CAD技術與機械設計論文.docVIP

XX職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）報告畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè) 班級 姓名 一、課題名稱： CAD技術與機械設計 二、課題應達到的要求：傳統(tǒng)設計中改型設計多，只能改變現有產品中某些尺寸，或只能消化某些產品，仿照生產，因此無法實現創(chuàng)新構思，使得產品從根本上沒有質的飛躍。而三維CAD技術在方案設計階段，充分利用專家系統(tǒng)及現代科技新理論，建立多種機構進行構型對比，立體感強、效果逼真，更能激發(fā)設計人員的新構思。 三、主要工作內容：從制造到創(chuàng)造是任何國家都要經歷的一個發(fā)展過程，隨著中國機械行業(yè)的不斷壯大，越來越多的設計者要從中國制造，而創(chuàng)造就不再是為了解剖或生產某一個零部而設計，而是整體設計整個產品，單純二維技術是不夠的，三維自然必不可少。先進的設計能力才能產生先進的制造企業(yè)。從長遠看，從二維到三維是CAD一個不可逆轉的趨勢 四、主要參考文獻:1 楊勝強.現代工程制圖M.國防工業(yè)出版社，2000 2 胡建生.AUTO CAD應用教程M.機械工業(yè)出版社，2004 3 葉麗明.AUTO CAD基礎及應用M.化學工業(yè)出版社，2002 4 李建勇.機電一體化技術M.科學出版社，2004 5 劉海蘭.工程制圖與機械基礎M.電子科技大學出版社，2001 學 生（簽名） 年 月 日 指 導 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目CAD技術在機械設計中的作用一、選題的背景和意義：CAD技術起源于美國，它經歷了一個由二維設計技術向早期的三維設計技術發(fā)展的過程。因為二維機械CAD技術沒能很好地解決設計中最困難的幾個問題，如：復雜的投影線生成問題、尺寸漏標問題、設計的更新與修改問題等等。所以人們開始向三維設計方向發(fā)展，三維CAD技術也符合人的設計思維習慣，整個設計過程可以完全在三維模型上討論，直觀形象。三維設計能夠直觀反映設計的真實狀態(tài)，通過運動模擬、干涉檢查等數字化分析手段，在設計階段就能避免以往在生產制造中才能發(fā)現的問題。因而三維CAD技術才是真正意義上的計算機輔助設計技術。二、課題研究的主要內容：從制造到創(chuàng)造是任何國家都要經歷的一個發(fā)展過程，隨著中國機械行業(yè)的不斷壯大，越來越多的設計者要從中國制造，而創(chuàng)造就不再是為了解剖或生產某一個零部而設計，而是整體設計整個產品，單純二維技術是不夠的，三維自然必不可少。先進的設計能力才能產生先進的制造企業(yè)。從長遠看，從二維到三維是CAD一個不可逆轉的趨勢。三、主要研究（設計）方法論述：本論文主要建立在掌握AutoCAD的基礎及應用的基礎上，并且了解機電一體化技術的相關知識。介紹CAD技術的背景和發(fā)展！利用AutoCAD進行三維機械設計，與二維CAD設計進行比較，突出三維CAD設計的優(yōu)勢。從而挖掘CAD技術在機械設計中的作用。最后闡述了CAD前沿技術與發(fā)展趨勢！ 四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內 容8.18.4選題，查找、分析資料8.58.6完成開題報告8.78.9查找與CAD有關資料8.108.12介紹CAD的發(fā)展和背景8.138.15闡述傳統(tǒng)二維設計的弊端8.168.18挖掘三維CAD設計的優(yōu)勢8.198.21三維CAD在機械設計中的作用8.228.24簡述CAD前沿和發(fā)展趨勢8.258.26完成初稿，交指導老師審閱8.278.28完善初稿8.298.30完成設計并定稿，答辯五、指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日CAD技術在機械設計中的作用目 錄0. 引言1. 機械CAD發(fā)展的背景61.1現代機械工業(yè)所處嚴峻環(huán)境6 1.2現代機械工業(yè)的基本任務61.3現代機械工業(yè)的基本特點61.4現代機械工業(yè)生產中存在的主要問題62. CAD 技術系統(tǒng)組成和發(fā)展62.1 CAD 技術的系統(tǒng)組成62.2 CAD技術的發(fā)展73. 二維CAD的缺點74. 三維CAD技術在機械設計中的優(yōu)點84.1零件設計更加方便84.2裝配零件更加直觀84.3縮短了機械設計周期84.4提高機械產品的技術含量和質量85. CAD技術在機械設計中的應用85.1零件與裝配圖的實體生成85.2模具CAD/CAM的集成制造95.3 機械CAE軟件的應用96. CAD前沿技術與發(fā)展趨勢96.1 CAD前沿技術97. 