基于CAID的机床产品族造型设计研究_林敬亭

CAD/CAM技术在机械工程领域的应用起源于20世纪60年代[I]，最早用于航空领域，解决由于飞机速度不断提高而引起的飞机设计和制造问题。随着科学技术的进步，特别是计算机科学的日益发展和计算机应用日益普及，CAD/CAM技术作为具有代表性的先进制造技术应用日益广泛。提高机械CAD/CAM制造水平不但要有先进的制造设备，更重要的是要有掌握先进设计、制造技术的人才‘机械CAD/CAM技术作为机械工程与自动化专业的专业课，也越来越受到重视。1机械CAD/CAM技术课程的特点机械CAD/CAM技术的内容包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)(有限元结构分析、机构运动仿真、优化设计)和产品数据管理(PDM)等。该课程作为一门实用性很强的专业课，教学过程中教学内容不太容易把握，一方面，通过机械CAD/CAM技术课程的学习，学生希望能够掌握一种适用性强的CAD/CDM软件的操作，可以很快应用到实际工作之中;另一方面，目前机械CAD/CAM技术本身还处在不断发展过程之中，可以选择的相关软件越来越多，软件的功能也在不断完善，教学过程中由于课时限制，不可能详细地针对某个指定的软件进行介绍‘不掌握相关的理论基础知识，在今后工作中很难适应该技术不断的发展。在该课程教学过程中，太多的理论阐述学生很难接受，但如果过多地进行CAD/CAM软件的应用操作介绍，学生又不能掌握相关的理论知识，不利于学生今后在工作中进一步提高业务水平。因此，本课程应该侧重于从理论上讲述CAD/CAM技术的基本原理，并结合目前使用的CAD/CAM软件使用情况，介绍CAD/CAM技术的实际应用技能，以便于学生在今后的工作中，能够根据工作需要选择、配置合理的CAD/CAM系统，适应工作要求。2机械CAD/CAM技术课程教学内容在教学过程中课本的选择是很关键的，机械自动化专业的学生侧重于机械CAD/CAM技术的应用而不是开发，这是选择教材和安排教学内容的基本前提。首先，有关的数学准备知识包括曲线、曲面的参数方程、坐标变换，曲线、曲面设计与拟合的基本数学方法等，完全可以用一门专业基础课来讲述，对机械类学生要求理解对曲线、曲面拟合的基本要求和常用的三次多项式曲线以及双三次多项式曲面的优点，掌握一种曲线、曲面的构造，可以不用从原理上深入探讨。这样有助于学生在使用CAD/CAM软件时对操作过程的理解。这部分内容在课本中应该进行简单的描述。其次，工程数据库是组织、实施大型CAD/CAM软件系统的基础，大量的机械设计相关的经验公式、图表和数据以及设计对象的几何、物理信息，最终都要以数据库的形式存储在计算机中，学生必须了解工程数据库相关的基本知识。第三，机械CAD/CAM建模技术，是本课程的重点。机械CAD/CAM技术从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统开始，到70年代以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徽的参数化实体/曲面造型技术的完善。目前在国内外市场已涌现出一批成熟的CAD/CAE/CAM系统。学生应该掌握目前主要使用的建模技术，从而明白在设计过程中，CAD/CAM软件生成几何实体的基本原理，理解在设计过程中需要提供哪些信息，以及所设计的产品包含有哪些信息，使学生在今后的工作中，能结合本部门实际工作需要，选择合理的CAD/CAM系统，提高工作效率。在CAD/CAM技术开发、应用过程中，利用现用的CAD/CAM软件，结合本部门实际工作需要，开发本部门专用的功能模块，这就是所谓的二次开发工作，其应用范围非常广泛。掌握了CAD建模的理论基础知识，有利于学生从事这方面的研究工作。第四，CAD/CAM技术发展的主要方向之一是CAD,CAM,CAE等功能模块的集成，从而形成CAD/CAM/CAE一体化的大型软件系统。数控加工(CAM)、计算机辅助工艺编程(CAPP)以及系统的集成技术，也是本课程的主要内容，只有把CAD所设计的图形，直接应用于加工，而不是单纯的计算机绘图，才能最有效地发挥CAD/CAM的效益。这三者之间的关系如图1所示。在图1中，第3行中在CAD项之后，再增加CAPP,CAM后面各项，就可以由一个单纯的计算机绘图系统扩展为CAD/CAM/CAPP集成系统，而且还可以根据需要，随着技术的进步而进行扩展。CAD/CAM系统集成成功与否的关键在于各个子系统之间能否共享数据，比如说CAD系统设计的数据能否直接提供给CAM和CAPP系统使用。3机械CAD/CAM技术课程教学过程中的几点体会作者在多年从事该课程教学过程中体会到，为了提高机械CAD/CAM技术教学效果，教师在教学过程中应尽可能激发学生的学习兴趣，同时要注意以下几点:首先，根据专业特点，选择合适的教材。教材是根据教学大纲系统表述学科内容的教学用书，是教学大纲的具体化，是学生在学校获取系统知识的重要工具，也是教师进行教学的依据，它为教师备课、讲课提供基本材料，教材在一定时期内具有相对的稳定性，但教材中某些内容往往滞后于学科最新发展，因此，教师必须具有驾驭教材的能力，对教材内容取舍有道，补充调整有方那些陈旧过时的内容应及时予以剔除，而学科发展中的新内容必须及时补充进来，这样才能使学生产生兴奋点，收到理想的效果。其次，教师要善于博采众长，博采各种教学参考书之精华，为本课程所用。教学内容的组织上不能限于教材本身及其体系，应该广纳其他教学参考书和各种版本的同类教材的精华及时纳人到教学之中，使学生拓宽视野。第三，教师要善于解决好课时减少与学科知识容量成倍增长的矛盾，必须把握教材内容之间的有机联系，结合课程实际，对教材内容进行科学合理的重新组合。对一些重要概念、重要公式、重要原理、重要方法要详细地重点介绍;凡学生能够自学的内容，或不太重要的内容留给学生自己去完成4小结专业课与行业联系比较紧密，牵涉的内容比较多，应该把重点放在培养学生综合运用所学知识的能力和面对新东西时的应付能力方面引导他们接受一些现代的设计、思维方法，而不必太过于拘泥于课某个章节的具体细节，在机械CAD/CAM技术这门课程的教学过程中，把握住大纲的要求，重点介绍CAD/CAM系统所采用的内部建模技术，让学生理解CAD/CAM软件的工作原理和CAD/CAM系统集成的概念，以便在今后的工作中组织、实施特定工作环境所需要的CAD/CAM系统

