论文部分内容阅读
【摘 要】计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在机械生产中的应用等方面阐述了其在机械设计中的显著优势，并对目前国内企业机械产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。从产品开发的实际需求和产品特点与软件功能出发，对企业应用三维CAD过程提出了改进方案，最后介绍了三维CAD技术发展的趋势。
【关键词】计算机辅助设计；三维CAD；应用
1.概论
开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。那么，CAD技术究竟有怎样的优势，它又是如何在生产中起到积极作用的，而它的发展趋势又是怎样的呢，本文稍后将对以上问题进行浅谈。
计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）应用领域：机械、汽车、航空航天、电子、建筑工程、轻工、纺织、服装、家电、体育、文艺等。
1.1 CAD/CAM在制造业中的应用
變量设计和参数设计。
设计人员可以利用这些功能，方便地完成几何相似，尺寸不同的产品设计工作，形成系列产品。在概念设计的草图打样阶段，设计人员可以利用CAD系统的几何元素定义和编辑功能勾划草图。在设计构思过程中，它将帮助设计人员思考，使之逐步深化、细化。草图构成之后，再逐步添加几何约束条件，尺寸约束条件，最终完成设计工作。
装配。
在装配件——组合件、部件和整台产品的设计中，计算机辅助设计系统的优势更为明显。在装配件设计中，还可以发挥CAD系统的图形功能，对装配件进行空间协调工作。利用干涉检查功能，及时发现干涉部位和干涉量大小，纠正设计中的错误，不必等到原准样机组装时再进行纠正。
逆向工程。
逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。
通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用CAD技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。
数控加工。
从几何建模中获取几何信息，输入加工工艺信息，生成数控加工指令，传输给数控加工装置控制加工过程。
有限元分析。
对机电产品的动静特性进行分析，并进行机电产品性能计算机仿真，寻求出机电产品结构上的薄弱环节。
模具设计。
模具设计模块支持典型的塑料模具设计的全过程，即从读取产品模型开始，到如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、模芯、型腔、滑块、顶块、模架及其标准零部件、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单等。
1.2 CAD/CAM建模路线
随着CAD/CAM技术的发展，在建模技术方面共经历了以下几个阶段：
线框建模-曲面建模-实体建模-参数化特征建模。
1.2.1线框建模
线框建模是指在计算机内部以边、点来描述和表达产品，表示的是产品的棱边。其主要是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分从而构成的立体框架图。
1.2.2曲面建模
曲面建模又叫表面建模（Surface Modeling），是对产品的各个表面或曲面进行描述，从而构造成产品模型的一种建模方法。
1.2.3实体建模
实体建模（Solid Modeling），是通过利用基本体素（如长方体、圆柱体、锥体、球体等）和扫掠体（拉伸体、旋转体、沿导线扫掠体、软管等）及其布尔运算构造几何实体的建模方法，其特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成，并且可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。
1.2.4参数化特征建模
特征是指零件上具有某种特定的功能并能被基本的加工方式加工成形的几何实体，它是工程环境中能运用几何和功能信息进行产品零件造型的关键要素，是集成环境中高层语义信息的载体和基本传输。
1.3常用的CAD/CAM软件
机械类：UG、Pro/E、Inventor、MDT、Solidworks、SolidEdge、AutoCAD
建筑类：Revit、ADT、ABD、天正、中望、园方、AutoCAD
1.3.1 UG（unit graphic）
起源于美国麦道（MD）公司，是一个集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换，它具有很强的数控加工能力，可以进行3轴～5轴联动的复杂曲面加工和镗铣， 逐步成为当今CAD/CAM软件领域最有影响力、最有发展前景的软件公司之一。 1.3.2 Pro/Engineer（Pro/E）
美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation简称PTC）的软件。Pro/E软件以其先进的参数化设计、基于特征的实体造型深受广大用户的喜爱，该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、结构分析、以及模具设计等，用户界面简洁、概念清晰、逻辑性强，比较符合工程技术人员的设计思想与习惯，是目前国内企业和技术人员使用最广泛的CAD软件之一。
1.3.3 CATIA软件
CATIA软件是法国达索公司（Dassault）开发的产品。CATIA独特的装配草图生成工具，支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零部件之间的连接定义，可以快速进行概念设计。该软件具有强大的曲面设计、有限元分析等功能，深受众多飞机、汽车行业企业的欢迎。
2.CAXA數控车曲线生成
曲线生成：（1）点的生成（2）直线的生成（3）圆弧与圆的生成（4）椭圆的生成（5）样条曲线的生成（6）正多边形的生成（7）公式曲线生成（8）二次曲线的生成。
3.结束语
经过长时间的忙碌和不懈努力，我翻阅了大量有关计算机辅助设计方面和机械专业的书籍，通过对这些书籍了阅读，不但完成了所做的毕业设计，还使自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对自己今后的工作有了许多的帮助。在做毕业设计期间，经常会出现一些自己从没遇到过的问题，使毕业设计的制作走到了死胡同。如果没有杨汉嵩老师和李鹏的督促和指导，以及同学们的帮助，凭我一个人的力量，想要完成这次毕业设计是很难的。所以我很感谢杨汉嵩老师和李鹏老师对我的指导和帮助。
【参考文献】
[1]王先逵.计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008.
[2]蔡汉明，陈清奎.机械CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]王隆太.机械CAD/CAM技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2005.
[4]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5]唐承统，阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008.
[6]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007.
[7]魏生民，朱喜林.机械CAD/CAM[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.
