三維軟件在機械加工中的應用

方 芳

(黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150001)

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三維軟件在機械加工中的應用

方 芳

(黑龍江省機械科學研究院，哈爾濱 150001)

較之二維技術(shù)，三維技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)越性。建立與模型參數(shù)相關(guān)的三維模型加工方案，可有效提高加工效率，保證最終的加工質(zhì)量。在機械加工過程中，積極使用各種三維軟件，可加入設(shè)計者的思想，增強設(shè)計的自由性，提高加工質(zhì)量。通過分析UG軟件在三維機械加工工藝設(shè)計中的應用，探討CAD三維軟件技術(shù)對機械設(shè)計產(chǎn)生的影響及CAE軟件的應用。

三維軟件；機械加工；應用

1 三維技術(shù)概述

較之二維CAD、CAPP系統(tǒng)，三維CAD(計算機輔助設(shè)計)軟件具有形象直觀、設(shè)計變更容易、設(shè)計效率高等優(yōu)勢，傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計正快速邁進三維CAD時代，全三維CAD正逐步成為設(shè)計軟件的主流。三維CAD技術(shù)具有多重強大的功能，包括三維模擬建模及仿真分析等，具有諸多應用優(yōu)勢。例如，較強的易操作性及較高的設(shè)計速度等，可有效提高實際機械加工效率，為工程設(shè)計人員節(jié)省更多的時間。

2 UG軟件在三維機械加工工藝設(shè)計中的應用分析

2.1 UG軟件模塊

UG軟件包含多個功能各異的模塊，有CAD模塊、CAM模塊、CAE模塊和其他模塊等，不同的模塊具有各自獨特的功能和作用。其中，CAD模塊包括建模模塊和外觀造型設(shè)計模塊、裝配模塊、工程繪圖模塊等。而CAM模塊則可以按照已經(jīng)構(gòu)建完畢的三維模型生成相應的數(shù)控代碼，以更好地指導實際的機械產(chǎn)品加工過程。CAE模塊涉及加工過程中的分析及仿真等內(nèi)容，在保證加工質(zhì)量方面具有十分重要的作用。另外還包括一些專用模塊，例如注塑模向?qū)K等，可以滿足不同加工的特殊需要。

2.2 UG軟件在機械加工中的應用

第一，將傳統(tǒng)的用二維工序圖傳達加工信息的方式轉(zhuǎn)換為使用三維實體模型傳達。在利用UG軟件進行機械加工時，可以改變二維加工信息傳達方式，利用三維實體模型進行表達。利用三維技術(shù)，對機械加工不同工序的內(nèi)容予以細化，利用一定的表達方式，將機械加工相關(guān)工藝信息在三維環(huán)境中充分展示出來，從而有效保證零件設(shè)計與工藝設(shè)計的同步性，幫助工作人員清晰直觀地了解加工情況。

第二，快速輸出機械加工工藝卡片。工藝過程卡片的單位是工序，通過卡片可以對模具或零部件的加工(或裝配)過程予以簡要說明。將工藝文件的內(nèi)容填入一定格式的卡片，簡要列出整個零件加工經(jīng)過的工藝路線。工藝過程卡片的內(nèi)容十分簡單，從中可以基本了解整個零件的工藝流程及相應的加工方案等。在利用UG軟件進行機械加工時，可以實現(xiàn)機械加工工藝卡的快速輸出，幫助人們更好地掌握零件加工流程。

第三，NC程序編制或數(shù)控加工數(shù)據(jù)生成。數(shù)控編程(NC programming) 指的是制備數(shù)控加工程序的過程，NC程序的正確性和合理性會對各種機械產(chǎn)品的加工過程及最終加工質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。以往生成NC程序時，大多采用手動生成方式，且需要較長時間的程序驗證。通過三維軟件，可以快速生成NC程式，提高加工效率，且生產(chǎn)過程更靈活、自由、多樣化，可以更好地滿足人們的需求。

第四，運動模擬仿真動畫。以往在生成NC程式后，為了驗證其準確性等，大多需要進行機床空運行等，需要耗費較長的時間，整體效率較低。而如果采取有效方式對NC程序仿真，通過圖形方式，計算機屏幕上模擬出NC的實際加工過程，可以更好地檢查整個程序，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的錯誤，積極進行修改，從而保證機械加工的效率和質(zhì)量。通過三維模擬仿真動畫，可以直觀、快速展示，提高工作效率。通過三維運動模擬仿真動畫，還可以更好地展示各種機械加工產(chǎn)品的動態(tài)效果，模擬機械的外形、材質(zhì)、零部件和內(nèi)部構(gòu)造，立體呈現(xiàn)機械的設(shè)計原理、工作過程、性能特征、使用方式等。