毕业设计（论文）

题 目： 加工液压泵上体三个阶梯孔的机床专用夹具计算机辅助设计研究

作 者：

系 （部）： 机电控制工程系

专业班级： 机械制造工艺与设备

指导教师：

职 称：

摘 要

机床夹具设计是制造系统的重要组成部分，随着先进制造技术的发展和市场竞争的加剧，传统的夹具设计方式已成为企业中产品快速上市的瓶颈，企业迫切需要提高夹具设计的效率。计算机辅助设计与制造正是为了适应这一要求而产生的，在此背景下，开发了实用性强的 CAD/CAM系统，主要进行了下面几个方面的研究：

1、 介绍了计算机辅助设计系统(CAD/CAM)的发展概况和研究现状

2、 现代技术把CAD 技术引入到夹具设计中，形成了计算机辅助夹具设计（Computer Aided Fixture Design CAFD）方法，研制了相应的软件系统。研究了参数化、产品数据管理、数据库及网络技术及在 CAFD 系统中的应用。

3、 CAD/CAM技术发展的另一个特点是从零件的CAD建模发展到面向产品的CAD建模。产品为满足用户多样化的要求,常常需要改动一个或几个主要参数,也就是所谓的系列化、多样化的设计。

4、 20世纪90年代以来，CAD技术基础理论主要以PTC的Pro/Engineer为代表的参数化造型理论和以SDRC的I-DEAS为代表的变量化造型理论形成了基于特征的实体建模技术,为建立产品信息模型奠定了基础。

5、 利用Pro/E等三维绘图软件绘制了大量的夹具标准件图，并建立Pro/E系统的数据库和图形库。

关键词：CAD/CAM/CAFD，建模，Pro/E, 数据库，图形库

目 录

第一章 绪论.......................................................................................................1

