摘要 渐开线齿轮由于能保证特定传动比、受力方向不变等优点，而广泛应用于各种通用机械中，但因其齿廓形状和轮体结构复杂多变而成为三维造型技术的难点。常规齿轮设计过程烦琐：齿轮轮廓线的生成需要大量的计算过程；轮廓线的绘制，需要通过关系式控制；齿轮种类较多，不同类别绘制方法不同。本论文主要论述了基于SOLIDWORKS开发平台，进行齿轮参数化实体模型设计的过程，应用其工具包开发了齿轮参数化设计系统，通过创建的对话框修改齿轮参数，例如模数、齿数、齿宽、压力角、变位系数等，可以得到相应的渐开线齿轮，从而满足设计要求。实际应用表明该系统可以大幅度提高工作效率。该系统的建立方法亦可应用于其他零件的参数化设计 关键词：SOLIDWORKS；齿轮；参数化设计；建模
Abstract Involute gear due to the difficulty to ensure specific transmission ratio, the force direction constant, etc., are widely used in a variety of general machinery, but because of its complex and changing the shape of the tooth profile and wheel structure a three-dimensional modeling techniques. There are some inefficient aspects in gear design, such as a lot of work should be needed in process of getting the gear profile; it is hard to draw the gear profile without equation; Different kind of gear needs several kinds of methods to build. It isbased on SOLIDWORKS platform. Through changing the gear parameters in the application interface, such as modulus, number of teeth, tooth width, pressure angle, variable coefficient, etc, the corresponding involute gear to meet the design requirements can be gotten. The application shows that the system can greatly improve efficiency. The establishment of the system method can be applied to other parts，is not confined to the parameters of gear design. Keyword s：SOLIDWORKS;Gear;Parametric Design;Modeling
ProE实训报告 1、实训目的 Pro/E是一个全方位的三维产品开发软件，整合了零件设计、装配设计、钣金设计、工程图制作、机构设计/分析、动作制作、逆向工程、简易模流分析等功能于一体，广泛应用于3G产品、汽车电子、通信、机械、模具、工业设计、家电、玩具等行业，是模具专业学生必须掌握的一门专业课程。 通过本次对实体造型、曲面造型、装配、工程图制作、机构仿真及动画制作的实训，深入了解Pro/E的核心设计思想、特点和典型应用，并能熟悉的进行操作。 2、实训任务 （1）了解Pro/E的核心设计思想、特点和典型应用； （2）掌握边和面的选取方法； （3）理解面的方向；理解视图方位、草绘平面和参考平面； （4）熟悉掌握草绘方法和技巧； （5）清楚各种基准特征的用途，并熟悉掌握基准特征（基准点、基准曲线、基准面、基准轴、基准坐标系）的创建方法； （6）熟悉掌握基础特征（拉伸、旋转、扫描、混合、螺旋扫描等）的创建方法； （7）熟悉掌握工程特征（孔、抽壳、拔模、倒角、倒圆角、筋）的创建方法； （8）熟悉掌握特征编辑方法，包括删除、编辑、插入、重排、镜像、复制、变换和阵列； （9）掌握各种装配方法，包括一般装配、重复装配和使用元件界面装配等，并能进行元件操作； （10）使用参数和关系式创建参数化模型（齿轮）； （11）掌握族表的使用方法（顶针和螺丝）； （12）熟悉掌握工程图（视图、尺寸、公差、粗糙度等）的创建； （13）掌握一些实用功能，如层、颜色与外观、视图管理器、测量与分析等； （14）掌握环境配置与模板； （15）简单机构运动分析（曲柄滑块机构和风扇）； （16）简单动画制作； （17）掌握各种创建曲线和曲面的方法，重点掌握边界混合、可变剖面扫描及造型曲面。 3、实训要求 （1）认真对待本次实训，准时参加实训，不迟到、不早退；爱护学校公物，不得损坏机房电脑及其它设备；充分利用实训时间，不得在实训期间上网，打游戏。 （2）完成指导书所有的习题。 （3）实训结束后，需完成并提交实训报告一份。
