CAD系统开发（精选十篇）
CAD系统开发 篇1
1 拉深模CAD系统总体结构及工作流程
1.1 拉深模设计流程
传统的拉深模设计首先进行产品 (制件) 工艺性分析, 根据其形状复杂程度、高径比、塑性指标等确定成型的难易程度, 确定工艺方案, 进行拉深系数分配、冲压力估算等工艺设计计算, 最后确定模具结构设计。经过对传统的拉深模设计过程细化后, 归纳出如图1所示的拉深模设计流程。
1.2 拉深模CAD系统的总体结构
本系统在T-flex CAD软件平台上, 采用面向对象的可视化编程语言Visual C++6.0和面向对象的开发工具Obiect ARX2004进行开发。整个系统按软件工程学理论, 运用面向对象程序设计方法, 进行模块化设计。采用“自顶向下”的结构化设计方法, 逐级分解细化各子模块。系统总体结构见图2所示。
从图2可以看出, 本拉深模具CAD系统结构主要包括拉深制件设计、模具设计、图形处理三大功能模块, 以及数据管理、系统帮助两个辅助模块, 其中模具设计模块是核心部分。
1.3 拉深模CAD系统工作流程
本拉深模CAD系统工作流程如图3所示, 用户在所生成的用户界面上选择拉深制件的材料、输入拉深件的参数、选择拉深模具的类型等等, 用户按系统的提示和预先规定的流程进行拉深模具的设计, 用户还可以利用“系统帮助”功能。
2 拉深模CAD系统关键技术的研究
在研究开发本拉深模具CAD系统的过程中, 除了遵循软件工程学理论以外, 还要遵循一般的机械工程设计知识在开发CAD系统中的常规处理方法, 即开发者应能够将拉深模设计的知识正确处理。
2.1 拉深模的知识处理
人类在实践过程中不断摸索, 不断学习, 经过对客观事物的探索和总结而获得各种各样的知识, 所谓知识就是人类对于客观事物规律性的认识。拉深模CAD的知识可分为设计准则和系统数据两大类。设计准则通常以工程手册的形式保存, 具体的表达方法有数表、线图、公式等;系统数据数量庞大、种类繁多, 包括各种参数、设计人员的经验和相关标准, 根据这些数据在系统运行过程中的状态分为静态数据和动态数据。
2.2 设计准则的处理
在传统的拉深模设计中只有一小部分的设计准则是以公式表达的, 大部分是以数表和线图的形式给出的。公式的程序化容易实现, 只要把公式以程序的形式表示即可, 公式中出现的变量等以一定的方式表达即可。数表和线图, 应该处理成容易程序化的形式后存储。数表一般都是由实验和统计得到的一些离散数据组成, 大体可分为两类:第一类数表中的数据为一些不同对象的各种常数, 彼此间没有一定的函数关系, 这种数表一般比较简单, 只是一组不相关的数据。第二类数表中的数据通常是一些离散点上对应的函数值, 是相互间存在函数关系的数据。
对于第一种类型的数表, 处理方法比较简单, 我们通过建库、文件储存等方法来处理。对于第二种类型的数表, 由于该种数表中各数据间所具有的函数相关性, 处理起来相对比较复杂, 归纳起来有两大类:数据插值法和数据拟合法。所谓插值就是在所给函数表中再插入一些所需要的中间值, 其基本思想是设法构造某个简单函数作为列表函数的近似表达式。数据的拟合方法也可称为数据的平滑方法, 我们采用了线性拟合、多项式拟合等方式。
对于传统的拉深模设计准则中提供的线图, 我们首先将线图转换成数表, 然后对数表进行数据插值或数据拟合处理使其程序化或公式化。
2.3 动态数据的处理
所谓动态数据就是在拉深模设计过程中产生的数据。如果用数据库技术对动态数据进行处理, 动态数据获取过程必须调用数据库, 程序响应时间较长。同时动态数据本身数据量不大, 没有必要通过数据库来进行处理。文件系统具有针对性强、操作方便等优点, 考虑到拉深模CAD系统中动态数据的特性, 我们用文件系统来管理这些动态数据, 将拉深模具设计过程中的动态数据存放在文本文件中。拉深模具设计中对同一工件信息有单次拉深和多次拉深两种可能。如果是单次拉深, 设计过程中不涉及对同一工件的不同拉深次数, 所以可以只创建当前文本文件。如果是多次拉深, 各次拉深工序都必须在各自的工程文件下进行拉深模具设计, 在信息处理和工艺分析过程中产生的公有动态数据就会被不同拉深次数工序的拉深设计过程所应用。考虑到这一特性, 在拉深模具设计过程中首先在计算机系统目录下建立一个公共文本文件, 用来存放设计过程中的公用数据。
2.4 静态数据的处理
静态数据是指典型经验性的或成熟了的设计成果数据。本拉深模CAD系统采用数据库系统进行管理。该数据库系统包括数据库和数据库管理系统两部分。在研究和开发中, 本系统主要采用了关系型数据库来实现静态数据的存储。进行数据库设计时, 首先对给定的静态数据进行分解, 将关系复杂的数据分解成较简单的数据关系表, 然后对关系表之间通过相同的属性项进行关联, 依次对数据表进行处理。拉深模CAD系统中部分静态数据的定义、建立、查询和修改是通过数据库管理系统来实现的。由数据库设计时分解的关系表对数据进行定义。数据库管理系统通过建立相关的人机交互界面实现对数据的添加、修改和删除。
拉深模CAD系统中以知识重用为基础, 这些知识如果按照传统的模式, 在设计过程中不断去查阅各类手册, 费时费力而且容易出错, 极大地降低了拉深模设计的效率。因此对拉深模知识进行处理, 建立知识库, 为设计人员提供各种辅助工具, 有利于提高模具设计的效率, 实现快速、准确化的目标。
3 结论
通过对拉深模的分类, 拉深模设计特点的分析, 研究了拉深模CAD系统建立的流程和方法, 构建了系统的组织结构和总体框架, 将整个系统分为拉深制件设计、模具设计、图形处理三大功能模块, 以及数据管理、系统帮助两个辅助模块, 建立了拉深模CAD系统的功能模型。在开发中, 我们对设计准则、动态数据、静态数据等多种形式的知识进行处理, 实现了工程知识的管理和重用。该拉深模具CAD系统已在广东省惠州市宏利五金塑胶制品厂有限公司等多家单位应用, 取得了较好的经济效益和社会效益。
摘要：传统的拉深模设计需要借助模具设计师的经验知识、查阅大量手册, 费时耗力, 且重复性工作多, 原有专家知识和经验知识不能有效利用。而采用如AutoCAD、Pro/E等通用CAD软件设计拉深模, 由于没有融入拉深模设计的流程和知识, 针对性较差, 影响了设计效率和质量的进一步提高, 无法满足企业生产实际需求。文中介绍了拉深模CAD系统的开发过程, 研究了开发中的关键技术。
关键词：拉深模具,CAD,知识处理
参考文献
[1]邓万国, 罗方河.模具CAD/CAM[M].北京:中国劳动和社会保障出版社, 2005.
CAD系统开发 篇2
多学科设计优化(MDO)已经由单一的优化方法工具向集成有优化器技术,不同学科代码,能实现不同学科分析代码间通信的接口以及MDO自动化进行的优化体系工具箱发展.目前MDO框架的开发中存在的`一个主要问题是分析对象的几何描述过于简单,造成不同学科分析模块间计算信息很难转换.从建立一个三维运输机参数模型入手,通过CAD系统的二次开发,将模型集成到设计优化框架中,为各学科所有的分析和相关工程任务提供一个公共分析平台和基础.
