摘?要:結(jié)合近年我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系、課程內(nèi)容以及立體化教學(xué)模式的改革和重點(diǎn)課程建設(shè),在學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐中,主要從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法和手段的改進(jìn)等方面進(jìn)行了大膽的改革與實(shí)踐,逐步實(shí)施了從手工繪圖到二維AUTOCAD的應(yīng)用最終到三維CAD的過渡,在提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)方面得到了較好的效果。三維CAD造型技術(shù)也稱建模技術(shù),它是CAD技術(shù)的核心。
關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì);CAD技術(shù);應(yīng)用;發(fā)展趨勢
機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。同時,該課程也是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)必修課。本課程在教學(xué)內(nèi)容方面,著重基本知識、基本理論和基本方法,在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面,著重設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練。在本課程學(xué)習(xí)中,綜合運(yùn)用先修課程中所學(xué)的有關(guān)知識和技能,結(jié)合各種教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)及課程設(shè)計(jì)的基本鍛煉,為順利地過渡到學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程及進(jìn)行專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
一、 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐的現(xiàn)狀
幾個世紀(jì)以來,人們用手工繪圖來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)理念。圖紙作為工程師的語言,為工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員之間進(jìn)行有效的交流帶來極大方便。然而,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,手工繪圖已不能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的要求?,F(xiàn)在,機(jī)械設(shè)計(jì)手段從20世紀(jì)70年代的手工繪圖轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)繪圖,大大提高了繪圖效率和繪圖質(zhì)量。
目前,CAD技術(shù)主要以二維繪圖軟件AUTOCAD為代表,在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中只是教會學(xué)生操作和繪制簡單的零件圖,而用AUTOCAD繪制裝配圖以及進(jìn)行有關(guān)的工程分析是非常不便的且很難實(shí)現(xiàn)。為此,為了能夠方便地繪制裝配圖,在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中逐步地采用了CAXA電子圖版、開目CAD等二維繪圖軟件作為繪圖工具,輔助完成零部件設(shè)計(jì)。當(dāng)前,我國制造業(yè)已全面完成甩圖板工程,二維CAD技術(shù)的普及結(jié)束了手工繪圖的歷史,對減輕人工勞動強(qiáng)度,提高經(jīng)濟(jì)效益起到了很明顯的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展,CAD技術(shù)正從二維CAD向三維CAD過渡,有相當(dāng)一部分CAD應(yīng)用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉(zhuǎn)換,并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。企業(yè)需要掌握三維CAD技術(shù)的專業(yè)人才,掌握三維CAD技術(shù)已成為工科院校畢業(yè)生最基本的要求。因此,在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中采用三維CAD技術(shù),已成為我們現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容和等待解決的問題。
二、 三維CAD關(guān)鍵技術(shù)
三維CAD造型技術(shù)也稱建模技術(shù),它是CAD技術(shù)的核心。從20世紀(jì)60年代至今,三維建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了線框建模、曲面建模、實(shí)體建模、特征建模、參數(shù)化建模、變量化建模,以及當(dāng)今正在研究的產(chǎn)品集成建模、行為建模等發(fā)展過程。三維CAD以三維造型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),只要形成了三維模型,各種二維視圖唾手可得。三維CAD技術(shù)在產(chǎn)品的三維造型、虛擬裝配、工程圖生成、動態(tài)干涉檢驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和動態(tài)仿真、有限元分析等方面帶來了革命性得突破,提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。三維設(shè)計(jì)的真正意義不僅僅在于設(shè)計(jì)模型本身,而是設(shè)計(jì)出模型的后處理工作。
三維CAD技術(shù)主要包括以下內(nèi)容:三維造型/三維設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析/仿真、裝配干涉檢驗(yàn)、三維轉(zhuǎn)二維、圖樣檔案管理等。利用這種全過程的三維CAD系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)以后,不僅使設(shè)計(jì)對象的幾何形狀和性能滿足要求,而且使各方面的指標(biāo)(強(qiáng)度、剛度、重量和成本等)都達(dá)到最佳狀態(tài),這是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工程分析的根本目的。三維CAD符合設(shè)計(jì)者的思維習(xí)慣,可以充分發(fā)揮設(shè)計(jì)者創(chuàng)造力和想象力。三維CAD技術(shù)不僅解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程圖繪制的問題,更重要的是利用三維CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì),所生產(chǎn)的三維零件可以直接與CAE/CAM/CAPP等CIMS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和銜接,是將來實(shí)現(xiàn)無圖樣生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的重要手段。掌握三維CAD技術(shù)的使用,已經(jīng)逐步同使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行文字處理一樣,成為產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)人員的一種基本技能。
三、 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著計(jì)算機(jī)性能的提高,網(wǎng)絡(luò)通信的普及化、信息處理的智能化,CAD三維技術(shù)正向規(guī)范化、智能化、集成化的方向發(fā)展。
(一)規(guī)范化
標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢體現(xiàn)在幾個方面:數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CAD資源的規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)采用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善,它對于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)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?biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)無法完全滿足CAD數(shù)據(jù)交換的要求。目前,參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個世界難題,在STEP標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,相信這一點(diǎn)能有所突破。
(二)智能化
軟件設(shè)計(jì)的采用即是智能化方面的進(jìn)步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們?nèi)ナ褂茫膊辉賹⒄季€面數(shù)據(jù)存儲在一起,而忽略其內(nèi)在聯(lián)系。特征和參數(shù)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(yīng)該更大限度地將工程數(shù)據(jù)概念集成到數(shù)據(jù)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。
(三)集成化
集成化是當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展的又一大趨勢。CAD技術(shù)不是孤立的。首先,它集成了計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)庫、外圍設(shè)備、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及各個應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。同時,它又不斷和CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃)、MIS(管理信息系統(tǒng))、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)以及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(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。如何構(gòu)造在Internet體系上的CAD/CAM集成化系統(tǒng)將會是人們追蹤的熱點(diǎn)。特別是在全球經(jīng)濟(jì)一體化的背景下,并行工程、異地設(shè)計(jì)制造等概念的發(fā)展和應(yīng)用,基于網(wǎng)絡(luò)、基于WEB的協(xié)同設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)大受青睞?,F(xiàn)在已有一些標(biāo)準(zhǔn),如解決異構(gòu)系統(tǒng)平臺的XML和XML-3D,以及解決三維圖形、圖像在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享的VRML標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺,已經(jīng)為我們在互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架下,建立協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同工作的環(huán)境打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]徐剛濤.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008.
[2]葛海霞,劉村.AutoCAD2004/2005輔助設(shè)計(jì)[M].上海:上??茖W(xué)普及出版社,2004.
[3]董超.Auto CAD三維制圖在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī),2004(3).
[4]董云飛.淺談CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2007(7).
[5]趙志.Auto CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].同煤科技,2007(4).
作者簡介:
付志丹,浙江省溫州市,永嘉縣第三職業(yè)學(xué)校。