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1、三维CAD在轴承设计中的应用2010-03-2421:03:27来源:作者:【大中小】浏览:51次评论:0条3目前轴承市场竞争激烈,客户需求不断提高,所需产品结构复杂、精度要求高,交货日期短。轴承设计要求严格,内部尺寸之间有严格的配合关系,并且生产工艺复杂,加工精度高,所需的工装图纸不仅数量大,而且加工难度大,尺寸要求严格。通常的设计流程是,先设计出草图,根据草图试生产若干件,再根据试生产的结果修改图纸,反复几遍,才能最终出正式图。这样不但生产周期长,而且因为反复修改模具、工装,导致生产成本较高。如何提高产品的一次设计成功率,降低生产成本,缩短制造周期,从而提升企业的市场反应速度,提高轴承产品
2、的竞争力?在轴承设计中应用三维CAD,较好地解决了这一问题。一、应用三维CAD可以提高轴承产品设计的质量,缩短设计周期,真正做到辅助设计二维CAD虽然可以帮助设计人员把图纸画得规范、漂亮,提高绘图效率,而且以后的图纸修改及管理也很方便,但它与传统的手工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。因此,二维CAD并没有做到真正的计算机辅助设计,只是起到了电子图板的作用。它不能解决设计中最困难的几个问题,如:复杂的投影线生成、尺寸漏标、机构运动关系分析等。使用二维CAD进行产品设计,不但图纸数量较大,而且相互的配合关系只能依靠设计人员的经验
3、严格检查。如果一张图纸出现错误,往往要修改大量的相关图纸，费时费力。而应用三维CAD系统进行产品设计，可以方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型,所有零件的三维模型可以放在一张图内。利用三维CAD提供的工具，可以方便、快捷地对三维模型进行模拟装配和干涉检查，对重要零部件进行有限元分析与优化设计。所有零件的设计缺陷和干涉部位，可以一目了然地发现出来，无需面对数十张二维图纸苦心冥想其中的关联。设计人员的考虑重点将是产品的结构是否合理，产品的功能是否满足要求，无需花费大量精力去考虑产品图线型、剖切位置、投影关系等与产品质量关系不大的因素。生产现场所需的二维工程图纸，可通过三维CAD的三维与二维的关
4、联功能,直接由三维自动生成符合国标的二维工程图纸。以磨擦轮枢轴轴承337029为例，在开发初期用户除了提供一张成品尺寸图外再没有提供任何资料。该产品结构复杂，与标准轴承有很大的区别，是一种轴承组合单元，仅靠该图无法确定各零件的相互尺寸关系，有的技术人员甚至不能想象出该产品的实际形状。如果按照原先产品开发程序，先出产品零件草图，再根据试生产情况调整图纸，然后再试、再调整。每次更改产品图，相应的工装、量具、夹具就要作相应的修改，有的甚至报废，只能重新制作。这样不但产品开发周期长，而且开发成本较高。该轴承在采用三维CAD进行产品设计后，利用三维工具在较短的时间内将该产品在计算机上“立体”表现出来。三
5、维模型将该产品的每一个组件、每一层装配关系都清晰、直观地显示了出来。通过三维模型，设计人员在计算机上对每一个零件进行结构分析和尺寸调整，并通过模拟装配发现不合适的部位及时进行修改。在产品审核时根据修改意见直接做出修改后的模拟显示，以及需增加的零件模型和装配关系，保证了修改后结构的合理性和准确性。审核通过后,根据三维模型直接生成1:1比例的二维产品图,无需再单独绘制,出图快捷准确。相对于传统设计过程,该产品设计时间缩短1/3以上,设计准确性也大大二、应用三维CAD能够减少产品工装修模次数，降低生产成本轴承属精密加工行业,产品加工所需的工装不但数量大、规格种类多,而且加工精度要求很高，制造周期较长
6、。通常的做法是根据产品图和操作图，先用二维CAD一笔一笔地绘出工装草图，然后试制、试装，不合适再修改，反复几次，直到达到工艺要求。这种手工绘图的设计模式，很难用二维图纸去描绘三维空间机构的运动状况，更不要说进行工装装配干涉检查等工作。其工作流程是按顺序进行的，如果在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，就会使工装设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。很多时候是等模具做出来了，对工装进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。这样不但使工装制造费用较高，而且使得产品开发周期延长。而使用三维CAD设计工装,则可以克服这些缺点，直观地看到各组成零件的配合情况，甚至可以通过模拟工装的