CAD／CAM发展史 姓名：刘炳学号：201115010109 机械工程学院机械设计制造及其自动化专业机自11101班 指导老师：何哲明 摘要：CAD/CAM是计算机辅助设计与计算机辅助制造的英文缩写，它的英文全称是“Computer Aided Design and Computer Aided ManufacturingComputer ”CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其糸统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计、数控加工编程(NCP)、仿真模拟及产品数据管理等内容。随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到广泛应用，计算机及网络技术的发展，使CAD/CAM从技术到产品都发生了革性的进步。目前，机械CAD和CAM技术已被广泛应用于机械、电子、航天、汽车、船舶、航空、轻工等各个领域。 关键词：CAD/CAM的基本概念、组成及基本类型、基本功能、软硬件配置和CAD/CAM 技术的发展 一CAD的发展史 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。世界上最早的CAD系统是由美国麻省理工学院于1962年推出“SKETCHPAD”计算机图示设计系统, 1965年由Niller发展成为第一个用于民用工程的ICES综合设计系统, 同年, 美国洛克希德公司组成专门小组, 花费了100人年的工作量, 于1972年完成了一个用于飞机设计的交互式图象处理系统, 名为CADAM, 它能绘制工程图, 并能进行分析计算, 并产生数控加工纸带, 这可能是世界上最早CAD/CAM系统了。 CAD技术的发展和形成至今有50多年的历史了，自20世纪50年代在美国诞生了第一台计算机绘图系统－DAC-I，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术，即CAD技术。到目前，CAD的发展经历了四次技术革命。 第一次CAD技术革命──曲面造型技术，在60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统，它只能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。进入70年代，只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。随着贝塞尔算法的出现，使人们利用计算机处理曲线及曲面问题变得可行，同时也使得法国达索飞机制造公司的开发者能在二维绘图系统CAD/CAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CA TIA，它标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息的方式。 第二次CAD技术革命──实体造型技术，从70年代末到80年代初，随着计算机技术的前进，同时在CAD技术方面也进行了许多开拓，1979年世界上出现了第一个完全基于实体造型技术的大型CAD软件──I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于CAD的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD 技术的发展的方向第三次CAD技术革命─—参数化技术，在实体造型技术逐渐普及时，CAD技术的研究又有了重大进展。在80年代中期，以PTC的Pro/Engineer为代表的系统帅先使用了参数化实体造型方法。它主要有以下特点：基于特征的设计、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零
基于UG的圆锥齿轮三维参数化设计方法的研究 吴平良孙江宏 （北京机械工业学院机械工程系，北京100085） 摘要：利用UG的尺寸相关性和表达式工具，通过矩阵变换的方式，给出了借助该软件进行直齿圆锥齿轮的三维参数化设计的通用方法。并按照该理论与方法，结合渐开线直齿圆锥齿轮，从计算机实现的角度提出了可行的步骤与方案，最后总结了该方法的优缺点。该方法可以推广到所有的圆锥齿轮实体设计中。 关键词：UG；参数化设计；表达式 中图分类号：TH391.72 文献标识码：A 齿轮设计是机械设计和计算机辅助设计中的一个主要问题。如何提高设计效率和保证设计精度，一直是当前三维实体设计和虚拟样机设计中的难点所在。从目前的文献看，主要集中在直齿圆柱齿轮和斜齿轮的三维设计方面，如文献[1]中3种生成方法和文献[2]提出的CAXA生成方法、文献[3]提出的AutoCAD二次开发法，文献[4]提出的Solid Edge生成方法等。最近又有人提出模拟切削法进行加工仿真造型。实际上，锥齿轮的三维造型也是齿轮设计的一个难点所在，目前尚未查找到有关资料。本文将就这个问题展开探讨。 1. 圆锥齿轮特征分析 圆锥齿轮的轮齿分布在一个圆锥体上，其齿廓曲线为球面曲线。在现实加工设计中，由于球面无法展开成平面，致使圆锥齿轮的设计计算产生了很多困难，其设计和制造都是用与球面渐开线非常接近的锥面渐开线来代替球面渐开线。这个锥面所在的圆锥就是圆锥齿轮在大端处的背锥。将背锥展开成扇形齿轮并补足为完整的圆柱齿轮圆，就形成了圆锥齿轮的当量齿轮，当量齿轮的齿数称为当量齿数。当量齿轮的模数与圆锥齿轮大端模数相等。