三维CAD软件在产品设计中的应用范文

摘要：

主要阐述了三维CAD软件在产品设计研发中的几项应用，如复杂曲面的建模、虚拟装配及模拟仿真，从而论证了三维CAD软件在产品设计研发中具有优势及重要作用。

关键词：

三维CAD软件；曲面建模；虚拟装配；模拟仿真

三维CAD软件在产品的设计研发过程中，能够直观地反映设计方案，实现产品的模拟仿真，缩短了产品的研发周期，有利于产品的更新换代和技术改进，提高了产品质量，增强了产品的市场竞争力［1］。但是，相对二维CAD软件而言，三维CAD软件也存在一些不足。例如，三维CAD软件需要较高的计算机配置；设计人员上手相对困难；市场上各类三维CAD软件的设计习惯、规则等各不相同，因此，使得三维CAD软件的推广具有一定的难度［2-3］。目前，我公司在进行产品设计时主要应用二维CAD软件，三维CAD软件作为辅助应用主要表现在以下几个方面：对一些复杂曲面、曲线进行建模；对产品进行虚拟装配；对重要零部件的受力情况进行模拟仿真。

1三维CAD软件在复杂曲面、曲线建模中的应用

对于一些复杂曲线或组合曲线而言，二维CAD软件不能精确地绘制出其形状。以我单位生产的穿孔机顶头为例，如图1所示。其表面由不同大小的圆弧、斜线及直线段相切而成，在二维CAD软件里很难精确地绘出其外形图。三维CAD软件可以对产品进行参数化设计，通过输入曲线的参数方程可以绘制各种复杂的曲线，通过添加约束可以精确地控制产品的外形。应用三维CAD软件，如SolidWorks，对顶头进行建模，如图2所示。将SolidWorks建立的模型转换为工程图即可用于生产。对于复杂曲面应用三维CAD软件可快速、准确地绘制出工程图，提高了设计人员的工作效率。

2三维CAD软件在虚拟样机装配中的应用

应用二维CAD软件设计的产品往往在实物装配过程中才发现零件间的干涉，影响了生产进度。因此，我公司对于新产品进行研发时，在完成图样设计后，应用三维CAD软件对产品进行虚拟样机装配，以检查设计是否存在缺陷。SolidWorks是一款常用的三维CAD软件，其具有强大的基于特征的实体建模、装配设计、工程图设计等功能。SolidWorks提供自底向上的装配体设计，用户可使用不同的方法将零部件插入到装配体文件中，利用丰富的装配约束关系对零部件进行定位；也可以用鼠标拖动未完全定位的零部件，带动结构进行有限的运动仿真，从而了解整体设计与目标的一致程度。装配完成后，可以对装配体进行静态干涉检查，也可以通过旋转或移动零部件对装配体进行动态的干涉检查或动态计算零件间的间隙［4］。例如，我公司在准340穿孔机芯棒小车的设计过程中，图样设计完成后对零部件进行虚拟样机装配，如图3所示。对完成的装配体进行干涉检查，发现车体与端盖存在干涉，通过对设计图样的修改，避免了材料的浪费，保证了正常的生产进度。

3三维CAD软件在模拟仿真中的应用

SolidWorksSimulation是一款基于有限元（即FEA数值）技术的三维CAD分析软件，是SRAC开发的工程分析软件产品之一。能对零件和装配体进行静态、热传导、扭曲、频率、跌落测试、优化及疲劳分析［5］。例如，在轧管机生产线设计过程中，主机架、机盖作为穿孔机、轧管机的主要受力部件，对其进行受力分析及优化成为了穿、轧主机的研究关键，在对其进行理论分析时，应用Simulation对其实际受力状况进行模拟仿真，可以更直观有效地反应机架、机盖的受力分布情况，并可以对其进行优化处理。应用SolidWorksSimulation对机架、机盖的受力情况进行模拟仿真主要分为3个步骤：1）建立机架、机盖的三维模型，如图4所示；2）对模型进行预处理，主要包括定义分析类型、添加材料属性、施加载荷和约束及划分网格，如图5所示；3）对模型进行求解；4）对求解结果进行分析。应用SolidWorksSimulation对卷筒的受力情况进行模拟仿真，其仿真结果如图6所示。仿真结果既对机架、机盖的强度进行了校核，又直观地反映了机架、机盖的受力分布、变形位移分布及应变分布情况，为机架、机盖的设计提供了理论依据。

4结语

本文结合我公司的生产实际，论述了三维CAD软件在产品设计研发中的应用。三维CAD软件在产品的直观性、虚拟装配及模拟仿真等方面具有一定的优势，是技术创新和产品设计的有效辅助工具。在产品的设计研发过程中有效地应用三维CAD软件可以提高设计人员的工作效率，提升企业的整体技术水平，从而增强企业的竞争力。

［参考文献］

［1］刘李梅，解青．三维CAD软件浅析［J］．机械管理开发，2011（2）:205-206.

［2］李渝，张雪驰．三维空间计算机辅助设计技术在冶金设计中的应用［J］．河南冶金，2009（4）:53.

［3］魏茜茹．推动三维设计实现设计手段飞跃［J］．中国勘察设计，2009（11）：32-34.

［4］魏峥，王一惠，宋晓明．SolidWorks2008基础教程与上机指导［M］．北京：清华大学出版社，2008

［5］陈超祥，叶修梓．SolidWorksSimulation基础教程［M］．北京：机械工业出版社，2010

作者：边海涛 栾守成 邝吉贵 单位：济南重工股份有限公司 山东省特种设备检验研究院