7、运动过程，在工装投入制作之前发现不合适的部位及时修改,从而提高了工装设计的准确性,减少了修模次数,从而节省了生产成本,产品制造周期也缩短了。以CY505产品的模具工装设计为例,该工装包括上下模座、导柱、导套、冲头等几十种零件,如果采用原先的设计方法,设计人员只能凭借头脑中的想象去完成二维工程图的设计。可想而知,几十张图纸相互的配合关系仅靠设计人员的经验和细心来保证,这样难以保证设计的准确性。在采用三维CAD后，这一原先复杂、繁琐的工作得以简化:首先,根据产品图和操作图设计模具的零件,在三维环境下,每个零件的外部形状和内部结构细节可以任意角度“展现”在设计者的面前,设计者不需要过多考虑零件的投影
8、、画法等绘图细节,可以将注意力放在零件的功能设计上,相对于二维CAD,真正做到了辅助设计而非辅助画板。在工装设计中,经常要使用相当数量的各种标准件,在传统的图纸设计绘制过程中,这无疑将耗去设计者大量的精力，在应用三维CAD软件后，由于它提供丰富的标准库，包括螺钉、螺栓、螺母、垫圈、销钉、键、弹性密封件、钢型材以及齿轮、钣金的设计等,同时提供各种标准查询、搜索和添加与预览功能，设计者可以将精力完全放在设计本身上。其次，在零件设计完成的基础上进行模拟装配，通过模拟装配发现各零件配合之间是否存在干涉，甚至还可以通过模拟工装的运动情况来发现设计是否合理，根据模拟结果及时调整零件尺寸，避免在工装制造完成
9、后再修改尺寸。这样不但缩短了制造周期，而且因为减少了修模次数，从而降低了制造成本。最后，所有零件设计完毕，根据三维图可以任意选择剖面及投影方向直接生成生产所需的二维图。这一过程是软件自动生成的，设计者无需考虑复杂的投影表达方式，只需给出投影方向和剖切位置，软件就能在很短的时间内输出二维工程图。所生成的二维图比例准确，符合国标，可以直接投入生产使用，这样不但极大地方便了工装的设计过程，而且可以使设计人员将更多的精力用在创造性构思上。三、应用三维CAD能够快速进行变型设计轴承产品系列多,型号多,一个系列又有几十种不同型号,每一个型号产品对应一套产品工装。同系列的产品工装结构基本相同,只是尺寸不同;
10、而不同系列的产品工装虽然结构不同,但工装中的某些零件结构相似,只需稍加改动即可。应用三维CAD可以快速完成工装的变型设计,因为所有零件均以数字样机的形式存放在计算机中,在已建立的数字样机基础上,根据同系列或相近系列产品的不同要求,或修改、或增加、或删除各种结构和零部件,快速准确地完成新工装的设计。基于参数化建模的三维实体设计软件,能够更快速、更经济地完成所要进行的工作,它的装配检查,也可避免以往变型设计中容易产生的碰撞等不合理结构,使变型产品的设计更趋完美。四、应用三维CAD能够提高产品宣传的效果利用三维CAD设计软件的高级渲染功能和动画输出功能,能够把已经设计出的产品和各零部件模型,输出成具
11、有照片级真实感的效果图,或者将产品各部件之间的运动和相互的约束关系以动画的形式表现出来,模拟产品的实际工作状态。通过效果图和动画,无需等到产品制作出来,客户就可以“看到”该产品,从而对设计的产品结构和功能有较深刻的理解,弥补了以往仅利用技术图纸进行产品描述所带来的不便,达到提高客户满意度和树立企业良好形象的目的五、小结工欲善其事,必先利其器”。先进的设计工具能够提高轴承企业的制造水平。CAD从二维绘图转向三维设计，是质的飞跃。应用三维CAD系统进行轴承产品开发,从根本上改变了过去手工绘图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式，其设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品，大大提高了产品设计的一次成功率，从而不仅缩短了轴承的设计周期，提高了设计质量，而且降低了生产成本。这必将提高轴承产品的竞争力，使企业在激烈的市场竞争中获得生存与发展。