由于直齿圆锥齿轮的大端齿形近似地用当量齿轮（直齿圆柱齿轮）的齿形代替，所以直齿圆锥齿轮的正确啮合条件与直齿圆柱齿轮相同，即 m1=m2=m, afa1=afa2=afa 通过特征分析，结合UG的建模功能，可知直齿圆锥齿轮建模过程中主要有以下难点需要解决：（1）当量齿轮轮廓线的精确绘制；（2）锥面渐开线齿形或轮齿曲面的形成；（3）锥齿轮的最终成型。 从整个设计过程看，锥面渐开线是锥齿轮的主要特征，也是绘制锥齿轮的关键所在，它的完成精度将影响着虚拟样机的准确性。具体的解决过程就是，首先绘制出锥齿轮曲面特征，然后利用此曲面特征作为剪切边界对实体进行剪切，得到的实体就是圆锥齿轮实体。 为了能清楚说明，现以一对标准直齿圆锥齿轮机构中小齿轮为例。其原始参数为z1=19，z2=38，m=2.75，afa=20o，∑=90o。由文献[5]第271页可知其相关参数如下： 齿顶高系数ha’=1 顶隙系数c’=0.25 传动比i=z2/z1 小分度圆锥角q1=arctan(i) 大分度圆锥角q2=90-q1 齿顶高ha=ha’*m=m 齿根高hf=(ha’+c’)=1.2*m 分度圆半径r1=m*z1/2,r2=m*z2/2 齿顶圆半径ra1=r1+ha*cos(q1) 齿根圆半径rf1=m*(z1-2.4*cosq1)/2 锥距R=0.5*2*r1√i2+1 齿顶角qa=arctan(ha/R) 齿根角qf=arctan(hf/R) 当量齿轮： 齿数zv1=z1/cosq1 zv2=z2/cosq2 分度圆半径rv1=m*zv1/2 基圆半径rvb1=rv1/cos(afa) 齿顶半径rva1=m*(zv1+2ha’)/2 齿根半径rvf1=m*(zv1-2ha’-2c’)/2 将上面所有参数输入到表达式中，其中的参数符号是笔者自行命名的，因为在UG的表达式工具中无法输入特殊符号。 2. 圆锥齿轮曲面特征绘制 2.1 绘制背锥 背锥的底平面直径为锥齿轮大端齿顶圆直径，锥顶半角跟圆锥齿轮分度圆锥角互余，由于∑=90，所以小锥齿轮的背锥锥顶半角正好是大锥齿
计算机辅助设计与制造技术习重点与要点。
⊙⊙CAD技术的主要应用领域 公差分析 质量属性计算 有限元建模 分析结果的可视化 基本功能 定义设计的几何形状 ⊙⊙CAM技术的主要应用领域 数字控制 机器人编程 生产计划 ⊙⊙CAD主要用于企业的哪些部门 设计部门 工艺部门 ⊙⊙CAM主要用于企业的哪些部门 加工部门 装配部门 产品设计的主要步骤 1、产品规划 2、概念设计 3、系统设计 4、详细设计 5、测试完善 ⊙⊙制造模式发展的三个阶段 定制生产 大规模生产 大规模定制 复习 ⊙⊙现代制造的特点 高效化与自动化 集成化与信息化 柔性化与智能化 ⊙⊙实体、线框与表面造型的出现先后顺序 线框?表面?实体⊙⊙变量化、参数化与自由曲面造型的出现先后顺序 自由曲面?参数化?变量化 ⊙⊙4次CAD技术革命的内容与出现时间教材第2-3页 复习 ⊙⊙第一代CAM的特点 人工或辅助式直接计算数控刀路 ⊙⊙第二代CAM的特点 CAD与CAM一体化 ⊙⊙CAPP与PDM哪个先应用于CAM领域？ CAPP：20世纪80年代；PDM：20世纪90年代 ⊙⊙柔性制造与计算机集成制造出现于什么时候？ 20世纪80年代 ⊙⊙参考教材第4-5页 ⊙⊙制造系统的分类 刚性、柔性与可重构制造系统 ⊙⊙上述制造系统的出现顺序？ 刚性、柔性、可重构 ⊙⊙哪个成本最高？ 柔性最高，其次可重构，刚性最低 ⊙⊙加工中心的技术特点？ 多种刀具 自动换刀 计算机监控刀具状况 高自由度工作台 多轴联动技术 ⊙⊙实现运输系统柔性的常用技术是什么？ 无人搬运车 自动化仓库 工业机器人 ⊙⊙机器人的构成 传感部分、自动控制部分、机械部分
二维CAD中参数化设计的应用 一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。若加入人工智能和专家系统技术，可大大提高设计的自动化水平，可对产品进行总体方案设计，实现对产品设计的全过程提供支持。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等;图形系统包括几何(特征)造型、自动绘图(二维工程图、三维实体图)、动态仿真等;工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存贮和管理。 传统意义上的CAD系统(软件)技术已进入了成熟的发展时期，今后CAD技术的总体发展趋势是不断地向设计、产品、开发和应用的全过程拓展其内涵，在更高的层次上、更广泛的范围内，向智能化与一体化、集成化与并行工程、通用化与标准化以及商品化与实用化等方向发展。 目前CAD软件一般分为三维造型设计软件和二维工程设计(或绘图)软件，它们的参数化设计方法也不同。三维造型设计软件用于产品的实体造型，其主要技术为参数化特征造型(构造三维模型)技术，代表产品为Por/Engineer 、I-Deas、CADDS-5、GS-CAD2000等等。二维工程设计(绘图)软件用于产品的工程图(二维平面)设计，其主要技术为构造几何约束以实现尺寸驱动的参数化设计和绘图，代表产品为Sigraph-desghn、AutoCAD Designer、GS-ZDDS 等等。 在二维CAD系统中，系统参数化技术分为参数化设计(Parameric Design)和参数化绘图(Parameric Drawing )两种。该两种技术所代表的设计思路不同，即参数化设计以设定驱动参数和尺寸驱动为主要技术原理，而参数化绘图则以计算机高级语言编程使具体图形实现参数化为主要技术原理。 一.