【关键词】计算机辅助设计；三维CAD；应用
1.概论
开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。那么，CAD技术究竟有怎样的优势，它又是如何在生产中起到积极作用的，而它的发展趋势又是怎样的呢，本文稍后将对以上问题进行浅谈。
计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）应用领域：机械、汽车、航空航天、电子、建筑工程、轻工、纺织、服装、家电、体育、文艺等。
1.1 CAD/CAM在制造业中的应用
變量设计和参数设计。
设计人员可以利用这些功能，方便地完成几何相似，尺寸不同的产品设计工作，形成系列产品。在概念设计的草图打样阶段，设计人员可以利用CAD系统的几何元素定义和编辑功能勾划草图。在设计构思过程中，它将帮助设计人员思考，使之逐步深化、细化。草图构成之后，再逐步添加几何约束条件，尺寸约束条件，最终完成设计工作。
装配。
在装配件——组合件、部件和整台产品的设计中，计算机辅助设计系统的优势更为明显。在装配件设计中，还可以发挥CAD系统的图形功能，对装配件进行空间协调工作。利用干涉检查功能，及时发现干涉部位和干涉量大小，纠正设计中的错误，不必等到原准样机组装时再进行纠正。
逆向工程。
逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。
通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用CAD技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。
数控加工。
从几何建模中获取几何信息，输入加工工艺信息，生成数控加工指令，传输给数控加工装置控制加工过程。
有限元分析。
对机电产品的动静特性进行分析，并进行机电产品性能计算机仿真，寻求出机电产品结构上的薄弱环节。
模具设计。
模具设计模块支持典型的塑料模具设计的全过程，即从读取产品模型开始，到如何确定和构造拔模方向、收缩率、分型面、模芯、型腔、滑块、顶块、模架及其标准零部件、浇注系统、冷却系统、模具零部件清单等。
1.2 CAD/CAM建模路线
随着CAD/CAM技术的发展，在建模技术方面共经历了以下几个阶段：
线框建模-曲面建模-实体建模-参数化特征建模。
1.2.1线框建模
线框建模是指在计算机内部以边、点来描述和表达产品，表示的是产品的棱边。其主要是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分从而构成的立体框架图。
1.2.2曲面建模
曲面建模又叫表面建模（Surface Modeling），是对产品的各个表面或曲面进行描述，从而构造成产品模型的一种建模方法。
1.2.3实体建模
实体建模（Solid Modeling），是通过利用基本体素（如长方体、圆柱体、锥体、球体等）和扫掠体（拉伸体、旋转体、沿导线扫掠体、软管等）及其布尔运算构造几何实体的建模方法，其特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成，并且可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。
1.2.4参数化特征建模
特征是指零件上具有某种特定的功能并能被基本的加工方式加工成形的几何实体，它是工程环境中能运用几何和功能信息进行产品零件造型的关键要素，是集成环境中高层语义信息的载体和基本传输。
1.3常用的CAD/CAM软件
机械类：UG、Pro/E、Inventor、MDT、Solidworks、SolidEdge、AutoCAD
建筑类：Revit、ADT、ABD、天正、中望、园方、AutoCAD
1.3.1 UG（unit graphic）
起源于美国麦道（MD）公司，是一个集CAD、CAE和CAM于一体的机械工程辅助系统，适用于航空航天器、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG实现了CAD、CAE、CAM之间无数据交换的自由切换，它具有很强的数控加工能力，可以进行3轴～5轴联动的复杂曲面加工和镗铣， 逐步成为当今CAD/CAM软件领域最有影响力、最有发展前景的软件公司之一。 1.3.2 Pro/Engineer（Pro/E）
美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation简称PTC）的软件。Pro/E软件以其先进的参数化设计、基于特征的实体造型深受广大用户的喜爱，该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、结构分析、以及模具设计等，用户界面简洁、概念清晰、逻辑性强，比较符合工程技术人员的设计思想与习惯，是目前国内企业和技术人员使用最广泛的CAD软件之一。
1.3.3 CATIA软件
CATIA软件是法国达索公司（Dassault）开发的产品。CATIA独特的装配草图生成工具，支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零部件之间的连接定义，可以快速进行概念设计。该软件具有强大的曲面设计、有限元分析等功能，深受众多飞机、汽车行业企业的欢迎。
2.CAXA數控车曲线生成
曲线生成：（1）点的生成（2）直线的生成（3）圆弧与圆的生成（4）椭圆的生成（5）样条曲线的生成（6）正多边形的生成（7）公式曲线生成（8）二次曲线的生成。
3.结束语
经过长时间的忙碌和不懈努力，我翻阅了大量有关计算机辅助设计方面和机械专业的书籍，通过对这些书籍了阅读，不但完成了所做的毕业设计，还使自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对自己今后的工作有了许多的帮助。在做毕业设计期间，经常会出现一些自己从没遇到过的问题，使毕业设计的制作走到了死胡同。如果没有杨汉嵩老师和李鹏的督促和指导，以及同学们的帮助，凭我一个人的力量，想要完成这次毕业设计是很难的。所以我很感谢杨汉嵩老师和李鹏老师对我的指导和帮助。
【参考文献】
[1]王先逵.计算机辅助制造[M].北京：清华大学出版社，2008.
[2]蔡汉明，陈清奎.机械CAD/CAM技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]王隆太.机械CAD/CAM技术（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2005.
[4]姚英学，蔡颖.计算机辅助设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2002.
[5]唐承统，阎艳.计算机辅助设计与制造[M].北京：北京理工大出版社，2008.
[6]刘德平，刘武发.计算机辅助设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2007.
[7]魏生民，朱喜林.机械CAD/CAM[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.