結束語10答謝辭10參考文獻11CAD技術在機械設計中的作用摘要：從現代機械工業(yè)所處的嚴峻環(huán)境出發(fā)，論述了CAD技術在我國機械設計中的發(fā)展和背景！揭露二維CAD技術的缺點，從而突出三維CAD技術的優(yōu)勢！進而闡述CAD技術在機械設計中的作用！最后簡述了CAD前沿技術與發(fā)展趨勢！關鍵詞：CAD技術；機械設計英文標題Abstract：Modern machinery industry from the serious environment, discusses the mechanical design CAD technology in our country the development and background. Expose the shortcomings, 2d CAD technology and outstanding 3d CAD technology advantage. And CAD technology in mechanical design .Finally introduced advanced technology and development trend of CAD. Keyword: CAD technology ; Mechanical design 0 引言計算機技術的發(fā)展，帶來第三次技術革命浪潮，隨著計算機輔助設計（CAD）技術則是計算機在工業(yè)領域應用中最為活躍的一支。它集數值計算、仿真模擬、幾何模型處理、圖形學、數據庫管理系統(tǒng)等方面的技術為一體，把抽象的、平面的、分離的設計對象具體化、形象化，它能夠通過“虛擬現實”技術把產品的形狀、材質、色彩，甚至加工過程淋漓盡致地表現出來，并能把產品的設計過程，通過數據管理，實現系統(tǒng)化和規(guī)范化。隨著CAD基礎理論和應用技術的不斷發(fā)展，對CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高。設計人員不再僅僅滿足于借助CAD系統(tǒng)來達到“甩圖版”的目的。而是希望它能從本質上減輕大量簡單煩瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創(chuàng)造性的高層次思維活動中。由于三維CAD系統(tǒng)具有可視化好、形象直觀、設計效率高、以及能為CIMS工程中各應用環(huán)節(jié)提供完整的設計、工藝、制造信息等優(yōu)勢，使其取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)已成為歷史發(fā)展的必然。要加快我國整體經濟水平的提高和發(fā)展、提高制造業(yè)企業(yè)的競爭力,企業(yè)信息化建設是一個有效而非常重要的手段,而CAD 技術是制造業(yè)技術創(chuàng)新的基礎,更是企業(yè)全面信息化的基礎,所以采用CAD 技術是企業(yè)進行全面信息化建設的第一步。但由于多方面的原因和行業(yè)的特殊性,從事機械產品設計和制造的人員并沒有意識到CAD 技術的重要性,這在很大程度上限制了機械產品設計質量和設計效率的提高,從而使機械制造這個CAD 技術最先涉足的最古老的傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展緩慢,嚴重制約了我國整體經濟水平的提高和發(fā)展1機械CAD發(fā)展的背景面對市場全球化和激烈的競爭，從現代機械工業(yè)所處的嚴峻環(huán)境，及其基本任務、特點和存在問題出發(fā)，闡明機械CAD產生的背景。11 現代機械工業(yè)所處嚴峻環(huán)境現代機械工業(yè)面臨著極其嚴酷的外部環(huán)境的挑戰(zhàn)。這些嚴酷的挑戰(zhàn)可歸結為：(1) 科學技術高速發(fā)展；(2) 傳統(tǒng)資源漸見枯竭；(3) 買方市場日益強化。12 現代機械工業(yè)的基本任務機械工業(yè)必須把加快產品的更新和開發(fā)放在第一位，以便在充分利用現代科學技術最新成就的基礎上，按照高效、優(yōu)質、低成本的要求，迅速開發(fā)出滿足買方需求的各種省料節(jié)能的新產品。因此，現代機械工業(yè)的基本任務可以歸納為：(1) 大力開發(fā)新產品；(2) 保證產品質量；(3) 不斷提高勞動生產率；(4) 有效降低生產成本。其中大力開發(fā)新產品是關鍵和核心。13 現代機械工業(yè)的基本特點：(1)多品種小批量生產占主導地位；(2)生產技術和制造系統(tǒng)的柔性化；所謂柔性，即指針對上述特點所必須具有的一種靈活應變的能力或快速響應的能力。生產技術和現代制造系統(tǒng)適應產品變化和產量變化所具有的一種效率。這種效率高，即說明制造柔性好。14 現代機械工業(yè)生產中存在的主要問題由于多品種生產的現代機械工業(yè)生產中占有優(yōu)勢比重，因此多品種生產的現狀可以看作機械工業(yè)生產現狀的一面鏡子。多品種生產存在的問題，實際上反映了整個機械工業(yè)存在的問題。