参数化设计概述 参数化设计的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前，能处理的几何约束类型基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，因此，参数化造型技术又称初次驱动几何技术。参数化实体造型中的关键是几何约束关系的提取和表达、几何约束的求解以及参数化几何模型的构造。目前二维参数化技术已发展得较为成熟，在参数化设计与绘图方面已得到了广泛应用。 ⒈何谓参数化设计 参数化设计(Parameric Design)也称变量化设计(Variational Design)是美国麻省理工学院Gossard教授提出的，它是CAD领域里的一大研究热点。近十几年来，国内外从事CAD研究的专家学者之所对其投入极大的精力和热情进行研究，是因为参数化设计在工程实际中有广泛的应用价值。 在有关CAD的科技书刊或论文中经常出现下列术语：参数化设计、草图设计、参数化绘图、图形参数化等。何谓参数化设计?为了回答这个问题，首先要搞清参数化设计的目的。软件设计者无论采用何种方法，基于何种环境开发参数化设计系统，其目的都是通过图形驱动(或尺寸驱动)方式在设计绘图状态下修改图形。参数化设计通常是指软件设计者为绘图及修改图形提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境下所绘制的任意图形均可以被参数化，修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驱动，引起相关图形的改变。 草图设计是近十年出现的新提法，具有草图设计功能的系统，允许用户在设计绘图中首先进行草图设计，即不必关心线段连续是否准确，线段是否水平或垂直，在草图上标出重要的尺寸，系统会自动使线段连接准确及位置准确，从而实现尺寸驱动。草图设计与参数化设计的目的是相同的，尽管草图设计的设计阶段有一定的灵活性，但有些CAD系统已具
我国正向世界制造大国迈进，世界制造大国意味着产品竞争的全球性和创新性，竞争的焦点是国际市场的占有率。显然，离开先进制造技术，要想取得高额占有率是不可能的。 CAD/CAM是先进制造技术中的重要组成部分。其中，CAD 是Computer Aided Design的英文缩写，指计算机辅助设计。狭义的计算机辅助设计是指采用计算机开展机械产品设计的技术，主要应用于计算机辅助绘图（Computer Aided Drafting），广义的计算机辅助设计指借助计算机进行设计、分析、绘图等工作，包括几何建模、装配及干涉分析DFA、制造性分析DM、产品模型的计算机辅助分析CAE等等。CAD 技术是一项集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其它学科于一体的高新技术，也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的关键技术。CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛，采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力,还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。 CAM即Computer Aided Manufacturing，指计算机辅助制造，狭义上指计算机辅助编程，即一个从零件图纸到获得数控加工程序的全过程，主要任务是计算加工走刀中的刀位点(Cutter Location Point)，包括三个主要阶段：首先是工艺处理，即分析零件图，确定加工方案，设计走刀路径等：其次是数学处理，即处理计算刀具路径上全部坐标数据；最后是自动编制出加工程序，即按数控机床配置的数控系统的指令格式编制出全部程序。广义上的CAM则还包括计算机辅助工艺规程编制CAPP（Computer Aided Program Planning）和计算机辅助质量控制CAQ（Computer Aided Quality）。 CAD/CAM指的是计算机辅助设计和计算机辅助制造的集成技术，CAD/CAM将设计和工艺通过计算机有机结合起来，直接面向制造，减少中间环节。在工业发达国家，CAD/CAM的应用迅速普及，从军事工业向民用工业迅速扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且还投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持技术上的领先地位和国际市场上的优势。20世纪90年代以来，我国制造业在CIMS和CAD/CAM应用工程的推动下，发展相当迅速，越来越多的设计单位和企业采用CAD/CAM技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。我国从国外引进的CAD软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足国内,开发出了自己的 CAD/CAM技术软件并投放市场,呈现出一派欣欣向荣的景象。 1.1 CAD/CAM技术的发展历程 CAD/CAM技术萌芽于上世纪40年代，在50年代付诸于实践，60年代后得到了迅速发展。CAD技术开始只是单纯的计算机辅助绘图，例如美国20世纪80年代发展起来的Autodesk，最初版本AutoCAD 1．0只能绘制由点线构成的二维图形，后来发展到三维图形，再进一步发展到实体模型以及曲面实体模型，直至出现了以特征为基础的参数化模型。