梁秀娟，嵇海旭

（廣東海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，廣東 湛江 524008）

在國(guó)內(nèi)，機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)成功引入CAD技術(shù)，結(jié)合CAD技術(shù)的集成化、智能化與敏捷化特征，就基本解決了機(jī)械企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重復(fù)性設(shè)計(jì)、信息資源利用率整體偏低等等問(wèn)題，同時(shí)也通過(guò)技術(shù)水平提升有效縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，滿足經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用前景發(fā)展提升。

1 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)施及機(jī)械制造技術(shù)的集成化創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)

1.1 集成化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展概述

目前的計(jì)算機(jī)集成制造CIMS生產(chǎn)已經(jīng)被認(rèn)定為新世紀(jì)的核心生產(chǎn)方式，其中CIMS生產(chǎn)體系中就囊括了多個(gè)相互關(guān)聯(lián)部分，結(jié)合系統(tǒng)組成主要?jiǎng)澐譃槿蟛糠郑?/p>

第一部分中就引入了CAD技術(shù)，它主要基于工程技術(shù)基礎(chǔ)建立信息系統(tǒng)，其中也包括了計(jì)算機(jī)輔助工程分析CAE技術(shù)，另外還配搭數(shù)控程序編制NCP系統(tǒng)等等；第二部分是管理信息分系統(tǒng)MIS配合經(jīng)營(yíng)管理BM系統(tǒng)。這其中的財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)FM與人事管理系統(tǒng)LM都發(fā)揮了重要價(jià)值作用；第三部分是制造自動(dòng)化系統(tǒng)MAS系統(tǒng)，它其中融入了計(jì)算機(jī)數(shù)控單元CNC、加工中心MC以及柔性制造單元FMS，再配合工業(yè)機(jī)器人Robot就能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)裝配技術(shù)有效應(yīng)用。

可以見(jiàn)得，上述三部分技術(shù)內(nèi)容系統(tǒng)的構(gòu)建充分體現(xiàn)了CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)施及機(jī)械制造技術(shù)的集成化創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力與數(shù)值計(jì)算能力來(lái)輔助工工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析過(guò)程，達(dá)到理想目的效果。在創(chuàng)新成果技術(shù)過(guò)程中，主要基于CAD技術(shù)來(lái)保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率飛速提升，同時(shí)結(jié)合CAM（Computer Aided Manufacturing）技術(shù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)PDM（Product Data Management）體現(xiàn)技術(shù)集成一體化優(yōu)勢(shì)，凸顯CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)械制造技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用效能。

1.2 集成化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)

在集成化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)中，主要應(yīng)用三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中凸顯其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

具體來(lái)講，就是將三維CAD系統(tǒng)軟件與二維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中作比較，體現(xiàn)巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，大體上表現(xiàn)為以下4點(diǎn)。

（1）其零件設(shè)計(jì)趨于便捷化發(fā)展，在采用CAD三維技術(shù)系統(tǒng)過(guò)程中，主要結(jié)合配置環(huán)境設(shè)計(jì)零件應(yīng)用，確保利用相鄰零件位置形式來(lái)設(shè)計(jì)新零件，整個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程方便快捷，能有效規(guī)避單獨(dú)設(shè)計(jì)零件可能導(dǎo)致的裝配失敗問(wèn)題。而在結(jié)合資源查找零件造型過(guò)程中也可以設(shè)置3D動(dòng)畫(huà)演示體系，例如將三維坐標(biāo)直接轉(zhuǎn)換為二維坐標(biāo)展示到屏幕上，確保模型展示生動(dòng)化。這一轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要包含了諸如視點(diǎn)轉(zhuǎn)換、模型轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換、規(guī)范化轉(zhuǎn)換等多個(gè)部分。轉(zhuǎn)換后的模型可以正常顯示在設(shè)備屏幕上，參考圖1。

圖1 三維模型轉(zhuǎn)二維模型示意圖

在模型轉(zhuǎn)換過(guò)程中，需要針對(duì)對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行矩陣變換計(jì)算，結(jié)合模型視點(diǎn)矩陣對(duì)模型視點(diǎn)進(jìn)行變換，有效調(diào)整物體位置，實(shí)現(xiàn)模型物體的位置、姿態(tài)全面轉(zhuǎn)換。在這一過(guò)程中，CAD技術(shù)希望在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，例如將視覺(jué)對(duì)象裁剪開(kāi)，顯示立方體視覺(jué)景象，生成正視投影矩陣，保證投影生成圖像伴隨視點(diǎn)物體距離變化而發(fā)生變化，始終保持物體大小一致，如圖2。