這些問題概述如下：(1)開發(fā)新產品的生產技術準備體制不合理；(2)生產技術和生產組織管理十分落后；(3)規(guī)模大而效益差的全能型企業(yè)模式；(4)整個機械工業(yè)的結構體制不利于發(fā)展零部件專業(yè)化和工藝專業(yè)化。綜上所述，企業(yè)要贏得市場，技術創(chuàng)新是至關重要的，而技術創(chuàng)新主要體現在產品設計的創(chuàng)新。減少在設計工作中的簡單重復勞動，幫助設計者把頭腦中產生的設計形象迅速準確地在計算機中反映出來，使其將注意力集中于富有創(chuàng)造性的設計活動中，從而提高設計的效率和質量，CAD 技術的應用是關鍵。2CAD 技術系統(tǒng)組成和發(fā)展21 CAD 技術的系統(tǒng)組成。CAD 系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件系統(tǒng)是計算機輔助設計技術的物質基礎; 軟件系統(tǒng)是計算機輔助設計技術的核心, 它決定了系統(tǒng)所具有的功能。22 CAD技術的發(fā)展 CAD(Computer Aided Design)是計算機輔助設計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產品的設計效率飛速地提高?，F已將計算機輔助制造技術（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產品數據管理技術（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。 產品設計是決定產品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產品的設計工作決定著產品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結合人工智能技術的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。以智能CAD（ICAD）為代表的現代設計技術、智能活動是由設計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。3二維CAD的缺點 二維CAD與三維CAD進行比較，顯現二維的不足：隨著CAD基礎理論和應用技術的不斷發(fā)展，對CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高。設計人員不再僅僅滿足于借助CAD系統(tǒng)來達到“甩圖版”的目的，而是希望CAD系統(tǒng)能從本質上減輕大量簡單繁瑣的工作量，使他們能集中精力于那些富有創(chuàng)造性的高層次思維活動。由于三維CAD系統(tǒng)具有可視化程度高、形象直觀、設計效率高，以及能為企業(yè)數字化的各類應用環(huán)節(jié)提供完整的設計、工藝和制造信息等優(yōu)勢，目前正在逐步取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)。 以二維形式表達的工程圖是工程技術人員反映其設計思想的語言，工程圖中還包含著一些行業(yè)約定和簡化；同時，由于它通過選擇最合理的投影面、剖切位置和剖切方式來表達零件的幾何和加工信息，因而具有簡單、完整和準確等特點。這種以投影原理為基礎的工程圖能夠表達的零件的復雜性幾乎是無限的，人類近二百年來的實踐充分證明了工程圖表征零件的合理性。此外，也由于經濟實力、技術水平和工作習慣等方面的原因，二維圖紙不會在短期內全部消亡。以下是對二維CAD系統(tǒng)和三維CAD系統(tǒng)的分析比較： (1)三維CAD系統(tǒng)的核心是產品的三維模型。它所表達的幾何體信息越來越完整和準確，能解決“設計”的范圍越廣。產品的三維模型可以直接通過投影生成二維工程圖；三維CAD系統(tǒng)的模型包含了更多的實際結構特征，通過賦予零部件一定的物理屬性，就可以進行產品結構分析和各種物性計算，并為后續(xù)設計制造模塊(如數控加工等)應用，使用戶在采用三維CAD造型工具進行產品結構設計時，就能反映實際產品的構造或加工制造過程，成為實現CAD/CAE/CAPP/CAM集成的基礎。 (2)三維CAD系統(tǒng)具有更高級的造型工具，能夠構造各種復雜的產品形狀，支持產品的裝配設計，實現“自頂向底”和“自底向頂”等設計方法；三維CAD系統(tǒng)采用的三維特征和參數化功能還可以更加準確地表達設計者的設計意圖，使設計過程更加符合設計者的設計習慣和思維方式。 (3)三維造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)集成，支持結構分析的前后處理和設計仿真等復雜設計過程，方便地與工藝和輔助制造系統(tǒng)集成，能提供數控加工所需的信息，如NC代碼，實現CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。 (4)三維CAD系統(tǒng)價格相對較貴；需要巨大的信息存儲空間，對硬件的要求較高；對用戶的知識和操作技巧要求較高，掌握起來比較困難。 可見，三維CAD系統(tǒng)有其自身巨大的優(yōu)越性，隨著計算機軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展，性能價格比的不斷提高，這種優(yōu)越性會越來越明顯4三維CAD技術在機械設計中的優(yōu)點通過實際應用三維CAD系統(tǒng)軟件,筆者體會到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機械設計過程中具有更大的優(yōu)勢,具體表現在以下幾點: 4.1 零件設計更加方便 使用三維CAD系統(tǒng),可以裝配環(huán)境中設計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來,使人一目了然。4.2 裝配零件更加直觀 在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時候,可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達到要求,及時對設計進行更改,避免了產品生產后才發(fā)現需要修改甚至報廢。4.3 縮短了機械設計周期 采用三維CAD技術,機械設計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設計和生產效率。在用三維CAD系統(tǒng)進行新機械的開發(fā)設計時,只需對其中部分零部件進行重新設計和制造,而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息,使機械設計的效率提高了35倍。同時,三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設計能力,能夠通過快速重構,得到一種全新的機械產品。4.4 提高機械產品的技術含量和質量 由于機械產品與信息技術相融合,同時采用CAD CIMS組織生產,機械產品設計有了新發(fā)展。三維CAD技術采用先進的設計方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優(yōu)化設計等,保證了產品的設計質量。同時,大型企業(yè)數控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工,一致性很好,保證了產品的質量。5CAD技術在機械設計中的應用5.1 零件與裝配圖的實體生成 5.1.1 零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中,系統(tǒng)提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件,可通過對其進行結構分析,將其分解成若干基本體,對基本體進行三維實體造型,之后再對其進行交、并、差等布爾運算,便可得出零件的三維實體模型。 對于有些復雜的零件,往往難以分解成若干個基本體,使組合或分解后產生的基本體過多,導致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”,進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。5.1.2 實體裝配圖的生成。在零件實體構造完成后,利用機器運動分析過程中的資料,在運動的某一位置,按各零件所在的坐標進行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。5.2 模具CAD/CAM的集成制造 隨著科學技術的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產技術不斷提高,從普通機床到數控機床和加工中心,從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數字化和計算機化方向發(fā)展。同時,模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現代制造技術。 一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎,進行統(tǒng)一管理,而實體造型是工程數據的主要來源之一。5.3 機械CAE軟件的應用機械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數值分析、結構優(yōu)化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學/運動學仿真等。CAD技術在解決造型問題后,才能由CAE解決設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。