作 者：范辉 李为吉 Fan Hui Li Weiji 作者单位：西北工业大学航空学院,西安,710072 刊 名：计算机工程与应用 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER ENGINEERING AND APPLICATIONS 年，卷(期)： 42(7) 分类号：V221 关键词：多学科设计优化 CAD系统 集成
CAD系统开发 篇3
一、引言
我国汽车工业的迅速发展给汽车零配件企业带来了新的挑战和更多的机遇，同时对企业竞争力提出了更高的要求。降低成本、提高质量和快速响应市场是企业提高竞争力的重要途径。企业出于自身生存和发展的需要，越来越多地采用CAD技术，以使其能低成本、高效率地开发、设计出新产品，全面提高企业对市场的快速响应能力。这种趋势客观上为商用CAD软件提供了巨大的市场需求，推动了整个CAD技术的发展和普及，各类CAD软件在设计和制造中得到了广泛应用。现阶段，基于特征技术的商用CAD软件得到了广大用户的一致认可，如Pro/ENGINEER、I-Deas等都拥有庞大的用户群。作为通用的CAD软件平台，这些软件在通用性上非常出色，覆盖了众多的产品设计领域，也考虑了一般性的设计规范。但是就汽车零配件企业而言，其产品特点主要表现为产品种类系列多、相似性强等，使用这类通用CAD系统很难一次性满足企业产品设计要求。如果企业能够研发出自己产品的参数化CAD系统，利用该系统，设计人员只需根据提示输入一些必要参数，系统在极短的时间内自动生成优化的变型设计结果，将极大地提高产品的设计效率，缩短产品的设计周期。当然，对于结构复杂的产品，要开发出完备的参数化CAD系统既费时又费力，很可能还难以达到预期的效果。不过，如果将复杂产品分解成一些关键零件及部件，研发出这些零部件的参数化设计系统，而后再与其他零件装配则是一个十分简捷有效的折中办法。本文以某汽车同步器产品为例，研究开发了汽车同步器三维参数化CAD系统，利用它可以进行汽车同步器系列零部件的三维参数化设计，设计者只需根据系统要求输入相关参数，系统即可快速生成该零部件的三维模型，并自动生成二维工程图，运行结果良好。
二、开发环境与开发工具的选用
1.开发环境的选用
正确地选用开发环境是编程工作的基础，使用合适的开发工具可起到事半功倍的效果。三维CAD系统是实现产品三维设计的基础，从高端的I-DEAS、Pro/ENGINEER、NX、CATIA到普及型的SolidWorks、Solid Edge、MDT（Mechanical Desktop）和CAXA实体设计XP等商品化软件，都为企业提供了不同层次和满足不同需求的选择余地。SolidWorks作为普及型的三维CAD软件，是美国SolidWorks公司研制开发的一种功能强大的三维机械设计软件，具有全参数化的零部件特征造型、三维实体模型到二维工程图的双向关联性的自动转换、产品模拟装配及干涉检查等功能，基本能够满足机械产品设计的需要。尤其是操作简单、易学易用，非常适合在我国中小型企业推广。因此，本系统选用SolidWorks 2003为开发环境。
2.开发工具的选用
目前流行的开发工具是VisualBasic 6.0及VisualC++6.0，SolidWorks系统对这两种环境都支持。二者各有优点及不足，Visual C++功能强大，适合于开发大型的软件，但操作起来难度较大，对编程人员有较高的要求；VisualBasic功能较为强大，相对Visual C++而言操作较为容易，更为重要的是：SolidWorks提供的宏录制功能的程序编制均采用VB编程，采用宏录制的方法编制的程序不需要专门的VB窗口，SolidWorks自带的VBA（Microsoft Visual Basic for Applications）可以方便地与SolidWorks进行转换操作，而且所编制的宏程序可以直接嵌入到SoildWorks的菜单下，再加上宏录制功能，编制者可以尽可能少地编写代码，十分方便。因此，本文选用VisualBasic 6.0作为二次开发的编程语言。
此外，对于零部件参数数据的管理采用SQLServer 2000数据库。当然，如果零部件不是太复杂，也可不用数据库。
三、三维参数化CAD系统的开发过程
参数化的概念是随着CAD技术中约束概念的引入而出现的。所谓参数化造型，其主体思想是用几何约束、数学方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。参数化造型有助于加快产品的设计过程：用户对零件的特征定形（形状参数化）和定位（位置参数化）后，通过改变参数的值，系统就可以立即得到新的零件，而不需要用户重新一步步再来。因此，把参数化设计同SolidWorks中基于特征的三维造型结合起来对于提高设计效率具有重要意义。
下面以某汽车同步器产品中的结合齿圈为例，说明本系统的开发过程。
1.三维实体建模
零部件的三维实体建模是参数化CAD系统中最关键的一步，它的设计依据是产品的零件图。具体设计过程有以下几个步骤。
（1）特征分析。
三维实体建模特征分析是高效地使用SolidWorks的重要步骤，首先要对零件的整体有所了解，在头脑中将其分解为多个特征，分析特征之间的相互关联关系，然后再考虑如何生成这些特征，从简单的几何形状入手，经过特征的不断组合从而形成一个较复杂的零件，在造型中常常需要修改设计，设计过程的任何修改立即更新。经分析，结合齿圈的实体模型是由基体圆柱、左/右圆柱凸台、左/右圆柱凹槽、外齿、内齿、均布通孔、倒角和圆角等特征组合而成，如图1所示。
（2）特征创建。
利用SolidWorks的特征造型功能，先绘制二维草图，再用拉伸、旋转及扫描等方法形成三维基本形体，然后直接用阵列、圆角、倒角、抽壳和拨模等特征生成最终模型。
2.定义设计变量
对每一个未确定的几何尺寸均需定义成不同的设计变量。但是对于一个零件组来说，为了提高其标准化程度，一般将主要设计变量定义成自变量，而有些设计变量则可通过建模时赋值。
3.编写驱动程序
（1）用户界面设计。
用于参数输入，可以编写数据库文件，从数据库中直接读取，或以人机交互的方式输入参数，以确定自变量的值。为了增强其交互性，本系统采用后一种方法。图2所示为结合齿圈参数化设计的用户界面。
（2）参数化驱动。
针对某一目的首先用宏录制功能录制出相应的宏程序，在此基础上，通过修改及添加代码使其满足要求，利用So1idWorks中相关的API（Application Programming Interface）函数及数据库知识，对变量进行用户交互赋值和自动搜寻数据库并自动赋值，再按照相关数值进行模型重建，从而实现零部件的参数化设计。
以上是开发汽车同步器三维参数化CAD系统的基本过程。在实际操作中，设计者只需执行驱动程序，在用户界面中输入变量的值，便可得到相应的零部件三维模型。
四、结语
三维CAD系统开发若干问题的浅析 篇4
三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算要中将产品的实际形状表示成为三维的立体模型。从支持创新设计的角度讲, 三维CAD技术便于直观表达设计意图。特别是在概念设计、工业设计主面, 三维CAD系统采用的三维特征和参数化功能可以更加准确表达设计意图, 完成装配等复杂设计过程, 使设计过程更加符合设计者的设计习惯和思维方式, 进行创新设计。研究了组件技术和特征造型技术, 并对基于组件开发三维CAD系统的相关技术和实现方法进行了深入研究, 给出了实现系统的框架结构和组件结构。
