CAD技术在生产中的应用毕业论文Word格式文档下载.docx

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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：

机械设计；

CAD技术

一、 CAD技术的发展

CAD（ComputerAidedDesign）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（ComputerAidedManufacturing,CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement,PDM）及计算机集成制造系统（ComputerIntegratedmanufacturingsystem,CIMS）集于体。

，

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簌（ICAD）（IntelligentCAD）。

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、 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CAD/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，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。

（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AutoCAD2005[M].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.