6CAD前沿技術與發(fā)展趨勢6.1 CAD前沿技術6.1.1 圖形交互技術 CAD軟件是產品創(chuàng)新的工具,務求易學好用,得心應手。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態(tài)導航器等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術也正在研究之中。 6.1.2智能CAD技術 CAD/CAM系統(tǒng)應用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫,及時準確地向設計師提供產品開發(fā)所需的知識和幫助,智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設計新手也能做出好的設計來,現代設計的核心是創(chuàng)新設計,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中,用智能設計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導解決新產品、新工程和新系統(tǒng)的設計制造,這樣才能使我們的產品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。 6.1.3 虛擬現實技術 虛擬現實技術在CAD中已開始應用,設計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產品,可以從人機工程學角度檢查設計效果,可直接操作模擬對象,檢驗操作是否舒適、方便,及早發(fā)現產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題,及早看到新產品的外形,從多方面評價所設計的產品.虛擬產品建模就是指建立產品虛擬原理或虛擬樣機的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等,基于虛擬樣機的試驗仿真分析,可以在真實產品制造之前發(fā)現并解決問題,從而降低產品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態(tài)企業(yè)聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外,隨著協同技術、網絡技術、概念設計面向產品的整個生命周期設計理論和技術的成熟和發(fā)展,利用基于網絡的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術,實現真正的全數字化設計和制造,已成為機械設計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。6.2 CAD 軟件的發(fā)展趨勢新一代軟件的發(fā)展趨勢主要表現在三方面：6.2.1規(guī)范化(標準化)規(guī)范化(標準化)的趨勢應體現在幾個方面：數據模型的規(guī)范化(標準化) 、數據交換格式的標準化和CAD資源的規(guī)范化等。數據模型應采用STEP標準體系。隨著STEP標準體系的逐步完善，它對于幾何數據、工程數據模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開發(fā)指南?？恳郧暗囊恍藴式涌谝呀洘o法完全滿足CAD數據交換的要求。目前，參數化特征模型的傳輸還是一個世界難題，在STEP標準基礎上，相信這一點能有所突破。這里所說的CAD資源主要是指各種標準符號庫等。它是各國標準和國家標準規(guī)定的，是工程設計中的重要依據。6.2.2智能化特征造型和參數設計的采用即是智能化方面的進步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們去使用，也不再將占線面數據存儲在一起，而忽略其內在聯系。特征和參數的引入使得軟件似乎成為人類(用戶)一個更聰明的助手。CAD軟件應該成為真正的“傻瓜型”軟件。應該更大限度地將工程數據概念集成到數據模型中，例如目前，CAD軟件的特征模型主要是解決零件幾何造型的問題，而對于后續(xù)分析、CAPP和加工的需要還考慮得不夠。智能化的結果也使得計算機更有人情味。6.2.3集成化集成化是當今CAD技術發(fā)展的又一大趨勢。CAD技術不是孤立的。首先，它集成了計算機軟硬件、數據庫、外圍設備、圖形學、網絡及各個應用領域的技術。同時，它又不斷和CAM(計算機輔助制造)、CAPP(計算機輔助工藝流程規(guī)劃) 以及MIS(管理信息系統(tǒng))、PDM(產品數據管理) 、MRP( 制造資源管理)等系統(tǒng)相集成。由于Internet 的發(fā)展，使得這些設想得以實現。如何構造在Internet體系上的CAD/CAM集成化系統(tǒng)將會是