圖1）的設(shè)計效果。一則便于出圖，二則便于加工，三則便于裝配及試運行，便于發(fā)現(xiàn)干涉等不良現(xiàn)象，利于及時排除。降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。

3二維圖元為基體構(gòu)建三維模型

（1）仔細(xì)觀察零件三視圖（圖4），構(gòu)思模型基本框架。通過觀察主視圖與俯視圖的相互關(guān)系，可以判斷出其為一叉架類零件。

（2）整體建模。根據(jù)主視圖定出其截面輪廓形狀，即依據(jù)所給定的確切尺寸，確定零件的長度、高度及形位關(guān)系，其次，根據(jù)俯視圖的寬度定出三維模型的厚度。

（3）局部處理。在整體三維圖元的基礎(chǔ)上，對孔（包括通孔和盲孔）、凸緣、倒圓、凸臺、溝槽等部位，根據(jù)實際尺寸精雕細(xì)琢，在此期間離不開基本幾何體的布爾運算，注意其運算法則即可。模型成型后，再進(jìn)行布爾并集運算。完成后的建模圖如圖5所示。

4輪廓旋轉(zhuǎn)建模法

（1）適用范圍。軸類零件的三維建模，除采用三維圖元布爾運算建模法外，最直接、最行之有效的辦法是依據(jù)主視圖的外輪廓曲線，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)建模。

（2）二維圖元的處理及建模。（圖6）所示的下部為一空心階梯軸狀，先對其三視圖下部進(jìn)行分離，通過復(fù)制，粘貼至二維空間如圖7所示。再根據(jù)三維體的具體結(jié)構(gòu)特點，通過剪切、合并等編輯命令，或用多段線命令描圖處理，使其生成封閉的二維圖形（圖8）， 之后導(dǎo)入三維空間，利用旋轉(zhuǎn)命令繞軸線生成三維模型，期間無需進(jìn)行布爾運算。

5結(jié)語

CAD的輔助設(shè)計作用貫穿在整個機(jī)械設(shè)計的始終，隨著CAD系統(tǒng)的不斷完善，CAD技術(shù)已向智能化、信息交換、信息集成等方向逐步發(fā)展，其強大的設(shè)計功能越來越得以凸顯，并且在優(yōu)化現(xiàn)代機(jī)械零件、分析零件使用壽命、進(jìn)行強度校核等方面也顯示出了其強有力的優(yōu)勢，在當(dāng)今各項科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和完善的大環(huán)境影響下，對計算機(jī)輔助設(shè)計者的計算機(jī)輔助技術(shù)需要和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要同步發(fā)展，設(shè)計者需要不斷學(xué)習(xí)，提升自身的計算機(jī)輔助技術(shù)的知識。在機(jī)械設(shè)計制造過程中，充分挖掘CAD系統(tǒng)潛能，不斷更新設(shè)計理念與設(shè)計方式，不斷探究出符合機(jī)械設(shè)計實際的各種建模方法與技巧，為保證機(jī)械產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量的提高而不懈努力。

參考文獻(xiàn)：

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