几乎在同时，计算机辅助制造也经历了一个从简单到复杂，从初级到高级的平行发展过程。美国麻省理工学院于1952年研制出世界上第一台数控铣床。20世纪50年代，为了解决数控加工中手工编程中遇到的一系列难题，美国MIT伺服机构实验室在美国空军资助下开始对零件数控加工自动编程问题进行研究，开发出APT 语言(Automatically Programivied Tools)，其后几经发展，形成了诸如APTII，APTIII，APTAC (Advanced Contouring) 和APT/SS (Sculptureed Surface)等程序系统。采用APT语言编程具有程序简练、走刀控制灵活等优点，使数控加工编程从面向机床指令的“汇编语言”级，上升到面向几何元素。但APT仍有许多不足之处，如采用语言定义零件几何形状,对于复杂的几何形状的描述比较困难；缺少对零件形状、刀具运动轨迹的直观图形显示和刀具轨迹的验证手段；难以和CAD 数据库和CAPP系统有效连接；不容易做到高度的自动化与集成化。针对APT语言存在的缺点，法国达索飞机公司于1978年开始开发集三维设计、分析、制造一体化的系统，称为CATIA。随后国际市场上很快出现了像UGII，Intergraph、Pro/Engineer和Mastercam等软件系统，这些系统都有效地解决了几何造
铝合金压铸模的模具寿命 铝合金压铸模承受巨大交变工作应力，必须从模材，设计，加工，热处理及操作各方面加以注意才能得到长的模具寿命，以下是为使模具能达长寿命的22点要诀： 1、高品质模材 2、合理设计模壁厚及其它模具尺寸 3、尽量采用镶件 4、在可能条件下选用尽量大的转角R 5、冷却水道与型面及转角的间距必须足够大 6、粗加工后应去应力回火 7、正确有热处理，淬火冷却须足够快 8、彻底打磨去除EDM娈质层 9、型面不可高度抛光 10、模具型面应经氧化处理 11、如选氮化，渗层不能太深 12、以正确的方法预热模具至推荐的温度 13、开始压铸５～10件应使用慢的锤头速度 14、在得到合格产品的前提下尽量降低铝液温度 15、不使用过高的铝液注射速度 16、确保模具得到适当冷却，冷却水的温度应保持在40~50℃ 17、临时停机，应尽量合模并减小冷却水量，避免再开机时模具承受热冲击 18、当模型面在最高温度时应关冷却液 19、不过多的喷脱模剂 20、在一定数量后的压铸后去应力回火 压铸标准目录 一、通用标准 中国GB/T24001-1996 idt ISO 14001：1996 环境管理体系规范及使用指南 GB/T19001-2000 idt ISO/FDIS9001：2000 质量管理体系––要求 GB/T5611-1998铸造术语 HB7578-1997铸件试制定型规范 GB/T8063-94 铸造有色金属及其合金牌号表示方法 GB/T13822-92 压铸有色合金试样 GB5678-85 铸造合金光谱分析取样方法 HB5343-94 铸造工艺质量控制 GB/T6414-1999 铸件尺寸公差及机械加工余量 GB/T15056-94 铸造表面粗糙度评定方法 二、压铸机标准 中国JB/T8083-1999 压铸机型式与基本参数 JB/T8084.1-1999 冷室压铸机精度 JB/T8084.2-1999 冷室压铸机技术条件 JB/T6039.2-92 热室压铸机精度 JB/T6039.3-92 热室压铸机技术条件 三、压铸模标准
产品参数化设计理论与技术 摘要产品参数化设计是当前CAD/CAM技术中的一个研究热点。深入研究参数化技术，对于提高企业产品设计创新能力与竞争力的具有非常重要的意义.本文阐述了参数化设计技术的发展历程以及研究现状，指出了参数化技术的未来发展趋势和研究重点。 关键字产品参数化设计发展历程研究现状趋势 Product parametric design theory and technology Abstract：Product parametric design is the current CAD/CAM technology the hotspot. Further research parametric technology to improve the enterprise product design innovation ability and the competitive power has a very important significance in the paper. The parametric design technology development history and current studies, and points out the future of parametric technology development trend and the focus. Keywords:products parametric design, development course , research situation, trend