组件技术使得各CAD系统开发商们不必再完全遵从“一切从零开始”的开发模式, 他们可根据自己的技术优势在满足组件接口规范要求下开发不同的构件, 然后在得到许可的情况下便可以自由使用这些构件来搭建用户所需要的CAD系统。这种方式因其开发周期短、见效快、系统柔性高、开放性好、以及容易“即插即用”和进行并行开发等优势而倍受亲赖。
1系统框架
数据层包括物理数据文件、数据库和逻辑数据模型两部分, 它是CAD系统的设计结果, 也是CIMS信息集成的主模型, 由于本系统是符合STEP标准的, 故可以通过标准数据存取接口 (SDAI) 进行操作, 数据是用户利用系统功能实现的。
功能层是主体部分, 主要有三维零件设计、装配设计、二维工程图设计三大模块, 由于有主模型的支持, 三块之间相互关联:即任一部分的改变都将引起其它部分相关的自动更新。在零件设计中采用特征造型和实体造型相结合、特征模型与实体模型共存, 大大方便了后续工艺分析和加工对特征信息的需求又满足了显示、变换、物性计算、干涉检查等操作对实体信息的要求。变量化VGX技术主要在草图设计、特征造型、装配设计等部分应用, 极大的方便了用户对设计的编辑和修改。
接口层是提供系统的对外接口, 分为功能接口与数据接口。功能接口便于用户进行二次开发, 组件重用等;而数据接口为其它环节如CAPPCAMCAEPDM等提供一致性的数据访问方式。
2组件结构
系统的组件结构设计是基于组件技术开发CAD系统的关键, 主要内容是根据应用系统的功能需求列出所有构成组件、各个组件间的依赖关系和接口, 并确定哪些组件自己开发而哪些可直接从组件供应商处购买以缩短开发周期。而本系统就是通过从美国STI公司 (Spatial Technology Inc.) 购买三维CAD系统所需几何造型、文件管理、内存管理等基本功能组件, 而集中精力开发支持特征造型、VGX约束求解、装配设计、关联绘图、用户接口等组件。
由于ACIS是完全基于组件技术开发的, 其所有基础功能均通过不同的组件 (表现为动态联接库DLL) 实现。在ACIS6.0中大约有五十多个DLL, 所有这些DLL实际可划归为两部分:ACIS 3D Toolkit (核心模块) 和Optional Husks (可选模块) 。其中核心组件提供构造系统所需的基本功能 (如:基本几何和拓扑、内存管理、模型管理、显示管理、图形交互等) , 这部分是ACIS几何建模的核心, 类似于飞机的发动机, 其中包括许多开发商的必选构件;而另一部分可选组件则提供一些更专业化和更高级的功能 (如:高级过渡、高级渲染、可变形曲面、精确消影、拔模、抽壳、与CATIA和Pro/E等系统的数据接口等) , 这部分作为可选组件由用户根据实际开发的系统需要自由挑选、搭配和组合, 当然用户也可用自己开发的组件取代ACIS的部分组件。ACIS的各组件之间存在一定的依赖关系, 其中核心组件详情可参见ACIS6.0核心组件依赖关系图。
3关键技术实现
采用软件组件技术建立组件依赖关系为三维CAD系统架设了总体结构, 但具体实现还需解决许多关键性技术, 以下主要以特征造型技术为例说明系统的设计思路。
由于ACIS本质上一个几何实体造型的平台, 通过B-rep表示提供实体几何、拓扑结构的完整描述, 但它并不直接支持特征造型。因此, 该系统在实体模型和特征模型之间通过引入构造点、边、面的机制建立一种映射关系。每个特征中不仅包含工艺制造信息还包含其具体构造点、边、面信息, 这些构造元素再与实体模型中的点、边、面建立联系。
其中Lm Feature最终派生于ACIS的EN-TITY, 以便于进行内存管理、文件存储和模型操作管理。m_Construction属性记录该特征的所有构造点Lm Super Point、边Lm Super Edge、面Lm Super Face (三者均派生于Lm Super Element) , 它们又分别记录ACIS的VERTEX, EDGE, FACE和部分几何参数以及特定的语义信息;同时在每个ACIS拓扑元素 (FACE, EDGE, VERTEX) 中通过属性ATTRIB机制又嵌入其对应的Lm Super Element。这种双向链表结构方式不仅便于实现特征造型和实体造型间的无缝链接和快速查找, 而且也为系统重建时维护拓扑关系奠定了基础。因为仅记录ACIS拓扑元素 (FACE, EDGE, VERTEX) 是不可能保证拓扑关系一致的。m_Other Info属性主要用于存放特征语义、工艺信息等, 另外还为用户提供了手工添加特征语义的接口, 为真正支持CIMS环境下信息集成奠定了基础。
在特征创建删除修改或模型重建过程中, 为维护设计者的设计意图关键在于维护模型修改前后拓扑结构的对应关系即:拓扑一致性, 因此必须考虑拓扑编码的问题。系统通过为每个从ENTITY派生的实体引入索引标志的方法解决, 该索引标志不仅记录全局唯一标志符, 而且通过充分利用ACIS ENTITY中的ATTRIB和ANNOTATION类对模型操作的具体变化做了详细的记录:操作前有那些面、边、点, 操作后又产生了那些新的面、边、点等等。操作后系统自动重新整理, 保证了拓扑结构的对应关系。
要支持特征造型, 还必需维护特征之间的依赖关系, 以便修改特征参数后重建所有依赖特征, 这些关系一般形成树形结构, 又称特征树。特征树方便了对特征的管理, 但这种关系往往也限制了设计人员的设计思路, 并且还可能出现:父特征的删除导致所有子特征的删除, 如果某特证的参数依赖于其后续特征的参数导致系统重建时的崩溃等现象。于是系统采用双重坐标方法:即对每个特征既记录其相对父特征的坐标, 也记录其在全局坐标系下的坐标。这样, 当父特征不存在时, 子特征可在全局坐标系下“生存”;另外, 采用VGX技术, 将约束关系从几何关系中独立出来, 建立全局约束链, 相对独立的约束求解器, 结合代数方法和数值求解方法对约束整体联立求解, 既增加了系统的动态导航、动态约束添加和动态修改机制又保证了模型的修改可以超越设计历史树的限制, 使得设计人员随时、随地、随意修改成为现实。
责任编辑:杨帆
摘要：软件组件技术的发展为大型复杂的三维CAD/CAM系统的开发提供了极好的解决之道, 它完全改变了传统CAD/CAD系统开发的低效率模式, 使得该类复杂系统也可以“搭积式”的快速构建。深入研究了基于组件技术开发三维CAD系统的相关技术, 介绍了具体实现方法, 同时给出了系统组件层次结构, 可为开发该类系统提供一定的参考。
CAD系统开发 篇5
CAD界面中，具有人机交换功能，这样在操作系统过程中，既可以手动完成，同时也能借助计算机辅助设备来实现自动化控制功能，软件开发的技术方法有很多种，CAD辅助包装技术也是其中的一种，在此环境下所遇到的相关问题中，可能由于系统操作不当或者功能异常导致，也可能受系统的内部环境影响，并不能达到理想化的使用效果，也能促进工作任务快速发展。在软件系统结构设计期间，常常会出现一些使用安全性下降的问题，这可能是由于数据库漏洞导致的，在系统中存在一些风险隐患内容，不利于建设计划的开展，也增大了系统的风险性，需要快速的提升管理效果，并在辅助技术应用期间探讨现场可能会发生的质量不达标情况。软件主要功能模块介绍
