1 CAD技术的发展前景
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)。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。
2 机械设计的基本要求
机械的类型很多,但其设计的基本要求大致相同。主要有以下几点。
2.1 满足预定功能的要求
这是指能够按照预期的技术要求顺利地执行机械的全部职能,如机器工作部分的运动形式、速度、运动精度和平稳性、需要传递的功率,以及某些使用上的特殊要求(如耐高温、防潮等)。
2.2 满足经济性要求
机械的经济性是指在设计、制造上成本低,使用上效率高,能源和辅助材料消耗少,维护及管理费用低等。在产品整个设计周期中,必须把产品设计、制造及使用三方面作为一个系统工程来考虑,用价值工程理论指导产品设计,正确使用材料,采用合理的结构尺寸和工艺,以降低产品的成本。
2.3 满足工艺要求
设计机器时应尽量减少零件的数量,尽可能地采用标准件,使装配及维修简单等。
2.4 满足劳动保护要求
操作方便有利于减轻操作人员的劳动强度,能实现对操作人员的防护,保证人身安全和身体健康。对于技术系统的周围环境和人为导致造成污染和危害,同时要保证机器对环境的适应性。
2.5 满足其他特殊要求
必须考虑有些机械由于工作环境和要求不同,而对设计提出某些特殊要求。例如,药品、食品和纺织机械要求防止产品污染,航空航天机械要求减轻质量等。
3 机械设计的一般过程
机械设计方法很多,既有传统的设计方法,也有现代的设计方法。由于各种机械的用途、性能要求不同,设计的具体条件不同,导致设计的步骤和方法也不完全一致,但一般过程和内容是基本一致的。
3.1 机械产品设计过程的几个阶段
机械设计的过程通常可分为以下几个阶段。
(1)提出和制定产品设计任务书。设计任务书通常是人们根据市场需求提出,通过可行性分析后确定的,其中包括产品的预期功能、有关指标和限制条件等。
(2)总体方案设计。在满足设计任务书的前提下,由设计人员提出各种设计方案并进行分析比较,从中选择最佳方案。
(3)技术设计。在既定设计方案的基础上,完成机械产品的总体设计、部件设计和零件设计等,设计结果以工程图及计算书等技术文件的形式表达出来。
(4)样机的试制和鉴定。根据技术设计提供的图样和技术文件进行样机试制,并对样机进行试运行,检测样机是否达到设计要求。把发现的问题反馈给设计人员,经过修改完善,最后通过鉴定。
(5)产品的正式投产。根据鉴定结论,使样机定型。然后,再由生产条件和市场状况确定生产数量。
3.2 机构零件设计的一般步骤
当机械的总体方案已经确定,运动学和动力学计算完成后,就要进行主要零、部件的设计。机械零件设计的一般步骤如下。
(1)根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定零件的载荷。
(2)根据零件工作情况的分析,判定零件的失效形式,从而确定其计算准则。
(3)进行主要参数的选择,选定材料,根据计算准则求出零件的主要尺寸,考虑热处理及结构工艺性等。
(4)进行结构设计。
(5)绘制零件工作图,制定技术要求,编写计算说明书及有关技术文件。
对于不同的零件和工作条件,以上这些步骤可以有所不同。此外,在设计过程中,这些步骤又是相互交错、反复进行的。
3.3 设计过程中的注意事项
产品设计过程是智力活动过程,它体现了设计人员的创新思维活动,设计过程是逐步逼近解决方案并逐步完善的过程。设计过程中还应注意以下几点。
(1)设计过程要有全局观点,不能只考虑设计对象本身的问题,而要把设计对象看作一个系统,处理“人—机—环境”之间的关系。
(2)善于运用创造性思维和方法,注意考虑多种方案的解,避免解决问题的局限性。
(3)设计的各阶段应有明确的目标,注意各阶段的评价和优选,以求出既满足功能要求又有最大实现可能的方案。
4 CAD技术在机械设计中的应用
4.1 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Auto CAD的三维实体造型模块中,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。
4.2 实体装配图的生成
在零件实体构造完成后,利用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C A D软件的三维编辑功能实现。
4.3 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C A D/C A M/C A E,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具C A D/C A M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。
摘要：CAD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,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(CAM)和产品数据管理技术(PDM)及计算机集成制造系统(CIMS)集于一体。
关键词：智能,零件设计