0 引言 众所周知，CAD/CAM技术的发展已经在机械、电子、航空、建筑等领域都获得了很大的应用。它对提高产品性能和质量、缩短产品开发周期、降低成本和增强市场竞争力发挥了非常重要的作用。 早期的CAD 系统是先绘制出图形, 然后通过人机交互进行尺寸标注,由于系统是用固定的尺寸值定义几何元素, 因此设计者只有对产品的形状、大小、各种属性有了完整的构思后, 才能用计算机生成和输出图形, 但在其几何模型数据 库中只有图素的几何信息, 各图素之间没有约束关系, 系统缺乏对非图形信息, 如设计知识、设计约束、功能条件等的表达和处理能力, 修改设计变得相当困难. 这种设计方法只存储了设计的最后结果, 而丢失了设计的过程信息. 参数化设 计正是针对这些不足应运而生的.设计师可以根据自己的意图很方便地勾出设计草图，系统同时自动建立设计对象内部各种元素之间的约束关系，以便设计者更新草图尺寸时，系统通过推理机能自动更新校正草图的几何形状并获得几何特征点的正确位置分布。多年来，众多学者为参数化技术的发展做了不懈的努力，并取得了丰富的成果，但也有其局限性。该文对参数化技术的研究现状、各种参数化方法的思想机理及优缺点、存在的问题以及参数化技术的未来发展趋势做了较为全面的分析与探索。 1产品参数化的发展历程 参数化设计是指参数化模型的尺寸用对应关系表示，而不需用确定的数值， 变化一个参数，将自动改变与它相关的尺寸.根据参数化设计方法在不同时期的主要特点,可以将参数化的研究分为以下几个阶段[1-3]: 1.1 60~ 70 年代中的萌芽期 这一阶段以Sutherland 为代表, 他在Sketehpad( 1963) 系统中提出利用 约束作为辅助手段进行零件的生成, 但没有使用约束定义和修改几何模型, 对 模型的修改只是一个单向过程, 一旦模型生成后约束不能反过来限制模型. 1.2 70 年代后~ 80 年代初的开创时期 提出了一些参数化设计的基本思想和理论, 并逐渐形成了不同的参数化方法. 以Hillyard 提出变量几何和几何约束思想, 并由Gossard 及其研究小组进一步发展和完善了这一方法为标志.美国的Robert Light和David Gossard( 1982) 提出修改实体的变量几何法, 将尺寸约束等式划分为水平距离、垂直距离、线性距离、点线距离和角度尺寸等多种类型, 利用一柔性过程来定义和修改几何模型, 尺寸变量决定几何模型的形状和大小, 通过修改尺寸变量来修改模型, 并将该 方法应用于草图和系列化零件的设计. 1.3 80 年代中期~ 90 年代初的发展时期 这一时期的一个重要特征是将AI技术引入参数化设计中, 人们分别将几何 推理、神经网络等人工智能方法应用到设计中去, 同时, 将参数化技术应用到实体造型, 形成了特征造型技术, 以Aldefeld、Suzuki、Verroust 提出的基于专家系统的方法为主要代表.Aldefeld( 1988) 提出了一种基于符号操作和推理机处理一般几何模型的方法, 二维几何模型被表示成一系列几何元素集和定义约
Solid Edge介绍 纯Windows的CAD系统 SOLIDEDGE是真正的原创Windows软件。它不是将工作站软件生硬地搬到Windows，而是充分利用了Windows基于组件对象模型（COM）的先进技术重写代码，这就使得习惯使用Windows软件的用户倍感亲切。SOLIDEDGE调动全部Windows的功能，提高设计工程效率，缩短学习时间，减少培训费用和对系统的管理。SOLIDEDGE与MicrosoftOffice兼容，与WindowsOLE技术兼容，这使得设计师们使用CAD系统时，能够进行Windows下的字处理、电子报表、数据库、演示和电子邮件包等，也能与其它OLE兼容系统集成。 友好的用户界面SOLID EDGE采用一种称为SmartRibbon的界面技术，用户只要按下一个命令按钮，就会在SmartRibbon上看到该命令的具体内容和详细的步骤，同时在状态条上提示用户下一步该做什么。即使是对计算机一无所知的用户，也能很快学会使用并熟练操作。SOLIDEDGE带有一个制作精良的教程（Tutorial），引导用户从零开始，一步步进行学习。用户通过该教程，不用培训也可以自行掌握基本的SOLIDEDGE技术。可以说，SOLIDEDGE是一个彻底的"傻瓜型，三维CAD设计软件，适合于广大的设计人员使用。 二次开发 因为SOLIDEDGE完全支持OLE2的标准并提供了自动化接口，用户可以使用开发语言，如VB或VC，在其之上进行二次开发，编写具有自己企业特点的应用程序。 参变数设计技术和特征技术 SOLIDEDGE是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计CAD系统。它是为设计人员专门开发的、易于理解和操作的实体造型系统并完全执行设计工程师的意图。专业设计人员完全可以利用参变数技术，完成几乎任何机械零件或装配件的造型，并且可以把SOLIDEDGE特征保存在特征库内供以后使用。 参变数的设计技术
塑料模具CAD集成技术 引言 模具CAD集成技术是一项重要的模具先进制造技术, 是一项用高技术改造模具传统技术的重要关键技术。从六五计划开始, 我国有许多模具企业采用CAD技术, 特别是近年, CAD技术的应用越来越普遍和深入, 大大缩短了模具设计周期, 提高了制模质量和复杂模具的制造能力。然而, 由于许多企业对模具CAD集成技术认识不足, 投资带有盲目性, 不能很好地发挥作用, 造成了很大的浪费。本文就塑料模具CAD集成技术及其应用发表一些观点, 供大家参考。 1、塑料模具CAD集成技术 塑料模具的制造, 包括塑料产品的造型设计、模具的结构设计及分析、模具的数控加工(铣削、电加工、线切割等)、抛光和配试模以及快速成形制造等。各个环节所涉及的CAD单元技术有: 造型和结构设计(CAD)、产品外形的快速反求(RE)、结构分析与优化设计(CAE)、辅助制造(CAM)、加工过程虚拟仿真(SIMULATION)、产品及模具的快速成形(RP)、辅助工艺过程(CAPP)和产品数据管理技术(PDM)等。