(1)人机交互界面。软件开发期间主要的功能界面包括人机交换界面，能够将现场所遇到的问题通过功能交换来进一步解决，并促进工作任务在基层中快速的完善，达到理想的使用效果。人机交换功能中，能够通过参数设计来帮助实现系统功能之间的切换，并快速的提升使用效率，一旦现场出现质量下降现象，也能第一时间通过技术方法来解决，达到理想的运行使用状态，帮助实现功能交换，并在交换过程中将重要的信息数据保存，避免接下来将要进行的管理计划受到影响，长时间处于使用状态下，管理任务开展的能力将会受到不同程度的影响，尤其是基层常见的问题，也能够通过这种技术手段来进一步解决，CAD包装技术能够承载数据库的运行，并且对数据库存储能力的提升也有很大帮助。使用状态下的软件也可以通过数据库完善来进一步增加一些功能，达到更加理想的使用状态。
(2)数据库。数据库是软件功能实现最基础的部分，同时也是最重要的，数据库中的数据信息会与常用的参数分析软件配合使用，这样能够达到更理想的使用状态，并帮助提升管理任务的完成质量，在接下来将要进行的软件功能使用环节中，数据库之间会建立不同的联系形式，在功能上会有明细的增多，功能实现也更加理想化。软件开发期间，CAD仅仅是以辅助技术的形式来投入使用的，在此环境下所遇到的相关任务中，大部分都关系到系统最终功能的实现，并且功能中还存在一些需要结合使用需求优化的内容，在开发时要作为重点研究对象。
(3)缓冲设计及校核。在网络状态下，数据更新速度难以满足使用需求，会通过缓冲来帮助解决这一问题，缓冲对数据库的稳定性要求极其严格，在此环境下所进行的管理研究也是十分理想的，设计时可以通过功能的完善来进一步提升现场设备安全性，并避免发生安全性不足的现象，设备投入使用后，对软件的运行稳定性也要定期的检查，缓冲过程中产生的参数能够快速的保存到系统中，在接下来的使用中发现设备安全性不足也能快速提升稳定性，帮助解决数据使用阶段的传输问题。缓冲设计对软件开发使用能够起到一个保护作用，短时间内所遇到的问题中，大部分都能通过技术方法来进一步解决，并帮助实现更理想化的使用标准，发现数据中的误差问题后，也能在设计系统中快速的实现完成操作技术，为接下来将要进行的管理任务创造有利环境，并促进软件之间能够相互联系，在同一操作运行平台中共同运行，满足操作者的使用需求，并避免发生质量不稳定的现象。辅助包装设计开展期间，软件功能实现与安全性保障需要同时得到完善，一旦运行状态受到影响，包装环节的功能也不能正常发挥，要帮助提升运行使用的稳定性。
(4)Simulink仿真。最后是软件开发阶段的仿真处理，通过这种技术研究方法，能够在设计阶段轻松实现管理任务，各项需求之间也能达到理想化的运行标准，促进管理计划在基层中进一步提升，保障软件的运行使用安全，在功能上也能因此得到充分的完善，这种方法是十分有利的，具有长期发展潜质。
结语
CAD系统开发 篇6
【关键词】电力企业 职工 CAD课程 开发与实践
【课题项目】保定电力职业技术学院课题项目“面向电力企业职工的CAD培训课程开发与实践”。
【中图分类号】F272 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）11-0047-01
一、CAD课程开发的背景和意义
我院是隶属冀北电网有限公司的技能培训中心，它有着学历教育和职工培训的双重职能，自学院转型以来，职工培训功能逐渐凸显其重要地位。
CAD应用软件，在电力行业很多领域都有广泛应用，实用性很强，而大部分的企业职工都是工龄较长，没有受到过系统的培训，为了更高层次是适应岗位需求来拓宽服务领域，此方面的培训大有市场，所以研究面向企业职工的CAD课程开发与实践势在必行。
CAD即计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design），利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。CAD软件功能包括绘制二维平面图形和三维立体图形。市场上的软件类型很多，包括AutoCAD、Pro/E、UG、Solidworks等。
二、研究进程与主要工作
（一）课程目标的设计与安排
1.通过本课程，能够让学员熟悉掌握本职岗位应具备的相关知识和技能，提高工作质量和工作效率。
2.课程授课中要不断考虑学员的不同岗位需求，及时调整培训内容和方式。
3.课程内容上力求从简单图形开始，难度依次增加，同时逐渐增加操作技巧训练。
4.课程实施中还要着力考虑学员的综合职业能力，关注学员的个性可持续发展和知识迁移能力的培养与帮助，提高企业人才的竞争力。
5.培训中主要采用案例式教学、讲练结合教学，主要教学内容由培训教师按培训需求制定。
6.考核的重点是学员对知识的灵活运用能力，注重学习过程中的考核。
7.在培训执行中，根据学员基础情况等其它特殊要求可适当调整。
（二）支撑条件
1.对学员的能力要求：有《工程制图》理论知识的功底，能够正确识读工程图。
2.硬件要求：有专门的培训机房，50个工作位，学员人手一机。
3.软件要求：AutoCAD、SolidWorks、ProTeL等不同版本的软件及相匹配的系统软件、多媒体设施。
4.师资要求：由具备多年AutoCAD软件教学经验并有制图员技师资格的教授、工程师、讲师授课与指导，培训师的责任心强，具有较高的教学能力和专业技术能力。
5.教学资料：有根据需求报告自编的有针对性的CAD培训指导手册、简单易懂的操作微视频、CAD教学课件和网络教程网址。
6.教学方式：采用实例演示、讲练结合及互动式学习方式。
（三）CAD课程教学体系与内容
根据培训需求问卷调查和调研结果，对培训目标进行了准确的定位，制定了具有针对性和实用性的培训模块，具体内容如下：
（四）考核方式
整个培训完成后，每个学员都会有个百分制的考核成绩，包含内容如下：
1.出勤及学习态度（20%）
1）每次活动必须按时参加并签到， 如有事应当提前请假；
2）在培训期间必须服从老师的安排， 不得做与培训无关的事情；
3）在机房培训时， 必须遵守机房的管理以及辅导老师的要求；
4）学员在培训期间， 必须按质按量完成老师布置的任务。
严格遵守以上规定者满分。凡是违反以上纪律， 并不能及时改正者此项不得分，情节严重将予以除名处分。
2.平时练习（30%）
能够灵活运用所学知识出色完成规定练习100分，能够按照指导教师独立完成作业80分，能够基本完成作业60分，拷贝其他同学作业者此项不得分。
3.专项考试（30%）
抄画零件图：视图共15分，粗糙度及形位公差5分，文注4分，尺寸占6分，如果没按投影关系作图扣10分。
4.学习心得和意见、建议（20%）
详细阐述在培训过程中的各种收获和困扰，以及造成困扰的原因。同时对培训形式、时间、内容、师资以及培训条件等的意见和建议直言不讳的提出来。
（五）问题与不足
1.部分职工对培训的重要性认识不够，对培训缺乏积极性和主动性。
2.职工层次不同，存在年龄差异，知识结构差异，工作岗位差异等。尤其是年纪较大的职工对计算机本身的接受能力受限，学习软件的操作速度和灵活度效果较差。
3.培训与工作现场脱节，不能更大程度的服务工作岗位。
CAD系统开发 篇7
采用先进的PDM (Product Data Management) 系统, 是实现企业信息集成统一管理, 提高企业产品竞争力的必由之路。现代企业进行液压系统设计时, 一般都采用液压CAD系统。随着时间的推移, CAD设计数据日益增多, 因此有必要选用PDM系统来集成管理CAD数据和日常文件, 理顺企业管理流程。而对于中小企业来说, 选用复杂的PDM系统不但会增加企业采购成本, 也会增加复杂PDM误操作的可能性, 这就是部分企业使用复杂PDM系统不成功的原因之一。同时, 通用PDM系统并不一定适合于液压设计企业, 因此有必要针对液压CAD系统设计专用的液压PDM系统。
1 PDM系统与液压CAD系统数据交换方案设计
