三維CAD軟件在產品設計中的應用范文

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摘要：

主要闡述了三維cad軟件在產品設計研發中的幾項應用，如復雜曲面的建模、虛擬裝配及模擬仿真，從而論證了三維CAD軟件在產品設計研發中具有優勢及重要作用。

關鍵詞：

三維CAD軟件；曲面建模；虛擬裝配；模擬仿真

三維CAD軟件在產品的設計研發過程中，能夠直觀地反映設計方案，實現產品的模擬仿真，縮短了產品的研發周期，有利于產品的更新換代和技術改進，提高了產品質量，增強了產品的市場競爭力［1］。但是，相對二維CAD軟件而言，三維CAD軟件也存在一些不足。例如，三維CAD軟件需要較高的計算機配置；設計人員上手相對困難；市場上各類三維CAD軟件的設計習慣、規則等各不相同，因此，使得三維CAD軟件的推廣具有一定的難度［2-3］。目前，我公司在進行產品設計時主要應用二維CAD軟件，三維CAD軟件作為輔助應用主要表現在以下幾個方面：對一些復雜曲面、曲線進行建模；對產品進行虛擬裝配；對重要零部件的受力情況進行模擬仿真。

1三維CAD軟件在復雜曲面、曲線建模中的應用

對于一些復雜曲線或組合曲線而言，二維CAD軟件不能精確地繪制出其形狀。以我單位生產的穿孔機頂頭為例，如圖1所示。其表面由不同大小的圓弧、斜線及直線段相切而成，在二維CAD軟件里很難精確地繪出其外形圖。三維CAD軟件可以對產品進行參數化設計，通過輸入曲線的參數方程可以繪制各種復雜的曲線，通過添加約束可以精確地控制產品的外形。應用三維CAD軟件，如SolidWorks，對頂頭進行建模，如圖2所示。將SolidWorks建立的模型轉換為工程圖即可用于生產。對于復雜曲面應用三維CAD軟件可快速、準確地繪制出工程圖，提高了設計人員的工作效率。

2三維CAD軟件在虛擬樣機裝配中的應用

應用二維CAD軟件設計的產品往往在實物裝配過程中才發現零件間的干涉，影響了生產進度。因此，我公司對于新產品進行研發時，在完成圖樣設計后，應用三維CAD軟件對產品進行虛擬樣機裝配，以檢查設計是否存在缺陷。SolidWorks是一款常用的三維CAD軟件，其具有強大的基于特征的實體建模、裝配設計、工程圖設計等功能。SolidWorks提供自底向上的裝配體設計，用戶可使用不同的方法將零部件插入到裝配體文件中，利用豐富的裝配約束關系對零部件進行定位；也可以用鼠標拖動未完全定位的零部件，帶動結構進行有限的運動仿真，從而了解整體設計與目標的一致程度。裝配完成后，可以對裝配體進行靜態干涉檢查，也可以通過旋轉或移動零部件對裝配體進行動態的干涉檢查或動態計算零件間的間隙［4］。例如，我公司在準340穿孔機芯棒小車的設計過程中，圖樣設計完成后對零部件進行虛擬樣機裝配，如圖3所示。對完成的裝配體進行干涉檢查，發現車體與端蓋存在干涉，通過對設計圖樣的修改，避免了材料的浪費，保證了正常的生產進度。

3三維CAD軟件在模擬仿真中的應用

SolidWorksSimulation是一款基于有限元（即FEA數值）技術的三維CAD分析軟件，是SRAC開發的工程分析軟件產品之一。能對零件和裝配體進行靜態、熱傳導、扭曲、頻率、跌落測試、優化及疲勞分析［5］。例如，在軋管機生產線設計過程中，主機架、機蓋作為穿孔機、軋管機的主要受力部件，對其進行受力分析及優化成為了穿、軋主機的研究關鍵，在對其進行理論分析時，應用Simulation對其實際受力狀況進行模擬仿真，可以更直觀有效地反應機架、機蓋的受力分布情況，并可以對其進行優化處理。應用SolidWorksSimulation對機架、機蓋的受力情況進行模擬仿真主要分為3個步驟：1）建立機架、機蓋的三維模型，如圖4所示；2）對模型進行預處理，主要包括定義分析類型、添加材料屬性、施加載荷和約束及劃分網格，如圖5所示；3）對模型進行求解；4）對求解結果進行分析。應用SolidWorksSimulation對卷筒的受力情況進行模擬仿真，其仿真結果如圖6所示。仿真結果既對機架、機蓋的強度進行了校核，又直觀地反映了機架、機蓋的受力分布、變形位移分布及應變分布情況，為機架、機蓋的設計提供了理論依據。

4結語

本文結合我公司的生產實際，論述了三維CAD軟件在產品設計研發中的應用。三維CAD軟件在產品的直觀性、虛擬裝配及模擬仿真等方面具有一定的優勢，是技術創新和產品設計的有效輔助工具。在產品的設計研發過程中有效地應用三維CAD軟件可以提高設計人員的工作效率，提升企業的整體技術水平，從而增強企業的競爭力。

［參考文獻］

［1］劉李梅，解青．三維CAD軟件淺析［J］．機械管理開發，2011（2）:205-206.

［2］李渝，張雪馳．三維空間計算機輔助設計技術在冶金設計中的應用［J］．河南冶金，2009（4）:53.

［3］魏茜茹．推動三維設計實現設計手段飛躍［J］．中國勘察設計，2009（11）：32-34.

［4］魏崢，王一惠，宋曉明．SolidWorks2008基礎教程與上機指導［M］．北京：清華大學出版社，2008

［5］陳超祥，葉修梓．SolidWorksSimulation基礎教程［M］．北京：機械工業出版社，2010

作者：邊海濤 欒守成 鄺吉貴 單位：濟南重工股份有限公司 山東省特種設備檢驗研究院