圖2 CAD技術(shù)模型平行投影示意圖

（2）結(jié)合上一點(diǎn)集成化設(shè)計(jì)，要確保裝配零件逐漸朝直觀化方向發(fā)展，設(shè)置資源查找器裝配路徑明確化，記錄不同零部件之間的裝配關(guān)系，確保裝配正確。從這一點(diǎn)看來(lái)，裝配零部件是可以隱藏的，它確保內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體現(xiàn)整機(jī)裝配模型實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)演示優(yōu)化，對(duì)于CAD技術(shù)模型的平行投影運(yùn)動(dòng)形成提出了一定技術(shù)要求。在有效規(guī)避產(chǎn)品生產(chǎn)之后的諸多問(wèn)題同時(shí)，也希望有效滿足檢驗(yàn)技術(shù)要求，做好設(shè)計(jì)更改，提高機(jī)械指導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用效率與價(jià)值。

（3）它縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)生產(chǎn)周期，因?yàn)檫@其中采用到了大量的CAD三維技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間方面有所縮短（縮短至少1/3），這大幅度提高了機(jī)械制造技術(shù)的整體設(shè)計(jì)與生產(chǎn)效率。在這里還運(yùn)用到了三維CAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)容，結(jié)合部分零部件重新設(shè)計(jì)與制造過(guò)程來(lái)調(diào)整信息技術(shù)應(yīng)用，確保機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率大幅度提高3～6倍左右。另外，就是采用了三維CAD系統(tǒng)，基于高度變形設(shè)計(jì)能力來(lái)快速重構(gòu)設(shè)計(jì)模型，如此能過(guò)獲得全新的機(jī)械產(chǎn)品。

（4）它提高了機(jī)械產(chǎn)品的整體技術(shù)含量與產(chǎn)品質(zhì)量。這主要是因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了相互融合，在三維CAD技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，保證有限元受力分析到位，同時(shí)體現(xiàn)產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)水平，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量有所提高。在這一過(guò)程中就采用到了大型數(shù)控加工技術(shù)手段，配合CAD、CAM等等展開(kāi)機(jī)械零件加工過(guò)程，體現(xiàn)出了較好的技術(shù)統(tǒng)一性，在優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量方面也表現(xiàn)突出。

2 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)施及機(jī)械制造技術(shù)的智能化創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)

2.1 智能化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展概述

在CAD機(jī)械設(shè)計(jì)制造的智能化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中，它主要圍繞智能機(jī)械與人類專家組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)展開(kāi)分析，保證系統(tǒng)做到技術(shù)分析、推理、判斷、構(gòu)思與決策到位，滿足智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，體現(xiàn)其極強(qiáng)的“軟”特性。在采用模塊化技術(shù)方法過(guò)程中，則主要希望圍繞智能制造技術(shù)安全性與友好性展開(kāi)分析，提高系統(tǒng)應(yīng)用效能，特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)安全性與環(huán)境優(yōu)化，為資源回收、再利用創(chuàng)造更多可能性。

2.2 智能化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)

在CAD機(jī)械制造技術(shù)智能化創(chuàng)新中，主要利用CAD技術(shù)創(chuàng)建了透明模型，主要對(duì)光線照射折射與反射問(wèn)題進(jìn)行分析，形成透射光，研究光的衰減作用，這一點(diǎn)在機(jī)械制造技術(shù)應(yīng)用方面起到一定作用。比如說(shuō)創(chuàng)建多光源的簡(jiǎn)單局部系統(tǒng)光照模型，在自然情況下對(duì)光源同時(shí)照射、實(shí)際光照效果進(jìn)行分析，保證N個(gè)光源照射機(jī)械制造系統(tǒng)過(guò)程中再形成N個(gè)點(diǎn)光源疊加結(jié)果，同時(shí)考慮光的衰減作用，形成機(jī)械制造系統(tǒng)的光照模型。

另外，在CAD機(jī)械制造自動(dòng)智能化技術(shù)領(lǐng)域中，主要要將CAD技術(shù)與科學(xué)信息技術(shù)有機(jī)融合起來(lái)，更好加入技術(shù)應(yīng)用保證先進(jìn)科學(xué)信息技術(shù)有效應(yīng)用，這其中就包括了專家系統(tǒng)以及智能化管理技術(shù)系統(tǒng)。這些技術(shù)在改善并提高技術(shù)智能化應(yīng)用方面效果突出，最大限度減輕了工作人員的整體工作量與工作壓力。比如說(shuō)，目前的CAD機(jī)械制造自動(dòng)智能化技術(shù)就能夠被應(yīng)用于PDM和CAM等新技術(shù)維護(hù)體系中，它充分依賴于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)完成PDM、CAM新技術(shù)維護(hù)體系操作，這一技術(shù)結(jié)合體也將成為未來(lái)人類學(xué)習(xí)和研究的一個(gè)重點(diǎn)。而伴隨世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和發(fā)展形勢(shì)，CAD集成技術(shù)應(yīng)用程度越高，就越有可能受到國(guó)家和企業(yè)的歡迎。同時(shí)3DAX技術(shù)可以幫助解決異構(gòu)平臺(tái)的問(wèn)題，壓縮繁復(fù)的幾何數(shù)據(jù)，讓多層圖像表現(xiàn)的功能得到體現(xiàn)，3DMAX在CAD的基礎(chǔ)建設(shè)上進(jìn)行更高技術(shù)規(guī)格的轉(zhuǎn)換，能夠在保存CAD設(shè)計(jì)產(chǎn)品中的各種各樣的信息，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的VRML編程軟件可以完成三維圖像的資源共享，為集成化的合作打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)施及機(jī)械制造技術(shù)的敏捷化創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)