PDM是一门用来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关的过程的综合性技术。它以产品为中心, 通过网络技术和数据库技术, 有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、加工制造、销售维护至产品消亡整个生命周期内及其各阶段的相关数据, 按照一定的数学模式加以定义、组织和管理, 使产品数据在其整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全, 使企业的并行工程能够真正发挥效益。
液压CAD系统需要对液压元件的图素进行绘制和各个元件之间装配关系的管理。对于复杂的液压设计, 还需要有更多的如标准件库和其他标准液压元件库的支持, 对它们的管理和检索, 最好的方法是采用集成的PDM系统来统一管理。本设计中它们之间的数据交换关系如图1所示。
从图1中可以看出, 液压CAD系统由图形绘制和标准元件等单元构成, 而PDM系统负责管理CAD数据和生产过程中的管理数据。PDM系统采用DAO技术和数据库进行通讯, 液压CAD通过ODBC和XML技术和统一的数据库进行数据交换, 而液压CAD系统和PDM系统采用DLL技术进行功能调用, PDM系统通过[CommandMethod (“StartPDM”) ]等方法向液压CAD系统注册系统命令, 和CAD系统完全融合在一起。
2 PDM及其数据库设计
PDM系统需要存储大量数据, 既有图形文件和图形属性, 如BOM等, 又有管理过程中产生的大量过程数据, 如生命周期数据管理及计划和项目管理等。本PDM系统以SQL Server2005关系型数据库为基础, 建立YY-PDM数据库, 建立tblStandard数据表管理液压CAD的标准件库, 建立数据表tblProject管理项目及合同信息, 建立tblBom管理生产中的物料清单等13个数据表, 并建立关系模型。下面以tblProject表的设计为例说明关系表的设计。
数据表tblProject用来保存每个项目的信息, 它主要是对项目的内容进行总体描述。表1就是其关系结构。
表1是对具体工程的整体索引, 需要查看对应工程的详细图纸和设计信息, 需要通过设计编号查找对应的数据表格。其他数据表格的建立方式可以在理清关系的基础上用同样的方法建立, 不再详述。
3 PDM系统的实现
为了实现PDM系统和液压CAD系统的融合, PDM系统采用DLL的形式和液压CAD系统进行功能调用和通讯, 以后台形式运行于数据服务层。
3.1 向液压CAD系统注册命令
由于PDM系统以后台形式运行于数据服务层, 因此需要向液压CAD系统提供统一的命令, 以便在使用时可以调用出来进行服务。
本PDM系统中可以首先建立一个DLL项目, 然后使用液压CAD系统提供的二次开发接口中的CommandMethod (“command”) 方法注册命令。下面代码就是向液压CAD系统注册启动PDM系统的命令。
3.2 PDM系统的功能界面
液压PDM系统界面需要满足用户对工程数据储存和查询等功能, 也需要能够对标准件等CAD数据进行统一的管理, 这样才能保障协同设计的工作组采用的是同样的数据源。利用FMC强大的界面设计能力, 可以设计UI界面如图2所示。
当有新的项目时, 可以在液压CAD系统的命令行里面输入命令“StartPDM”, 液压PDM系统显示出来。通过这个界面, 可以把工程数据和CAD数据可视化调用和修改。需要对液压元器件和标准件进行管理和配置, 可以转到“标准件管理”界面, 修改标准件和元器件, 也可以调出图3所示的界面调用配置好的液压标准件和元器件。
4 结束语
先进企业在采用液压CAD进行系统设计时, 必将面临CAD数据和流程管理的日益复杂化。采用适合企业特点的PDM系统将极大的专业化液压企业进行系统设计和管理, 为企业赢得市场提供保障。在分析了液压CAD二次开发接口的基础上, 笔者针对液压CAD用户, 设计了适合该行业中小用户使用的液压PDM管理系统, 实现了CAD数据存储和管理的统一, 为液压设计提供了可视化的帮助, 为管理者提供了控制整个过程的管理平台, 符合中小企业的要求。但相对于成熟的商业PDM系统来说, 本液压PDM系统功能有限, 还可以进一步完善和集成。
参考文献
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CAD系统开发 篇8
目前现有的CAD/CAPP/CAM集成系统比较庞大,价格也比较昂贵,不适用于中小企业,而我国渔业机械生产企业大多是中小企业,经济、技术基础相对薄弱,所以在设计与制造技术革新方面应推广应用经济型的CAD/CAPP集成系统。渔业机械虽然与通用机械有相同之处,但也有其专业性特点。目前在推广使用的CAD/CAPP集成系统的通用性还不是很强,还无法涵盖所有机械专业领域,在渔业机械领域还需要开展面向渔业机械的CAD/CAPP集成系统的开发工作。基于TopCAD平台开发的面向渔业机械的CAD/CAPP集成系统的研究工作目前已取得了阶段性成果,并应用于渔船起网绞纲机等产品的开发过程中。
1 CAD/CAPP集成系统的结构
1.1 系统开发平台
本系统是基于TopCAD平台的全参数化CAD软件,具有良好的绘图功能,而且其结构化设计的特点还可支持图素之间的相互约束条件和约束关系,同时具有全局参数及数据库查询功能,共享与传递产品零部件几何、材料、工艺等信息功能,提供常用标准库函数供表达式或绘图程序调用功能;以及具有数据库管理模块,可嵌入内部数据库也可以引入外部数据库进行标准信息查询与检索等特点[2]。
1.2 系统结构
本系统按模块化结构进行设计,其数据的组织管理则按层次结构进行设计。系统总体结构如图1。整个系统包括:渔业机械CAD子系统、渔业机械CAPP子系统、图形库、工艺库、数据库等。在CAD子系统、CAPP子系统设计时,首先采用成组技术,对零件进行分类归组,利用TopCAD强大的参数化功能和数据库查询功能建立标准件图形库、通用零件图形库、渔业机械常用图形库、通用零件工艺库、渔业机械工艺库。CAD与CAPP之间通过统一的全局参数数据和数据库,实现几何信息与物理信息的共享,从而实现渔业机械CAD/CAPP的集成。
2面向渔业机械CAD/CAPP系统模块 的设计与集成
2.1渔业机械CAD子系统设计
渔业机械CAD子系统的设计主要是利用TopCAD参数化功能和数据库查询功能以及GT成组技术与交互式方法建立系统模型。参数化CAD对定型产品,系列化、标准化产品可建立完整的数学模型和结构模型。参数化CAD的工作流程如图2所示。在具体设计与模型建立时将已知条件和其它随产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替,然后根据这些已知条件和基本参数,由计算机查询图形数据库,再由参数化绘图软件自动生成设计图。对于小批量非通用产品还可采用成组CAD[3]与人机交互方法来弥补参数化CAD的不足。
“渔业机械CAD/CAPP集成系统”的CAD参数化模型的建立是根据外部条件的不同,充分考虑图纸调用时插入的基本点及恰当的消隐策略,通过设计相应的规范的标准化参数工装或产品零件图而实现的。另外,通过TopCAD参数化功能和数据库查询功能,建立常用的标准件、通用零件、渔业机械常用零件的数据库和图形库,以方便产品设计时调用,从而提高产品设计效率。在应用CAD子系统进行设计时,输入或选择正确的外部变量,系统即自动生成所需的零件图。在本系统中外部变量是存储零件的特征信息和制造信息,如通用件中的齿轮,把齿数、模数、变位系数、精度等设为外部变量。对于渔船绞纲机的滚筒,把额定拉力、钢丝绳直径、容绳量、工作级别等设为外部变量。其中全局参数应用于整个CAD/CAPP集成系统,在不同的模块间传递信息。如齿轮的齿顶圆直径、分度圆直径,以及滚筒的底径、滚筒长度、侧板外径等都可设为全局变量。