塑料模具CAD集成技术, 就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来, 统一数据库和文件传输格式, 实现信息集成和数据资源共享, 从而大大缩短模具的设计制造周期, 提高制模质量。 2、塑料产品的CAD设计与外形的快速反求 进行塑料模具设计制造的第一步是塑件产品的设计。传统产品设计方法是设计者对产品的三维构思用二维平面图纸表达出来, 图纸上标明工艺及施工方法, 这种方法决定了所设计图形的简单性及不能直接控制制造质量。现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型, 根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计, 再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础, 实现数据共享, 不仅能快速提高设计效率, 而且能保证质量, 降低成本。 电脑塑件产品模型的来源有三种: 利用CAD系统软件进行产品模型设计、利用实物测量进行快速反求建模、利用其它CAD系统的标准格式文件。针对这三种产品模型的来源方式, 目前已研究出各种技术来提高产品模型的设计效率和质量。下面进一步分析各种技术的内涵和特点。 利用CAD系统软件进行产品模型设计, 其技术主要包括二维几何图形的绘制、二维参数化图形的设计、三维实体造型设计、三维特征造型设计、三维参数化实体造型设计、三维曲面造型设计、空间自由造型设计、产品的外观渲染、产品的动态广告设计等等。这些软件有许多典型的代表。二维软件有: ME10、CADKEY、AUTOCAD、DHCAD、Genis、Sigraph等; 三维软件有: UGII、PRO/E、IDEAS、
SDRC的VGX技术 摘要：SDRC在I－DEASMasterSeries5采用了一种崭新的核心技术VGX。VGX将用来建立一组变量化特征，这些特征使实体模型的编辑技术得到重大改进，编辑工作量大大减少。I－DEASMasterSeries5是第一个使用变量化特征技术的软件系统。 SDRC公司邀请D.H.BrownAssociates评述了一种叫做VGX的新型核心技术。这种技术将在I－DEASMasterSeries5中使用。自从十年前参数化基于特征的实体建模技术首次应用之后，VGX可能是最引人注目的一次革命。VGX的最大好处在于，使原有的参数化基于特征的实体模型在可编辑性及易编辑性方面得到了极大的改善和提高。当用户打算做预期的模型修改时，再也不用费心去理解和查询设计历程。当然，VGX技术仍保留了I－DEASMasterSeries5中应用设计历程树而形成的强有力的造型技术的优点，比如捕捉零件各特征之间的关系，这在维持设计的整体性方面是很重要的。 在当今大多数基于历程的参数化实体建模环境中，对零件进行编辑时，要求设计者须相当熟悉CAD软件的编程思路。而当创建参数化基于特征的实体时，如果实体发生变化，设计者须用CAD软件指定的方式为其模型编程。这时用户给出的参数要能与软件编程相匹配，历程树和特征附着的规则要能与软件逻辑相匹配。当设计人员改变实体模型的参数，并重新生成该模型时，就只能执行该零件内定的逻辑。以零件的内定逻辑来判断哪部分模型可以修改，哪些不需要对几何图形进行大范围的重新构造。 如此象程序员一样思考模型编辑的逻辑必要性，会极大地干扰工程设计工作。这种思考过程需要理解实体模型的构造顺序，从而打断了改进设计形状和功能的工程过程。并且，当设计组的多个成员都在同一实体模型上工作时，每个人都要对历程树的修改达成一种"绝对正确"的理解方可对模型进行修改。由于工作习惯不同及理解差异，他们一般很难直接找到这种"绝对正确"的方式，因而很可能与模型的"逻辑"不兼容。这种不兼容的情况经常出现，致使模型的修改会引起特别的争议并浪费大量的时间。(参数化设计之缺陷－译者注) VGX消除了这些麻烦！因为VGX允许CAD用户实时地照顾到三维实体的各个表面，避开设计历程树，随时生成新的规则并注入零件之中。按照SDRC的计划，第一个带有VGX的版本I－DEASMasterSeries5仅仅是奠定一个基础，在此之后会开发出一整套基于VGX的编辑功能。SDRC计划很快在VGX基础之上建立一整套变量化特征。即使这样，I －DEASMasterSeries5的用户即将用到的这种既基于VGX的变量化特征又结合现有历程树技术的最基本的功能，就已在设计性能方面体现出了显著的实际效果。 现有的对象编辑功能面临的挑战 在当今传统的实体建模环境中，初始创建模型时遇到的困难已相对较少，而在适应动态设计、仿真以及加工环境的前提下，如何提高后期设计修改的灵活性则是目前面临的最大的挑战。 当我们把参数化零件的"编程"作为选择设计方案的主要评估因素时，CAD、CAM或CAE用户必须研究二维轮廓的约束方式、二维轮廓转换成三维特征的模型构造技术、将特征附着在已有实体上的各种方法、以及从设计历程树中获取的所有的构造顺序等，上述这些生成实体时的方方面面对零件可能进行的修改有极大的影响。 当一个轮廓的约束方式不适合进行后期模型修改时，用户只能重新定义约束方式，而且还要重新生成零件模型。假如特征附着的方法致使子特征成为"孤体"，甚至在修改父特征时子特征被删除，那么重新附着或重新构造这个零件将会相当费事。 更重要的是，模型构造的步骤顺序能够决定两个特征间可能的关系范围。