论文部分内容阅读
摘要：计算机辅助设计是现代产品设计中广泛采用的现代设计方法和手段。文章简绍了国内模具发展现状，主要研究按照模具设计的特点和创新规律，使用三维CAD的真实感建模来表达设计、制造一体化，展示了三维CAD在设计造型上所表现的强大功能。
关键词：三维；CAD；模具设计
一、引言
CAD是计算机辅助设计（computer aided design）的简称，它拥有工程及产品的分析计算、几何建模、试验与仿真等功能。近二十年来，CAD技术有了大规模的发展，CAD是促进科研成果开发和转化，实现设计自动化的关键技术，是提高工程和产品设计水平、缩短科研和新产品开发周期、提高劳动生产率的重要方法，是科研单位提高研发能力、企业提高创新能力和管理水平的重要手段。目前CAD计算已经应用于许多行业，如机械、化工、建筑、轻工、电子、船舶、飞机、汽车、纺织及服装等。CAD技术应用于机械类模具产品设计的比例最大，机械CAD在整个工程CAD中占有相当重要的地位。
二、我国模具设计的发展及三维设计应用趋势
1.我国模具设计的发展
现在的市场竞争日趋加强，产品更新换代日新月异，模具市场将进入多品种小批量生产时代。为此，模具设计行业需要广泛使用基于特征的、涵盖参数化和变量化技术的三维造型软件，使设计人员集中精力进行新产品的创意设计和模具结构设计，确定方案后，快速生成工程图纸，完成新产品设计或产品改型工作。
2.三维设计软件在我国应用趋势
在近十多年中我国一直是一个生产大国，但是生产环节是整个经济过程中消耗最大、利润相对较小的一个环节。随着中国制造行业的不断发展，越来越多的产品要从中国制造变成中国创造，从而能够增强我国企业在国际市场上的竞争能力。使用计算机辅助设计软件，是提高我国创造能力的重要方法。
三、现在模具设计的特点
很多形面复杂的产品如飞机零件、汽车覆盖件、家用电器、玩具，它们的形状表面是由多种曲面组合而成，所以模具型腔面都是非常复杂的。对于此类模具的设计通常划分为三个部分：冲压工艺设计、模面设计和结构设计。这三种设计的内容和侧重点是完全不同的。
在这些复杂的设计过程，设计者必须通过计算机辅助设计中的曲面造型，完成模面的精细设计。因此，在产品设计的过程中，性能强大的设计绘图软件的作用非同小可。
四、强大的三维设计与造型能力
最新的AutoCAD平台拥有强大直观的界面，可以轻松而快速的进行外观图形的创作和修改，它还具有的一些新特性能够使得更多行业的用户可以在项目设计初期探索设计构思，利用它可以绘制出形象逼真的立体图形，使一些在二维平面图形中无法表达清楚地东西形象的出现在屏幕上。
1.实现模面设计与结构设计的分开
例如在汽车覆盖件模具设计中使用AutoCAD可以把模具结构设计与模面设计分开，因为在汽车覆盖件模具设计中前者是实体设计，后者仍然是曲面設计。在结构设计中模面部分只是示意性的，可用于实型加工，不能用于模具加工。这种分工大大简化了模具实体设计，对汽车覆盖件模具结构设计的成败很重要。
2.搭积木和编辑式设计
AutoCAD在实体设计中可以采用搭积木式设计，依靠二维或三维标准件和典型结构库，使模具结构极大的标准化。同时大量借用已有的相似模具结构，经过简单编辑、修改，完成新模设计。
3.零件的实体建模
三维模型可用线框、曲线或实体方式生成。在线框模型中，直线和圆弧构成了模型边界。结果是一个可以从任何位置观察的三维模型，但仍只是一个框架形式。创建曲面犹如在骨架上包上皮。一旦这样生成后，模型就可以被渲染，使得图形看上去更逼真。曲面模型普遍用于构建板金的展开和重叠以用于制造
4.在系列化设计中的应用
在模具设计中，绝大多数零件都是相似零件，如垫板、顶杆、预应力圈等，它们基本结构相同，只是在某些细节和尺寸规格上有所差异，这时可利用三维CAD软件提供的配置方法来实现，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新；如果某一类相似零件很多，也可利用系列零件设计表，通过编辑Excel表来更改零件配置，反映零件的尺寸规格与特征构成，从而得到一系列相似零件。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。
5.生成实体装配图
实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。
6.实型数控加工
实体模型是最复杂的建模层次，并且用于建立实体模型的程序在一段时期内只用在大型计算机上。只有近年来微型计算机才达到这个能力水平，也可以运行复杂的算法，生成实体模型。计算机“认为”实体模型是一种具有实体质量的模型，所以它可被“钻孔”“加工”“焊接”，好象它是一个实际的零件。它能够由任何材料构成并呈现其材料特性，因此，能够进行质量计算。
五、结束语
利用AutoCAD软件进行模具设计，模具CAD技术应用使得设计不再局限于以纸为主要载体，而扩展为以计算机为主体的磁、光、电载体，这些载傩的信息容量都有极大地提高。模具CAD技术的应用是模具设计的一次革命性变化，发展前景可观，当然AutoCAD软件进行模具设计还现存些不足，需要不断地改进和完善。
参考文献：
[1]周雄辉等，<现代模具设计制造理论与技术>[M]，上海交通大学出版社，2000-7。
[2]魏生民.机械CAD/CAM.武汉：武汉理工大学出版社，2001
[3]林波/胡树根，<计算机辅助设计与制造>/全国第四届CAD/CAM学术报告会论文集，机械工业出版社，1996-8。