2.1.1 标准件CAD图形库
工程技术人员在应用CAD进行新产品或新工程的设计和开发时,总要不断地检索、查询和应用与设计有关的所需的标准件、通用件、原材料及相关性能指标等方面的信息。为了提高设计效率和充分发挥计算机自动检索、查询等功能,就需要建立一个包括这些信息的工程数据库。标准件数据库是CAD子系统使用的,由各种常用、通用的机械标准件,如螺栓、螺母、轴承、管接头等的信息组成的一种典型数据库。它是为满足用户的CAD机械设计要求,在计算机系统中按一定的数据模型格式组织、存储和使用互相关联的标准件数据信息的集合。
本系统中的标准件数据库是利用TopCAD内嵌的数据库系统建立或利用数据库软件建立的.dbf格式的数据库文件。标准件CAD图形库是利用TopCAD参数化功能和数据库检索查询功能建立的标准件参数化图形,并将标准件参数化图形存储于标准件CAD图形库中,供工程设计人员具体设计时调用和查询。标准件的几何信息、性能指标和文字信息以数据库的字段来描述。标准件参数化图形以标准件型号或规格作为外部变量,并建立代表标准件几何信息的内部变量。标准件型号或规格根据设计者的需要输入,其它几何信息即内部变量的数值通过数据库检索、查询或表达式计算得到,在建立参数化标准件时应特别注意标准件基准点的确定。
如何建立和使用标准件CAD图形库。首先建立标准件数据库,再利用TopCAD系统根据其几何模型建立标准件参数化图形。在标准件参数化设计中,描述其几何结构的外部变量由代表标准件的型号或规格组成,具体描述几何结构尺寸的变量设为内部变量,其数值,通过数据库检索查询获得。
标准件CAD图形库建立完成后,在具体设计时就可以根据需要以块图的形式调用标准件图,再插入到所确定的位置。调用时一般只要输入标准件的型号或规格以及比例。
2.1.2 通用件CAD图形库
通用件在一个设备中所占比例相当大,为了减少大量重复性绘图工作,建立诸如轴承端盖、齿轮、链轮、皮带轮等通用件的CAD图形库是很有必要的。对一些具有标准化要求的通用件,同样需建立数据库以描述其标准化信息,如齿轮模数、公法线变动公差、齿形误差检验项目等。而对于那些几何尺寸随机性较大而结构形式基本相同的通用件,则根据成组技术的思想建立相应的零件族。对于某个系列化的零件族,则在利用TopCAD进行参数化设计时,对其某些变量建立编辑清单,供具体设计调用该零件时选择,以减少因尺寸改动而增加输入量。在某个通用件参数化模型以及参数化CAD图形建立完成后,将其存入“通用件CAD图形库”中。
2.1.3 渔业机械常用零件CAD图形库
因本系统是面向渔业机械制造企业而开发的,所以有必要根据渔业机械的特点和渔业机械的行业标准建立渔业机械常用零件的参数化CAD图形库。渔业机械常用零件有渔船用绞纲机滚筒和摩擦鼓轮以及排绳装置、增氧机上的叶轮、膨化机的螺杆、饲料输送机的绞龙、渔船管系用附件等等。在建立渔业机械常用零件CAD图形库时,根据成组技术的思想将结构相似的零件归类成零件族,先构造结构模型,再分别对其进行参数化设计,并存入相应的图库中,供用户设计渔业机械产品时调用。渔业机械常用零件CAD图形库的建立与通用件CAD图形库建立的方法相同。
2.2 渔业机械CAPP子系统设计
渔业机械CAPP子系统,是以派生式为主的交互式CAPP系统。本系统不盲目追求所谓全自动生成工艺规程,在以典型工艺快速生成工艺时,还给人以任意对工艺作修改的主动权,充分体现“计算机辅助”的优越性和实用性。派生式CAPP系统是在成组技术的基础上,按零件结构和工艺的相似性以及分类编码系统,把零件划分为若干个零件加工族,并把每一族中各零件的所有形面特征合成为复合零件,根据复合零件制定出反映本厂最优加工方案的典型工艺过程,存储于工艺库中。在编制新零件的工艺规程时,从中调出该族的典型工艺,通过系统提供的人机交互界面对典型工艺进行修改,从而得到所需的工艺规程。在对机械零件工艺过程进行分析后,可建立包含工艺设计过程模型,该模型是构造CAPP系统的基础。派生式CAPP系统工作流程如图3所示。
2.2.1 通用件CAPP工艺库
一个产品中通用零件(轴承端盖、齿轮、链轮、皮带轮等)数量占产品零件总数量的比例一般比较大,为了减少新产品生产的大量重复性工艺设计工作,有必要根据合作单位生产的实际情况建立通用零件的典型工艺,存储于计算机通用件工艺库中。而且要随着产品规格、品种的增加,通用件的数量及其工艺规程也要不断地增加,从而使通用零件的工艺库得到扩充和完善。要建立工艺库,就要将一个一个零件族的典型工艺设计完成。而要建立一个比较理想的CAPP系统,首先必须将合作单位的生产检验设备和工装夹具的信息了解清楚,并建立相应的数据库,如本系统中的车床数据库:“D:/SJK/JCCC.dbf”和滚齿机数据库“D:SJKJCGC.dbf”等,以便设计零件工艺时自动查询和检索。另外,在进行工艺设计前,先根据国家标准建立参数化CAPP工艺过程卡和工序卡图表,供零件CAPP设计时调用。相关工艺图表文件存储在工艺图库中。
2.2.2 渔业机械常用零件CAPP工艺库
在渔业机械产品开发中为了减少渔业机械新产品生产的大量重复性工艺设计工作,有必要建立渔业机械常用零件的CAPP工艺库。在渔业机械新产品工艺设计时调用该工艺库中的结构或工艺相似的工艺,通过人机交互式界面判断是否需对该工艺进行修改,一般稍加修改即可以完成新产品中常用零件的工艺设计。其CAPP工艺库的建立与通用件CAPP工艺库的建立方法相同。
2.3 渔业机械CAD/CAPP系统集成
本系统基于成组技术和TopCAD全局参数设计来实现渔业机械CAD系统和渔业机械CAPP系统之间的几何信息和工艺信息的共享与传递。即实现渔业机械CAD/CAPP系统的集成,其集成组织结构如图4所示,CAD子系统与CAPP子系统直接从全局参数中读取如尺寸、公差、材料、图号等零件的几何、工艺和产品信息。本系统中所采用的成组技术可以是零件分类编码系统与无形编码系统。对于标准件和通用件以零件分类编码系统为主,对于非常用零件主要采用无形编码系统和交互式用户界面的方式对零件进行归类成族,无形编码系统为树形层次结构[7,8]。
利用本系统进行渔船起网绞纲机重要零件容绳滚筒的设计,原始参数有拉力F、钢丝绳规格d、夹棕绳规格djz、钢丝绳长度Lg1、夹棕绳长度Lg2、材料牌号$CLPH、安全系数Kn等,把它们设置为外部变量;设计容绳量Lgz、滚筒计算底径d0、滚筒底径D0、滚筒卷绕层数n、半长索纲卷绕层数nP、滚筒外径De等参数设置为内部变量。在滚筒参数化CAD模型建立时,定义解释外部与内部变量,并按照参数进行结构设计,结构设计完成后,存储于图形库中,当需要修改设计或设计新产品时,先调用该模型,改变外部变量,内部变量根据相关设计程序、表达式或人机交互方式自动或半自动完成新产品中对应零部件的设计工作,大大提高了产品设计效率。结构模型程序如下:
3 结论