例如，设计人员可能希望做一个合成编辑来驱动一个给定特征的尺寸，此特征基于另一个特征的某个参数，而另一特征却是在设计历程树中后面的几步才被创建的。这时用户屏幕上当前显示的模型并没有说明哪一个特征是先创建的。传统的参数化CAD设计系统不允许这种变化，除非重新安排这些特征。这实际又使设计者集中在工程方面的注意力受到干扰。 设想一下，假如传统的CAD软件真的这样去编辑，将会发生什么情况。在模型重新生成的过程中，设计人员已确定了较理想的关系修改，设计历程树却检测出某已有特征的尺寸或位置依赖于另一个特征，而这个特征是在重新生成顺序中后面的几步才可被创建的。一旦发现这种难处理的情况，零件的重新生成就会失败。由于这种局限性，设计人员不得不从头开始创建零件模型以体现其设计意图。无疑这将花费相当的时间和精力。(参数化设计之缺陷－译者注) D.H.Brown对使用参数化基于特征实体技术的单位做了大量研究之后，发现许多公司已经认识到这些问题，因此他们制定了一些指南或者构造零件模型的共同标准，以期减少设计历程树中的这些负面因素。在很多情况下，这种自制的标准或许会有一定的效果，但是，此类标准通常难以推广实施。 VGX─在3D中定义变量化关系 基于VGX的变量化特征允许CAD用户通过相同零件的特征在3D中动态捕捉各种关系，历程树顺序不影响关系的有效性。如图1所示。 图1a的零件上有一个孔，放在A面和B面中间，如图所示；设计人员可能希望定义一种关系，使得孔总保持与B面相切。应用变量化特征，设计人员只需要动态地向下拖动孔移向B面，如图1b所示；图1c描述了当设计人员刚刚到达切点时的瞬间，B面以增亮显示来表明已满足相切条件。
同济大学ﻫ 经过四十多年的发展,ＣAD/CAＭ技术有了长足的进步。现在ＣAD／ＣAM主要运行在工作站或微机平台上。工作站虽然性能优越，图形处理速度快,但价格却十分昂贵，这在一定程度上限制了CAD/CAM技术的推广。随着Peｎtiｕm芯片和WiｎdoｗsNT操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的CAD/ＣAM软件现在也可以运行在微机上。由于微机的价格远远比工作站低,性能也不比中低档工作站逊色多少，并且windowsNT操作系统的安全性与ＤOＳ、Wｉｎdoｗs3.x、Wｉndｏws95／９8等操作系统相比有了很大提高。所以,微机平台为普及CAＤ应用创造了绝好的条件。在此基础上,CAD/CAM软件厂商展开了新一轮的竞争。一方面工作站上著名的ＣAD／CＡM的软件(如ＵG、CＡTIＡ)全功能地移植到微机平台,使微机完全对等地实现了工作站环境的处理能力;另一方面CAＤ/CＡM软件打破了原有Unix环境的桎梏，在Wiｎdｏws平台上全面拓展。Pentium以上处理器和NＴ环境已经或者正在成为CAD/CＡM软件运行和应用的主流平台。ﻫ当今CAD/CAM软件动态如下:ﻫﻫ一、使用微机作为开发和应用平台 ﻫ微机平台的CAD/CAM软件的特点是： 1．采用Winｄows环境ﻫ采用WｉｎｄowsNＴ操作系统是新一代推出的微机ＣＡD/CＡM软件的共同特点。现在,个人计算机已经具备了与中低档工作站竞争的实力，再加上其价格低廉,使得普及CＡD应用成为可能。Windｏwｓ平台上的新一代ＣAD/CAM软件基本上都采用典型的Ｗｉndｏws界面和操作规范,同时由于DDE和ＯＬＥ技术的广泛应用，这些CAD/CAＭ软件可以与Wiｎdows平台的其他软件进行动态数据交换,也可以在不退出CAD/CAM软件的前提下嵌入（或链接)其他应用程序的对象。ﻫ 2.采用COM技术 ＣOM（CoｍpoｎentObjectModel)是国际上为提高软件稳定性和开发效率而引入的重要技术。现今推出的Windowｓ平台的CAD/ＣＡM软件都或多或少地应用了COＭ技术。通过使用现成的组件,软件开发商可以避免软件开发中许多烦琐和困难的基础部分,从而可以从极高的起点出发,大大缩短CAＤ软件上市周期,这样容易取得竞争优势。ﻫ同时，由于采用面向对象技术,使得微机CAD软件的可维护性和可扩展性得以增强。ﻫ 3．吸收Uniｘ平台软件的优点 新一代微机平台ＣＡＤ软件充分吸取Ｕnｉx工作站软件的精华。诸如参数驱动、特征造型、动态导航、二维与三维双向相关、ＳＴEP标准和动态图形显示等这些比较好的特点已经被微机平台软件全部吸收。ﻫﻫ二、PDM技术的实施 ﻫ随着ＣAD技术的推广,原有的技术管理系统面临着巨大的挑战。在采用计算机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单等均由人工编写、审批、归类、分发和存档,所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。自从采用计算机技术之后,上述与产品有关的信息都变成了电子信息。简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾,必须采用ＰDM技术。 PDM（产品数据管理）是从管理CAD/ＣAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。工程技术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中的一部分。PDＭ系统除了要管理上述数据外,还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。由此可见，ＰDM系统管理的产品信息将涉及到企业的产品设计、