收稿日期:2006󰀁08󰀁30

作者简介:宋卫国(1979-),男,安徽淮北人,硕士,安徽理工大学教师,研究方向为工业造型设计。人机工程学在计算机辅助工业设计(CAID)的应用

宋卫国,丁婷,叶友东

(安徽理工大学,淮南232001)

摘要:市场上的自行车普遍存在人机系统不令人满意的问题,本文利用人机工程学对其做了改

进,使自行车更加符合󰀁人性化󰀁、󰀁宜人化󰀁。并运用人机工程分析的优化参数和计算机辅助工业设

计软件(Rhino3.0)对自行车进行三维建模。

关键词:人机工程学;人性化;计算机辅助工业设计;建模

中图分类号:TB18;TP391.72󰀁文献标识码:A󰀁文章编号:1001-3563(2006)06-0304-02

ApplicationofErgonomicsinCAID

SONGWei󰀁guo,DINGTing,YEYou󰀁dong

(AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huinan232001,China)

Abstract:Therearedissatisfyingergonomicproblemsinmostofbicycles.Modificationswerefinished

withtheprinciplesofergonomicstomakebicyclesmeetthehumanizationandamenity.Theparameterswere

usedtoestablishthe3DmodelswithRhino3.0.

Keywords:ergonomics;humanization;CAID;modeling

1󰀁市场调查

随着物质和精神生活的不断提高,自行车不仅成为普通家

庭不可缺少的交通工具,而且在某种程度上已成为一种新的时

尚。因此我们深入到人群中分别对社会上老、中、青不同年龄

层的人及部分大学生进行调查,结果见表1。

表1󰀁市场调查结果

3T电缆车的设计

4110型柴油机总体设计

AGV车转向总承设计

B655型牛头刨床总体布局及主轴箱设计（优秀）

CA6140主轴工艺与夹具设计（钻Φ23孔夹具+磨床夹具）（优秀）

CJK6032-4型数控车床设计（优秀）

GW-40型钢筋弯曲机设计（优秀）

M1432A万能外圆磨床液压系统设计（机+液）（优秀）

M1432A型外圆磨床总体布局设计（优秀）

MB106A进给系统有级变速装置设计

MK1332数控外圆磨床工作台结构设计

PLC控制直列式加工自动线设计（PLC）

QY20B汽车起重机卷筒机构及其液压系统设计（机+液）（优秀）

SC750三轴伺服驱动机器人机构设计（优秀）

T6112卧式镗床系统的设计（优秀）

x52k型立式升降铣床电气控制系统的PLC改造设计（电+PLC）

Φ630mm(工件最大回转直径)经济型数控车床设计

一种包装机箱体的加工工艺分析及夹具设计（钻螺纹孔20×M8）（优

一种新型滚动轴承拆卸器设计（无图）

一种简易播种机的设计（农业机械）（优秀）

一种药品压片机的设计（优秀）

三自由度机械手运动控制下位机系统设计（电气）

三轴雷达仿真转台机械结构设计（优秀）

上肢康复机器人结构设计及仿真运动设计（优秀）

交流双速电梯的PLC控制系统设计（PLC）

低速载货汽车驱动桥的设计（优秀）

冰箱门封磁条剪切系统设计

前移式手动液压装卸叉车设计（优秀）

剪板机结构设计（优秀）

加强板零件的加工工艺及夹具设计(钻4-9孔夹具)（数控程序）

十字路口交通信号灯PLC控制系统设计（PLC）

十字路口交通灯单片机控制系统设计与仿真（单片机）

单螺杆挤出机构设计（优秀）

卧式滚筒软化干燥机设计

卷圆机结构设计（优秀）

压缩机底板零件冲压成型模具设计

原木检测机设计（优秀）

双坐标数控工作台设计（机+电）

双驱动同步振动筛的结构设计（优秀）

发动机测扭油缸机加工艺及磨工夹具设计（优秀）

四维微调工作台机械结构设计（优秀）

四翼自动旋转门机电系统设计（优秀）

垫片冲压模具毕业设计