3 CAD三維軟件技術(shù)對機械設(shè)計的影響

3.1 有利于復雜零件體積和重量計算

機械設(shè)備的重量在一定程度上決定了原材料的采購量，關(guān)系著機械制造企業(yè)生產(chǎn)成本的預算情況，而成本預算的準確度又影響著招投標報價的確切性，因此，在設(shè)計圖紙上明確標注設(shè)備的具體重量非常重要。比如，在對一些昂貴金屬設(shè)計零件的重量進行計算時，如果計算得出的重量值小于設(shè)備的實際重量，那么原材料的采購量會因為少于設(shè)備實際需要量，導致設(shè)備鑄造質(zhì)量無法達到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，造成產(chǎn)品報廢，直接損害企業(yè)的經(jīng)濟利益。而在機械設(shè)計中應用CAD三維軟件，利用該軟件對設(shè)計零件進行實心造型，并在此基礎(chǔ)上模擬現(xiàn)實產(chǎn)品，準確得出三維實體的質(zhì)量及體積等參數(shù)，相比于以往人工列公式計算參數(shù)，CAD三維軟件技術(shù)的應用能夠有效提高工作效率，降低計算結(jié)果誤差，為企業(yè)的生產(chǎn)提供了更加科學合理的理論依據(jù)。

3.2 有利于企業(yè)現(xiàn)場演示設(shè)計成果

企業(yè)通過參加各種產(chǎn)品展示會來加大產(chǎn)品的推銷力度，展示企業(yè)實力，但是對于機械企業(yè)來說，實體產(chǎn)品通常要占用較大的空間，給企業(yè)參會展示活動帶來了極大不便，即使可以把產(chǎn)品直接放在展示會場中，參觀者也會無法直觀看到機械的內(nèi)部構(gòu)造，不能充分了解產(chǎn)品。一些企業(yè)可能會利用錄像及照片等進行產(chǎn)品展示，但是往往會受到現(xiàn)場環(huán)境、燈光等限制，極大削弱了產(chǎn)品宣傳效果。還有一些企業(yè)不惜花費大量的精力制作縮小實體模型以供展示，但是這樣企業(yè)花費的成本很高。如果將CAD三維軟件技術(shù)應用到產(chǎn)品演示中，利用該軟件繪制一個實體模型，并在計算機上進行演示，就可以讓用戶充分了解并接受設(shè)計產(chǎn)品。如果客戶想要在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行改動和調(diào)整，設(shè)計工作者還可以利用CAD三維軟件進一步為客戶設(shè)計出使其滿意的產(chǎn)品。對于一些結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品部件來說，利用CAD三維軟件中的三維剖視圖命令，可以將產(chǎn)品的內(nèi)部構(gòu)造完全展示出來。CAD三維軟件具有圖像和動畫功能，企業(yè)還可以將其與其他動畫軟件結(jié)合起來，更加形象地展示產(chǎn)品構(gòu)造，進一步提高產(chǎn)品的推廣和營銷效果。

3.3 縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計效果

隨著CAD三維軟件技術(shù)在機械設(shè)計行業(yè)中的普及，在提高機械設(shè)計效率的同時，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期和計算機輔助制造樣機的周期。另外，CAD三維軟件技術(shù)輔助設(shè)計結(jié)果更具立體感，極大提高了虛擬現(xiàn)實的可能性，使人們置身于真實的產(chǎn)品模擬環(huán)境中，更加直觀地檢驗產(chǎn)品性能。CAD三維軟件技術(shù)還能模擬產(chǎn)品的具體生產(chǎn)工藝過程，增強機械生產(chǎn)計劃的科學性，及時發(fā)現(xiàn)機械設(shè)計中存在的問題，并采取有效措施糾正錯誤。

4 在機械設(shè)計CAE軟件中的應用

機械設(shè)計需要用到CAE軟件，該軟件作為一項重要的計算機輔助工程，能夠進一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，縮短設(shè)計時間，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中存在的弊端，制定出科學合理的解決方案。在機械設(shè)計中采用CAD三維軟件技術(shù)將零部件的尺寸全部計算完成、確定零件造型并建好模型后，可以利用CAE軟件對機械設(shè)計方案的合理性進行進一步分析，以提高零件尺寸計算的精確度，保證機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，盡可能避免機械在使用過程中出現(xiàn)較大的磨損，從而有效延長機械的使用時間。

[1] 焦永和.機械制圖[M].北京：北京理工大學出版社，2015.

[2] 南京航空航天大學.工程圖學習題集[M].北京：科學出版社，2015.

[3] 大連理工大學.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4] 杜文豐.AUTO CAD2005中文版機械制圖[M].北京：北京大學出版社，2016.

[5] 郭玲文.AUTO CAD2005(中文版)實用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

Application of 3D software in machining

FANG Fang

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science, Harbin 150001, China)

Compared with the two-dimensional technology, three-dimensional technology has a very obvious superiority. The three-dimensional model processing scheme related to the model parameters can be established, which can improve the processing efficiency and ensure the final processing quality. In the process of machining, the designer′s ideas can be integrated to enhance the freedom of design and improve processing quality. By analyzing the application of UG software in 3D machining technology design, the influence of CAD three-dimensional software technology on mechanical design and the application of CAE software are discussed.

Three-dimensional software; Machining; Application

2017-01-27

方芳(1977-)，女，工程師。

TP391.72

A

1674-8646(2017)08-0170-02