三维CAD/CAM技术应用

上机报告

           

上机题目：典型夹具部件建模及装配

指导教师：                    

院    系：    机电工程学院    

班    级：                    

姓    名：                      

学    号：                     

报告日期：                               

一、上机目的：

通过上机教学，可以使学生加深理解、消化、巩固课堂所学的知识，掌握以SolidWorks为代表的三维CAD系统的特征建模理论方法以及CAD/CAM一体化虚拟装配技术在机械设计和制造中的应用。

二、上机内容：

该上机实践由“典型夹具零件建模、典型夹具总体装配”两部分实践内容构成。

上机设备和环境

1.计算机

2.SolidWorks 2007

2.1 典型夹具零部件建模

该上机通过对典型夹具零部件设计建模方法的学习和实践，使学生可以了解CAD 技术的应用现状和发展趋势，掌握特征建模的基本理论和方法以及运用典型CAD系统SolidWorks完成产品设计的基本步骤和方法。

2.2 典型夹具总体装配

该试验通过对典型夹具总体装配的学习实践可以使学生熟悉CAM系统的功能和工作原理并更好的培养学生的建模能力，学生通过它可以了解CAD/CAM技术在机械设计与加工中的应用，熟悉产品从设计建模到装配的整个过程。

上机内容一    典型夹具零部件建模

一、上机内容

用SolidWorks 完成典型夹具零部件建模。典型夹具包括的零件基本结构如下图1 所示。

图1： 典型夹具零部件（二维结构示意图）

三、上机原理及步骤

1．典型夹具零件1建模步骤

（1）建立主轴齿轮模型  选取（工具）\（插件），出现插件选择窗口，如图2 所示。选取“SolidWorks ToolBox”、“SolidWorks ToolBox Browser”在绘图区右侧的设计库中有（ToolBox）文件夹图标。

 

图2 选择插件                            图3 齿轮

（2）右键点击正齿轮图标，在出现的菜单中选择 “生成零件”，在绘图区的左侧有正齿轮零件参数表，在表中填写相关的数据，单击确定按钮完成正齿轮的绘制。参数为模数2，齿数29，尺宽30，名义轴颈14，其余的采用默认值，结果如图3 所示。

（3）选取特征工具“凸台基体拉伸”，给定深度为30，完成拉伸。

（4）选择齿轮一端面作为绘平面进入草图绘制环境， 在平面上绘制一个半径为30mm的圆，选取 “添加几何关系”，将圆定位于圆心。

（5）选择作图面绘制圆选取特征工具“凸台基体拉伸”，给定深度为5，完成拉伸。

（6）选择拉伸凸台端面作为绘图平面进入草绘环境，绘制一个圆心，位于中心的同心圆，半径为25mm，选取特征工具“凸台基体拉伸”，给定深度为25，完成拉伸。

（7）选择参考几何工具栏中的“基准面”以齿轮端面为基准建立基准面，距离为15mm，选取特征工具“镜像”，将前面建立的两个拉伸相对于基准面1 做镜像，单击确定按钮完成镜像操作。

（8）选取轴端面作为绘图平面绘制一个直径为20mm，圆心位于中心的圆，并拉伸，拉伸深度为50mm。

（9）以新建基准面为绘平面绘制键槽草图，并切除，深度为3.5mm，单击确定按钮完成切除操作。

（10）选取倒角工具，绘制圆角。

（11）保存典型夹具主轴模型。

图4： 典型夹具零部件三维模型

上机二   典型夹具总体装配

一、上机内容

基于所设计建立的典型夹具零部件模型，用SolidWorks 完成典型夹具的总体装配。

二、上机要求

针对机制方向的本科生。要求学生对特征建模的基本原理和方法等CAD 知识和理论有充分了解，掌握典型夹具及其主要零的相关概念，能够在规定时间内运用SolidWorks 完成典型夹具总体装配。

三、上机方法和步骤

1 零件1装配

（1）新建一个装配体文件。

（2）在装配体文件中插入主轴零件和平垫片。

（3）选取配合，以同轴方式装配零件。

（4）复制一个平垫片，装在主轴的另一端。复制零件配合安装

（5）在设计库中选择ToolBox\ISO\Ball Bearing文件夹下的径向滚珠轴承，将其拖放到窗口中，轴承大小为0325。并复制这个轴承。安装方式为与垫片贴合并与主轴同轴。如图50所示。                      

                                       

图50 主轴装配体                                图51 安装从轴承

（6）保存文件为“主轴装配体。SLDASM”。

图55： 典型夹具零部件装配体模型

报 告 人：               

报告日期：                

第二篇：CADCAM技术应用状况

本文就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况。

1、 CAD/CAM在汽车工业中的技术应用状况

汽车工业代表着一个国家机械制造业发展的水平，一直是CAD/CAM技术应用的先锋和大户。下面就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况。

国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站为主体的环形网络系统；19xx年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现；19xx年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%。福特公司19xx年工作站已达2000台，以FGS工作站（约占70%）和CV工作台（约占18%）为主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM。19xx年以后，福特汽车公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为其主流核心软件。

日本三菱汽车公司19xx年从冲模的NC数控加工着手，以CAD/CAE/CAM为动力，对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统。