从该系统实际应用于渔船起网绞纲机产品的开发情况看,基于TopCAD构筑的以GT为基础的标准件、通用件、渔业机械常用零件图库所开发的面向渔业机械CAD/CAPP集成系统,在加快设计速度及提高标准化程度方面效果明显,具有一定的实用价值。它改变了过去渔业机械仅局限于CAD代替手工绘图而没有参数化设计的应用状况。当然从实际应用情况看本系统也还有需要改进完善之处,如系统功能模块还不够全面,特别是在CAPP方面的设计由于有关数据库的数据信息还不全面,导致其自动化程度还不够高,许多数据还要靠设计人员输入。另外,本系统没有将工时定额计算和工夹具自动查询检索这两项重要功能列入本系统。渔业机械CAD/CAPP集成系统的开发是一个逐步完善的过程,很多系统功能模块还需要逐步去完善。
摘要：为提高渔业机械产品的设计与建造工艺水平,设计开发了面向渔业机械CAD/CAPP集成系统。该系统以TopCAD为二次开发平台,利用TopCAD强大的参数化功能和数据库查询功能,按照成组技术理论构造了渔业机械全局参数化CAD系统和全局参数化CAPP系统,通过共享统一的全局参数数据实现渔业机械CAD/CAPP的系统集成;并在渔船绞纲机产品开发中进行了实用性验证。
关键词：渔业机械,CAD系统,CAPP系统,全局参数,CAD/CAPP集成
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CAD系统开发 篇9
螺旋齿圆拉刀是一种高精度、高效率的圆孔拉刀, 已经广泛应用于生产加工中, 因此需要对其进行高效率设计[1]。如果利用传统的设计方法, 再设计过程中需要考虑的参数多、计算量大、查阅资料多, 并且根据经验计算设计很容易出错, 造成反复设计。螺旋齿圆拉刀结构复杂, 制造成本高, 在设计过程中出现错误, 将会产生很大损失, 因此需要利用计算机辅助螺旋齿圆拉刀设计[2]。随着CAD软件设计技术逐渐完善, 采用三维设计方法, 开发螺旋齿拉刀CAD系统, 实现拉刀的快速设计、快速建模及有限元分析, 对生产加工具有重要的理论意义和实践意义。
本文主要研究的是利用VB语言对Solidworks进行二次开发来完成螺旋齿圆拉刀参数化设计[3], 并利用有限元软件ABAQUS/Standard建立了三维拉削有限元模型, 分析了拉削过程中的切削温度、切削力及应力分布情况等[4], 而从判断所设计的螺旋齿圆拉刀的参数是否合理, 以提高螺旋齿圆拉刀的设计效率。
1 系统总体方案设计
该系统实现螺旋齿圆拉刀的材料选择、拉削方式选择、结构计算等, 设计所得到螺旋齿圆拉刀的各参数, 再传递到Solidworks中, 来实现对螺旋齿圆拉刀的参数化建模, 将生成的三维模型导入到仿真软件中进行仿真并对其进行分析。图1为该系统的结构总体框图。系统主要有四大模块, 分别为拉刀设计计算模块、实例管理模块、拉刀图形处理模块及拉削有限元仿真模块。
拉刀设计计算模块由拉刀材料选择、拉削方式选择、拉刀有齿部分设计、拉刀非加工部分设计组成。该模块用来进行拉刀材料和切削方式的选择以及切削部分和非切削部分的设计, 其中拉刀切削部分设计包括切削部分的长度和切削齿参数的设计及校准部分的长度和校准齿参数的设计;非切削部分有柄部、颈部、过渡锥、前导部、后导部组成。
实例管理模块由拉刀实例修改、拉刀实例添减和拉刀实例保存三部分组成。该模块用于对螺旋齿圆拉刀设计数据及设计实例进行管理。拉刀实例添加:对设计正确的螺旋齿圆孔拉刀, 系统会弹出对话框是否将其加入实例库。
拉刀图形处理模块包括三维图建模和工程图生成二部分组成, 该模块对拉刀进行三维参数化实体建模, 并生成二维工程图。
拉削有限元仿真模块是将得到的螺旋齿圆拉刀导入到ABAQUS仿真软件上进行仿真, 通过分析切削力、切削热及应力分布的情况是否在合理范围内, 来校验参数化得到的螺旋齿圆拉刀结构, 即拉刀的可制造性好坏。
2 系统关键技术
2.1 建立数据库
利用数据库管理系统SQL Server2000来存储数据, 将设计拉刀的各种参数存储在相应的数据表中, 以便直接调用。按照螺旋齿圆拉刀设计的方法与步骤, 其数据主要有三种:初始条件、螺旋齿圆拉刀参数和图形数据。初始条件是指被加工孔的直径和长度、拉床型号、被加工工件材料、预制孔加工方法等。螺旋齿圆拉刀结构参数包括拉削方法、拉刀的材料、工作部分结构、非工作部分结构和技术条件等。图形数据分别有螺旋齿圆拉刀三维模型和二维工程图等相关数据。
建立数据库, 包括初始条件数据数表、拉刀结构参数数据数表和图形数据数表。初始条件数据数表不仅包括初始设计的数据, 并且要对用户输入的新初始参数条件进行记录;拉刀结构参数数据数表由切削部分参数、校准部分参数、非工作部分参数、拉刀材料和拉削方式等组成。需要时常对其进行更新, 以便能够更好设计拉刀, 表1为原始条件数表的部分数据。表2为拉刀切削部分参数数表。
2.2 拉刀的参数化设计
通过编程法来实现参数化, 就是将拉刀设计过程中的函数添加到应用程序中, 利用编程语言来依次地执行设计过程。利用Solidworks内部的宏命令, 在用已知的参数来创建螺旋齿圆拉刀的实体造型时, 对其录制宏过程, 可以得到整个创建过程的宏文件, 再找出宏文件中与模型生成相关的重要函数, 确定重要函数中的关键常数, 了解改变关键常数后, 实体建模的变化, 然后将其中的关键常数用函数代替。
螺旋齿拉刀主要参数有刀齿参数和非加工部参数。刀齿参数包括:齿距p、容屑槽r、齿厚g、刃带宽b、槽底圆弧半径r、齿背角、后角、刃倾角、切削部分长度、切削锥半锥角。非加工部分包括:柄部的直径和长度、颈部的长度、过渡锥的长度和锥度、前导部的直径和长度、后导部的直径和长度。
通过宏命令, 录制的螺旋齿拉刀的部分宏文件如下所示, 该部分宏文件用来绘制拉削部分直径和长度, 先绘制直径26.021mm, 再通过拉伸命令拉伸出拉削部分的长度140mm。
3 系统的实现
现在以螺旋齿圆孔拉刀的拉削齿设计为例, 其设计步骤如下所示。
1) 运行系统, 在登录界面登入系统。
2) 根据如图2所示的设计界面, 第一步选择“拉刀设计计算”;第二步在“拉刀材料选择”的下拉菜单中选择材料;第三步选择“综合式”;第四步点击拉削齿, 输入相关参数, 最后点击生成三维图预览, 依次输入校准齿、柄部、颈部等参数, 就能得到对应部分的三维模型。
3) 当螺旋齿圆拉刀每个部分的三维图都生成后点击拉到图形处理, 选择“三维图建模”就能得到图3所示的三维图, 点击“工程图”就能得到图4所示的工程图。
4) 螺旋齿拉刀的有限元分析。
将前面得到的螺旋齿拉刀三维图导入ABAQUS软件中, 按下面步骤进行设置:
(1) 创建部件; (2) 创建材料和截面属性; (3) 定义配件; (4) 定义边界条件和载荷; (5) 网格划分; (6) 提交作业。点击“拉削温度分析”就可以得到仿真后的拉削温度情况, 如图5所示是拉削温度分析界面。
5 结束语
本文主要研究螺旋齿圆拉刀的CAD系统的设计, 以VB6.0为基本开发语言及SQL Server2000建立数据库, 以Solidworks为设计平台, ABAQUS为仿真软件。该系统只需通过界面输入参数, 实现拉刀的三维建模以及工程图, 再进行有限元仿真。避免复杂的拉刀设计及繁琐的绘图过程, 提高了设计的精度和效率, 并进行有限元仿真, 能够判断所设计的拉刀参数的合理性。
摘要：为了提高螺旋齿圆拉刀的设计精度以及生产效率, 开发出螺旋齿圆拉刀CAD系统。利用VB语言对Solidworks进行二次开发, 实现拉刀的三维参数化设计, 并利用有限元软件ABAQUS/Standard建立正交金属拉削有限元模型, 确定设计螺旋齿拉刀的参数的合理性。
关键词：螺旋齿圆拉刀,参数化设计,有限元仿真
参考文献
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CAD系统开发 篇10
