三维CAD技术在产品开发设计中的应用（二）

　　利用CAD系统的三维图形功能,设计师可在计算机屏幕上模拟出所设计产品的外形状态,在设计之初就对产品进行优化这样就不但可使产品具有优越的品质、最低的消耗和最漂亮的外观,而且在新产品试投产前,就可以对其制造过程中的结构、加工、装配、装饰和动态特征做到恰如其分的分析和检验,从而提高了产品设计的一次成性。

　　2.6设计与制造的紧密结合

　　CAD的设计数据既可用于设计仿真CAE(计算机辅助工程),也可以通过数据传输系统与数控加工设备联结,将设计数据直接用于产品零配件的加工,即CAM.计算机辅助设计CAD的引入可自动完成从设计到加工程序的转换[4]。

　　3、运用CAD技术进行产品设计

　　3.1Pro/E参数化设计在工程中的应用

　　参数化设计(Parametric)(也叫尺寸驱动Dimension-Driven)是CAD技术在实际应用中提出的课题,它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能,还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统,可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来,可以大大提高设计速度,并减少信息的存储量。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。1988年,美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation,PTC)首先推出参数化设计CAD系统Pro/Engineer(简称Pro/E),充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。它的主要特点就是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

　　Pro/E通过一种独特的、参数化的以及面向零件的3D实体制作技术,彻底改变了传统的设计理念,为工程师们提供了一条革命性的途径。完成了由二维到三维的转换,真正实现了CAD/CAM系统。尽管Pro/E在通用件、零部件设计上存在很大的优势,但是要想直接在Pro/E中完成曲面繁多的产品造型是非常困难的事情。不是不能完成,是要耗费大量的精力和时间,这样就又增加了设计的周期。

　　这样我们可以采用PTC公司的工业设计软件Pro/Designer(简称Pro/D)进行曲面设计,由于Pro/D与Pro/E采用的是同一数据库,两者之间是无缝连接的,因而在设计中造型设计师和结构工程师可以更好的协作。

　　3.2Pro/D的曲面设计能力

　　对于工业设计人员和那些想构建曲面模型的工程人员来说,Pro/D正是他们需要的工具,Pro/D可以构建高质量的自由曲面模型,并且可以很容易的转换到其他基于制造工程的CAD系统中。

　　Pro/D能够创建真实而精确的几何体,利用它可以更加容易的创建模型,缩短设计周期。利用Pro/D可以把视觉上的美学要求和模具制造过程中的工程要求很好的结合起来,这一点在创建自由曲面模型的过程中现得尤其显著。

　　3.3Pro/D与Pro/E之间的数据传输

　　Pro/Designer与Pro/Engineer之间交换数据有两种方式:一种是与Pro/Engineer直接交换数据,另外还有一种就是以文件的方式与Pro/Engineer交换数据。

　　3.3.1与Pro/E直接交换数据

　　如果两个软件都在同一台机器上运行,可以采用直接传输的方法。直接传输法速度更快,并且对于复合传输适应性更强。在一个Pro/Designer的进程中,可以从当前的Pro/Engineer进程中调用零件或组件,也可以将Pro/Designer中的数据以CDRSIn特征的方式直接传递到Pro/Engineer中,每一次传送请求都会在两个软件中自动更新各自的几何体。

　　3.3.2以文件方式与Pro/E交换数据

　　如果两个软件不在同一台机器上运行,可以使用文件传输的方法来传递并更新数据。一般情况下是在Pro/Designer里面输出为IGES等中间转换文件,然后Pro/Engineer里打开转换文件。

　　3.4造型复杂产品三维设计的CAD应用

　　对于造型装饰性强,特别是包含复杂曲面的产品,可以使用Pro/D与Pro/E组合起来进行,造型设计师在Pro/D里面做ID、做曲面建模,直接从Pro/D里启动Pro/E,把数据导到Pro/E由结构设计师进行结构设计,在整个设计过程中甚至结构设计全部做完了,由于客户的要求或设计师对方案的局部要进行更改,这时只须在Pro/D里面改动,改好后存好再原名称送给Pro/E,那么Pro/E里也得到改变,而结构不用重做(当然修改要使结构有存在的条件,即它的父特征不会有问题)。

　　(1)方案设计:由造型设计师进行概念草绘,可用二维平面软件进行方案效果图绘制。

　　(2)三维造型设计:方案确定后,由设计师利用Pro/D进行曲面设计。

　　(3)三维造型设计确认:将Pro/D里面的模型直接转入CNC,或RP做出实物模型进行造型检验。

　　(4)结构设计:将Pro/D里的模型转入Pro/E里进行细节结构设计。

　　(5)结构设计确认:进行装配和结构模拟分析,确认结构。

　　(6)模具设计:将Pro/E里的产品传递给模具厂进行数控编程。

　　(7)生产:将三维图转化为二维工程图,进行工艺设计,进行生产。

　　4、结束语

　　CAD技术的飞速发展,不仅意味着设计手段的改变,同时改变了工业设计的思维方式。推动着制造业从产品设计、制造到技术管理一系列深刻、全面、具有深远意义的变革,这是产品设计、产品制造业的一场技术革命。CAD技术的应用,将计算机的快速性、准确性以及信息高度集成性和设计人员的创造性思维、综合分析的能力充分地结合起来,实现从产品概念、造型设计、结构设计、机构设计、装配及动画演示直到工程制造全部过程计算机化,实现产品设计的系统化,缩短产品开发周期,从而创造出实用、经济、美观宜人的产品。