[4]杨海成、陆长德、余隋怀，计算机辅助工业设计[M]，北京理工大学出版社，2009.04
关键词：三维；CAD；模具设计
一、引言
CAD是计算机辅助设计（computer aided design）的简称，它拥有工程及产品的分析计算、几何建模、试验与仿真等功能。近二十年来，CAD技术有了大规模的发展，CAD是促进科研成果开发和转化，实现设计自动化的关键技术，是提高工程和产品设计水平、缩短科研和新产品开发周期、提高劳动生产率的重要方法，是科研单位提高研发能力、企业提高创新能力和管理水平的重要手段。目前CAD计算已经应用于许多行业，如机械、化工、建筑、轻工、电子、船舶、飞机、汽车、纺织及服装等。CAD技术应用于机械类模具产品设计的比例最大，机械CAD在整个工程CAD中占有相当重要的地位。
二、我国模具设计的发展及三维设计应用趋势
1.我国模具设计的发展
现在的市场竞争日趋加强，产品更新换代日新月异，模具市场将进入多品种小批量生产时代。为此，模具设计行业需要广泛使用基于特征的、涵盖参数化和变量化技术的三维造型软件，使设计人员集中精力进行新产品的创意设计和模具结构设计，确定方案后，快速生成工程图纸，完成新产品设计或产品改型工作。
2.三维设计软件在我国应用趋势
在近十多年中我国一直是一个生产大国，但是生产环节是整个经济过程中消耗最大、利润相对较小的一个环节。随着中国制造行业的不断发展，越来越多的产品要从中国制造变成中国创造，从而能够增强我国企业在国际市场上的竞争能力。使用计算机辅助设计软件，是提高我国创造能力的重要方法。
三、现在模具设计的特点
很多形面复杂的产品如飞机零件、汽车覆盖件、家用电器、玩具，它们的形状表面是由多种曲面组合而成，所以模具型腔面都是非常复杂的。对于此类模具的设计通常划分为三个部分：冲压工艺设计、模面设计和结构设计。这三种设计的内容和侧重点是完全不同的。
在这些复杂的设计过程，设计者必须通过计算机辅助设计中的曲面造型，完成模面的精细设计。因此，在产品设计的过程中，性能强大的设计绘图软件的作用非同小可。
四、强大的三维设计与造型能力
最新的AutoCAD平台拥有强大直观的界面，可以轻松而快速的进行外观图形的创作和修改，它还具有的一些新特性能够使得更多行业的用户可以在项目设计初期探索设计构思，利用它可以绘制出形象逼真的立体图形，使一些在二维平面图形中无法表达清楚地东西形象的出现在屏幕上。
1.实现模面设计与结构设计的分开
例如在汽车覆盖件模具设计中使用AutoCAD可以把模具结构设计与模面设计分开，因为在汽车覆盖件模具设计中前者是实体设计，后者仍然是曲面設计。在结构设计中模面部分只是示意性的，可用于实型加工，不能用于模具加工。这种分工大大简化了模具实体设计，对汽车覆盖件模具结构设计的成败很重要。
2.搭积木和编辑式设计
AutoCAD在实体设计中可以采用搭积木式设计，依靠二维或三维标准件和典型结构库，使模具结构极大的标准化。同时大量借用已有的相似模具结构，经过简单编辑、修改，完成新模设计。
3.零件的实体建模
三维模型可用线框、曲线或实体方式生成。在线框模型中，直线和圆弧构成了模型边界。结果是一个可以从任何位置观察的三维模型，但仍只是一个框架形式。创建曲面犹如在骨架上包上皮。一旦这样生成后，模型就可以被渲染，使得图形看上去更逼真。曲面模型普遍用于构建板金的展开和重叠以用于制造
4.在系列化设计中的应用
在模具设计中，绝大多数零件都是相似零件，如垫板、顶杆、预应力圈等，它们基本结构相同，只是在某些细节和尺寸规格上有所差异，这时可利用三维CAD软件提供的配置方法来实现，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新；如果某一类相似零件很多，也可利用系列零件设计表，通过编辑Excel表来更改零件配置，反映零件的尺寸规格与特征构成，从而得到一系列相似零件。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。
5.生成实体装配图
实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。
6.实型数控加工
实体模型是最复杂的建模层次，并且用于建立实体模型的程序在一段时期内只用在大型计算机上。只有近年来微型计算机才达到这个能力水平，也可以运行复杂的算法，生成实体模型。计算机“认为”实体模型是一种具有实体质量的模型，所以它可被“钻孔”“加工”“焊接”，好象它是一个实际的零件。它能够由任何材料构成并呈现其材料特性，因此，能够进行质量计算。
五、结束语
利用AutoCAD软件进行模具设计，模具CAD技术应用使得设计不再局限于以纸为主要载体，而扩展为以计算机为主体的磁、光、电载体，这些载傩的信息容量都有极大地提高。模具CAD技术的应用是模具设计的一次革命性变化，发展前景可观，当然AutoCAD软件进行模具设计还现存些不足，需要不断地改进和完善。
参考文献：
[1]周雄辉等，<现代模具设计制造理论与技术>[M]，上海交通大学出版社，2000-7。
[2]魏生民.机械CAD/CAM.武汉：武汉理工大学出版社，2001
[3]林波/胡树根，<计算机辅助设计与制造>/全国第四届CAD/CAM学术报告会论文集，机械工业出版社，1996-8。
[4]杨海成、陆长德、余隋怀，计算机辅助工业设计[M]，北京理工大学出版社，2009.04