目前, 十字轴式万向联轴器[1]的标准化和系列化程度较高, 企业日常的产品设计模式常常是针对客户需求对现有同类产品进行修改设计。这种基于基型产品的修改设计涉及许多烦琐的工作, 其设计效率低且容易出错。传统的交互式计算机绘图很难适应客户定制式的生产需求, 企业迫切需要借助CAD技术来实现十字轴式万向联轴器产品零部件的参数化快速设计, 以缩短产品设计周期, 提高设计效率和质量。
本文针对企业对十字轴式万向联轴器CAD系统的开发需求, 提出软件总体功能框架, 对系统数据对象进行概念建模, 并进行UML用例分析。在此基础上, 开发出十字轴式万向联轴器CAD设计软件, 并给出其应用实例。
2 CAD系统开发需求分析
结合安徽泰尔重工联轴器产品设计的实际需要, 该十字轴式万向联轴器CAD系统开发需满足如下功能需求。
(1) 设计功能:根据产品国家设计标准, 该CAD软件应具备产品使用寿命计算及其零部件的强度校核与尺寸参数优化功能, 在节省材料、降低成本的同时, 又能满足其性能要求。
(2) 绘图功能:基于产品数据库支持下, 该CAD软件应能够根据用户输入的尺寸约束参数自动设计零件中的几何要素。基于特征参数联动机制, 实现产品零件部件的快速参数化设计和相应图纸的自动生成。
(3) 容错功能:该CAD软件应能依据产品零部件间的尺寸关联性, 对用户输入的相关参数进行必要的合理性检验, 以减少用户输入错误, 提高设计质量。
(4) 检索功能:提供对产品相关图档信息的快速检索及多字段高级检索功能, 避免重复设计。
(5) 用户权限管理功能:依据不同的角色来分配用户权限, 并提供对相应模块的操作权限。
(6) 界面需求:提供良好的用户界面, 具有导航和即时提示功能, 方便人机交互。
(7) 接口需求:该CAD软件需提供与CAPP、PDM软件的接口, 便于对所生成的产品零部件图进行后续管理和利用。
3 CAD系统总体功能框架
基于上述十字轴式万向联轴器CAD系统软件功能需求分析, 提出利用Visual Basic 6.0的ActiveX Automation技术[2]和SQL Server数据库[3]技术开发该CAD系统的总体功能框架, 它主要包括用户管理、产品绘制、产品设计、文档管理和软件接口等功能模块, 其总体功能框架如图1所示。
(1) 用户管理模块。包括“设置用户权限”、“删除用户”、“修改密码”、“注册用户”、“注销用户”等功能。该CAD系统依据不同的角色来分配用户权限, 并提供对相应模块的操作权限。系统根据用户登录自动识别其操作权限, 并提供相应的功能模块以供用户调用。
(2) 产品绘制模块。根据客户需求, 该模块提供两个参数集:“标准参数”和“用户参数”, 前者是企业常用且已标准化的参数集, 后者是针对企业客户定制而保存的参数集。用户可在该模块界面中输入所需尺寸约束参数, 依据尺寸驱动和关联尺寸联动规则自动设计零部件中的几何要素, 实现零件部件图纸的快速参数化自动生成。
(3) 产品设计模块。包括“性能设计”和“参数集设计”。“性能设计”用于完成联轴器的使用寿命计算及其零部件的强度校核。在满足性能要求的前提下再对产品参数集进行设计, 包括对几何约束参数、配合尺寸参数、联动尺寸参数、公差尺寸参数等的优化设计。另外, 还可依据企业客户对联轴器定制的特别要求, 将其以参数集的方式进行描述, 并可对客户产品知识库[4]进行有效的管理。
(4) 文档管理模块。包括“文档存储”和“文档检索”两个子模块。“文档存储”子模块可实现CAD系统文档信息的有效存储, 包括CAD图形、Excel明细表以及有关设计信息, 如名称、图号、型号、材料、设计者、设计时间等。“文档检索”子模块提供两种检索方法:快速简单检索和基于多字段的高级检索, 以帮助用户查找相应的文档信息。
(5) 软件接口模块。提供与PDM软件的接口, 便于对所生成的产品零部件图档信息进行有效管理;另外, 还提供与CAPP软件的接口, 便于对其进行计算机辅助工艺设计。
(6) 数据库。基于SQL Server建立CAD系统开发所需的相关数据库, 包括用户数据库、参数数据库、产品知识库和文档数据库, 以供CAD系统调用。其中, 用户数据库主要用来存储用户的相关信息, 并记录用户所属角色和对应权限。参数数据库是用来存储十字轴式万向联轴器参数的基本信息, 包括零部件联动参数、几何特征参数、配合参数和驱动参数等。产品知识库用于存储十字轴式万向联轴器产品的各种尺寸联动知识、性能校核知识和绘图特征参数知识等。CAD软件生成的图形以及与之相关的文档信息可以自动存储在文档数据库中, 以备查询。
4 CAD系统数据对象E-R模型
由于十字轴式万向联轴器CAD系统开发涉及多个数据库 (包括用户数据库、参数数据库、产品知识库和文档数据库等) , 它们之间的数据关系非常复杂, 有必要对其产品实体的类型、属性和联系进行概念建模, 利用E-R图[5]来描述产品的概念结构, 如图2所示。
在图2中, 矩形表示实体集, 实体集的属性用椭圆表示, 实体集之间的联系用菱形表示。CAD系统实体集包含多个属性如权限、模块、接口等等。十字轴式万向联轴器实体集包含六个属性, 即:装配关系、结构组成、性能参数、几何尺寸、驱动规则、型号型式。明细表单实体集拥有材料、数量、日期、设计者、重量和备注六种属性。十字轴式万向联轴器实体集与CAD系统实体集之间是一对多的约束, 与明细表单之间是一对一的约束。CAD系统中的数据对象E-R模型描述了独立于具体的数据库管理系统所支持的数据概念模型, 表达了现实系统中的实体模型, 为数据模型的设计创建提供了良好的抽象表达。
5 CAD系统UML用例分析
UML用例图[6]的主要目的是帮助开发团队以一种可视化的方式来理解系统的功能需求, 包括基于基本流程的“角色”之间的关系, 以及系统内用例之间的关系。针对十字轴式万向联轴器CAD系统开发需要以及图1所示的CAD系统功能框架, 基于UML建模方法, 对其进行了UML用例分析, 给出了UML用例图, 如图2所示。
图3中包括一个“超级用户”和两名“普通用户” (实际系统普通用户为若干名) 参与者, 包含“用户管理”、“产品绘制”、“产品设计”、“文档管理”、“系统帮助”、“技术接口”、“图纸生成”、“数据库”、“性能设计”、“参数集设计”、“CAPP”、“PDM”共12个用例。“产品绘制”、“产品设计”、“文档管理”的父用例是“数据库”用例, 同时它们也具有扩展用例。“技术接口”的两个子类用例分别为“CAPP”和“PDM”。在该CAD系统所确定的用例中, 超级用户对系统每个用例模块都拥有相关操作权限, 普通用户只可对系统中授权的用例进行操作。
6 CAD系统应用实例
针对十字轴式万向联轴器产品, 基于零件参数化思想, 以Visual Basic6.0作为开发工具, 利用其ActiveX Automation技术访问商用CAD内部图形实体对象, 成功开发出一个高效实用的十字轴式万向联轴器CAD系统。图4为该CAD系统的主界面, 图中左边为型号选择和流水号输入界面;中间为基本参数和性能校核参数界面, 为产品提供了参数联动的驱动参数和零件强度校核参数;右边界面是产品的具体几何特征参数, 动态约束了产品几何图形的具体创建模型。图5为该CAD系统自动绘制的某型号十字轴式万向联轴器的花键轴零件图。
目前该CAD软件已经应用于生产实际, 具有操作方便、绘图效率高等特点, 并解决了十字轴式万向联轴器性能校核时的烦琐计算, 所生成的CAD图纸符合标准、标注规范, 极大地降低了设计人员的劳动强度, 具有良好的经济效益。
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