3.1 敏捷化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展概述

在CAD機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，主要結(jié)合機(jī)械制造技術(shù)的敏捷化內(nèi)容展開(kāi)設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保技術(shù)應(yīng)用到位，體現(xiàn)CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)以及機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。具體來(lái)講，敏捷化創(chuàng)新技術(shù)就是以虛擬制造技術(shù)作為基礎(chǔ)的，它在現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)中發(fā)揮了重要價(jià)值作用，在系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中需要優(yōu)化相關(guān)發(fā)展水平，結(jié)合現(xiàn)代集成化制造系統(tǒng)展開(kāi)技術(shù)操作，確保虛擬化技術(shù)應(yīng)用到位。

3.2 敏捷化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)

在節(jié)能、降耗并縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期過(guò)程中，需要快速采用各種技術(shù)內(nèi)容，保證建立敏捷化創(chuàng)新技術(shù)并行工程體系，將大量虛擬制造、智能制造、網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)內(nèi)容融入到體系中，保證敏捷化創(chuàng)新技術(shù)能夠被合理融入到CAD機(jī)械設(shè)計(jì)與制造生產(chǎn)技術(shù)體系中。

比如說(shuō)在數(shù)控高速切削機(jī)械加工技術(shù)中就可以應(yīng)用CAD技術(shù)，充分體現(xiàn)其敏捷化、虛擬化技術(shù)優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)講，數(shù)控高速切削加工技術(shù)先進(jìn)、復(fù)雜且系統(tǒng)性較強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)切削技術(shù)，它對(duì)機(jī)床、刀柄、刀具、控制系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等多項(xiàng)指標(biāo)的要求更高，以下談?wù)勊诟鞣N機(jī)械制造過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。在銑削加工機(jī)床中的技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)控高速切削加工技術(shù)主要配合微電子技術(shù)、CNC技術(shù)、新材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)展開(kāi)，在銑削加工機(jī)床中的技術(shù)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，具體來(lái)講包括以下三方面：第一，對(duì)機(jī)床系統(tǒng)的剛性要求較高，在銑削機(jī)床加工制造過(guò)程中，需要提供配合高速供給驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控高速切削加工技術(shù)的發(fā)揮最大化。它要求驅(qū)動(dòng)器的快進(jìn)速度要在40m/min，3D輪廓加工速度也要在10m/min左右，同時(shí)還要為銑削系統(tǒng)提供0.4m/s的加速度和0.3m/s的減速度。第二，對(duì)刀柄和主軸的剛性要求較高，一般要求系統(tǒng)轉(zhuǎn)速要達(dá)到10000～50000r/min，主要基于主軸來(lái)壓縮空氣，冷卻系統(tǒng)，以控制刀柄與主軸二者之間的軸向間隙在0.00762mm以內(nèi)。第三，對(duì)加工工藝的可靠性要求較高，優(yōu)質(zhì)的工藝模型對(duì)切削條件及刀具壽命之間關(guān)系的融合非常關(guān)鍵。能夠有效提升機(jī)床的利用效率，確保即使在無(wú)人操作狀態(tài)下數(shù)控高速切削加工技術(shù)也依然具有較高的安全可靠性。

結(jié)合上述3點(diǎn)可以了解到，某些汽車覆蓋件模具加工一般所涉及尺寸偏大，且由于它是3D型面所以相對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求加工精度較高，切削量也較大，因此可以采用數(shù)控高速切削加工技術(shù)，充分體現(xiàn)CAD技術(shù)的敏捷化與虛擬化特征。以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前罩翻邊模具為例，它的工件材料為CH-1，工件硬度為HB330，外形尺寸為2000mm×1400mm×400mm。要采用涂層硬質(zhì)合金刀具材料對(duì)其進(jìn)行高速切削加工，并配合CAD技術(shù)提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文中重點(diǎn)研究了CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)以及機(jī)械制造技術(shù)中的創(chuàng)新發(fā)展應(yīng)用，希望基于此發(fā)展推進(jìn)傳統(tǒng)制造技術(shù)，融入更多現(xiàn)代化信息技術(shù)與管理技術(shù)理念，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用自動(dòng)化與創(chuàng)新優(yōu)化，滿足當(dāng)前機(jī)械技術(shù)生產(chǎn)要求，充分體現(xiàn)CAD技術(shù)的智能化、集成化與敏捷化、虛擬化優(yōu)勢(shì)。