法国雷诺汽车公司应用Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavisio

n,用于钣金成形分析的OPTRIS等。

德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件。19xx年，德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统。

我国的CAD/CAM工作始于70年代，发展迅速，已取得了良好的经济效益。少数大型企业，如一汽、二汽等，已建立起比较完整的CAD/CAM系统，其应用水平也接近国际先进水平。许多中小企业应用CAD/CAM技术在保证产品质量、提高劳动率等方面也取得了显著的经济效益。但是总的说来，国内在CAD/CAM技术应用的深度和广度方面与国外先进水平相比还有很大差距。随着社会主义市场经济的发展，国有企业需要对传统的产品结构、生产设备和管理模式进行改造，以提高企业的活力和适应市场的应变能力，而采用CAD/CAM技术被认为是唯一的出路。

2、 CAD/CAM技术集成

2.1 集成化的意义

集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。

国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难

得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益。

2.2产品数据交换标准

建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。

复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产品，造长同一产品的信息表达差异。产品信息在各系统之间的集成现在主要采用标准格式交换法，如IGES标准、PDDI标准、PDES标准和STEP标准等。但是在朝着集成化目标发展的过程中，尤其是在解决面向CAD/CAE/CAPP/CAM、CIM、CE等的集成（信息交换、语义集成、功能集成）方面，遇到了很大的困难:

1)以IGES为代表的产品数据交换标准，尽管在支持几何数据的交换方面已达到实用程度，但它只支持物理层上的数据交换，难以满足信息集成的需要；

2)发展中的STEP尽管克服了IGES的不足，从理论上解决了同时支持物理层和逻辑层的数据交换，即实现信息交换的方法，但由于其刚刚起步，在其资源的定义、程序实现、面向具体应用领域的参照模型的建立、特征造型的实施以及对象库的管理和使用等许多方面还远没有达到实用程度；

3)难以进行产品信息的统一管理、同步性维护、冗余控制和全局优化创成；

4)靠数据交换难以实现建立在满足下游开发活动约束及特定外部过程约束的智能决策支持机制。尽管许多著名的计算机软、硬件产品厂商都声称在产品中支持IGES、STEP等产品数据交换标准，但结果并非如此。世界上各种CAD/CAM集成软件（如CATIA,Euclid,Pro/Engineer,CADDS5,UGII及I-DEAS等），都只是某些方面具有特长，故大型企业往往同时使用几种CAD/CAM软件系统才能满足自己的需要，结果导致软件之间进行数据交换时丢失信息。我们在为上海大众进行某项目的CAD软件选型时证明了这一点。因此，一般大型企业都选择一种CAD/CAM软件作为主流软件，再加上其它软件作为补充，从而尽量减少不同软件间的数据交换。产品数据交换标准的最终完善还需相当一段时间。

3、 CAD/CAM系统选型原则

CAD/CAM系统的选择与配置对任何一个打算应用CAD/CAM技术的企业都是至关重要的。在作出CAD/CAM系统选择和配置的决策时，需要综合考虑以下因素:

1)系统的功能

选择硬件时要考虑CPU的运算处理能力、内、外存储器容量、图形显示与处理能力、输入/输出作业能力、通信联网能力等。选择软件时要考虑各种产品设计过程中对CAD/CAM应用软件的功能要求，要注意软件与硬件的匹配。

2)系统的可调节性和可扩展性新安装的系统应能与原安装的计算机环境进行交互操作，即向下兼容能力；同时应该具有升级扩展能力；要注意软件的二次开发性、用户界面等。

3)性能价格比这是一个相对的综合指标。在购买软、硬件系统时，用户按功能和价格同时比较考核，在满足用户要求的情况下，取其最佳值作为选择对象。

4)供应商的发展趋势和资产可信度在选购系统时，不仅要比较分析其技术性能指标、价格，还要分析供应商的发展变化趋势和财务经营状况。若用户对供应商的发展情况不了解，购买了即将停产换代的产品，或是与即将易手的公司作生意，其后果是非常被动的。

4、 结束语

我国开展CAD/CAM技术应用工作并不算晚；通过引进，不少企业的软、硬件条件与国外相比也相差不大。但是，国内的CAD/CAM应用与国外先进水平相比存在较大的差距。原因是：

1)原有经济体制的弊端。采用CAD/CAM技术投资大，有较大风险，效益回报有一定的滞后期，导2.2产品数据交换标准建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产生，造成同一转机械启停机及正常运行时的特性，可分为转速上升、转速下降、转速不变、转速变化等。负荷状态可分为满载、空载、部分载荷、载荷骤增和骤减等。

2)管理上的缺陷。由于条块分割，重复引进，企业相互之间缺乏必要的交流和协作，影响了CAD/CAM技术效益的发挥。

3)人才培养的不足。福特等企业之所以CAD/CAM技术应用得好，是因为得益于几十年来一直大力开展CAD/CAM应用而积淀下来的宝贵经验以及培养出了一支高水平的技术队伍。现在国内既懂计算机软、硬件，又有丰富专业知识的人才奇缺，而这恰是企业最为宝贵的财富。