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1、XXXXXX 学校学校XXXX 办学点毕业论文办学点毕业论文课题名称：CAD 技术在生产中的应用专 业： 班 级： 学 籍 号： 学生姓名： 导师姓名： 提交日期： 1CAD 技术在生产中的应用(姓名)摘要：摘要：在机械设计中引入 CAD 技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低 的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。关键词关键词：机械设计；CAD 技术一、CAD 技术的发展CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算 机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的 设计与分析，达到理想的目的，
2、并取得创新成果的一种技术。自 1950 年计算机 辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航 空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助 制造技术（Computer Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术 （Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Integrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 ， 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决 定着产品 75%的成本。目前，CAD 系统已由最初的仅具
3、数值计算和图形处理功能 的 CAD 系统发展成为结合人工智能技术的智能 CAD 系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21 世纪，ICAD 技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对 市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能 CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统 完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符 号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有 限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能 分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。二
4、、三维 CAD 技术在机械设计中的优点 通过实际运用三维 CAD 系统软件，体会到三维 CAD 系统软件比二维 CAD 在 机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点。 （一）三维设计形象、直观。 设计人员在设计零件时原始设想是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动 关系的三维实体。由于以前的绘图手段有限，人们很难在图纸上将设想的零件 表达成立体图形，不得不遵循共同的标准用正投影法形成的二维视图来表达自 己的三维设想。现在随着 CAD 软件的不断发展，现在能够在软件的支持下，直 接由思维中的三维模型开始设计，其最直接的好处就是三维设计形象、直观， 设计结构的合理性让人一目了然，且能非常直观方
5、便的进行干涉检查，甚至可 以作运动干涉分析。 （二）可实现参数化、变量化设计。 参数化及变量化设计是三维设计的基本思想。传统的 CAD 绘图软件都是用 固定的尺寸值定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而2且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进三维设计中的参数化和变量化 设计模块，使得零件的设计可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改，在装配 设计中可以用参数化和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特征形状 和尺寸之间的关系，使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时，其他相 关零部件的结构与尺寸也随之改变。这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工 作量。 （三）可以实现 CA
6、D/CAM 集成。 狭义的 CAM 指应用 CAM 技术进行数控程序的生成、数控代码经通讯接口传 输到数控机床，进行数控加工。传统做法是在 CAD 中完成设计任务，由绘图机 输出图纸，再由人工根据图纸进行数控加工编程。由此在 CAD 和 CAM 中存在二 套同样零件数据，易导致管理上的混乱；且在 CAM 中二次定义产品数据易产生 误差和失误。利用三维设计可实现 CAD/CAM 集成，使 CAM 直接取 CAD 信息进行 加工，即产品从设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化，保证加工的产 品与设计精确的吻合。 （四）可对重要零件进行有限元分析与优化设计。 优化设计对于形状、受力复杂的重要零件，
7、在运用传统的设计方法进行设 计时，由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近，为保证零件工 作的可靠性，往往要加大安全系数，使设计出的零件粗大笨重。目前常用的三 维设计软件都设有与有限元分析软件的接口，因此重要的零件经参数化三维造 型设计后即输入到有限元分析软件当中，自动生成有限元网格并进行应力变形 等分析，同时可对不同的工况进行对比分析。 三、CAD 技术在机械设计中的应用（一）零件与装配图的实体生成1.零件的实体建模。 CAD 的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具 有实体建模功能的 CAD 软件中,都有一些基本体系。如在 AutoCAD 的三维实体造 型模块
8、中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状 体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体, 对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出 零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生 的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三 维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然 后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差 等得到所需要零件的三维实体造型。2.实体装配图的生成。 在零件实体构造完成后,利用
9、机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位 置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用 CAD 软件的三维编辑功能 实现。3（二）模具 CAD/CAM 的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数 控机床和加工中心,从人工设计和制图到 CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计 算机化方向发展。同时,模具 CAD/CAM 技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几 乎覆盖了整个现代制造技术。一个完整的 CAD/CAM 软件系统是由多个功能模块 组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分 析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基
10、础,进行统一管理,而实体造型 是工程数据的主要来源之一。（三）机械 CAE 软件的应用 机械 CAE 系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价 与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD 技术在解决造型问题后,才能由 CAE 解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、 碰撞问题和动态特性等。 四、CAD 前沿技术与发展趋势 （一） 图形交互技术 CAD 软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能 化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的 工作中。因此,智能化图标菜单、 “拖放式”造型、动态导航器等一系列
11、人性化 的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手 势建模等新技术也正在研究之中。 （二）智能 CAD 技术 CAD/CAM 系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智 能的人类创造性活动。智能 CAD/CAM 是发展的必然方向。智能设计在运用知识 化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品 开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、 自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能 做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智 能技术相结合应用到
12、CAD 技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决 新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创 造性。 （三）虚拟现实技术 虚拟现实技术在 CAD 中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可 以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、 方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到 新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟 原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿 真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于 虚拟样
13、机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低 产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为 CAD 技术在电子商务时代 继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品4的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的 CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP 集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械 设计制造业的发展趋势。参考文献 1黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社. 2荣涵锐.新编机械设计 CAD 技术基础M.北京:机械工业出版社,2002. 3徐建平,盛和太.精通 AutoCAD2005M.北京:清华大学出版社,2004. 4葛海霞,刘村.AutoCAD2004/2005 辅助设计M.上海:上海科学普及出版社,2004. 5秦志峰,齐月静,胡仁喜,等.AutoCAD2005 机械设计及实例解析M.北京:机械出版社,2005.
