现代机械设计方法

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1、现代机械设计方法研究生课程考试卷学号、姓名：20102003谢善亮年级、专业：10级机械设计及理论培养层次：硕士课程名称：现代机械设计方法授课学时学分：32学时2学分考试成绩：授课或主讲教师签字：3现代机械设计方法评语：评阅人：年月日3现代机械设计方法机械CAD设计方法中基于特征的设计摘要：从机械零件三维设计的角度出发，利用特征造型的技术，提出了基于特征的设计方法，并分析了该方法在产品模型的表达方法上的应用。关键词：机械零件；设计；特征；CAD/CAM1.引言在现代机械工程设计中，信息交换系统是一个重要环节。过去一个设计人员要精通设计和制造等方面的知识，其中工程制图是所有信息系统中最

2、重要的环节，它不仅要描述零件的形状，还要提供用来完成这些制造过程的足够信息，而且大部分设计人员的机械设计任务是进行二维设计，生成二维工程图纸，设计者的设计意图也很难被别人理解，如想对设计的产品进行装配校验、力学分析、运动分析、有限元分析和数控加工后处理等，在二维图纸上是无法完整而可靠地进行的，因此二维图纸设计已不能完全满足现代机械产品的设计要求。随着CAD/CAM技术的发展，设计人员已经能在计算机上快捷、准确地实现三维实体造型，以便能够更注重零件结构设计和相关问题的解决，并根据设计要求随时重新构造零件模型，最后生成数控代码用于数控机床进行加工，生成二维工程图用于指导加工。并且三维模型

3、有很强的可视性，它能准确地反映设计者的意图，可以更好地将产品的设计意图贯彻到各个后继的环节，如各种分析、加工等，并可以及时得到后者的意见反馈，实时地调整模型，使设计更合理，能最大程度地满足设计要求。随着制造技术的不断进步，CAD/CAM技术的发展，给传统的制造业带来了一场革命，彻底改变了产品的传统设计、生产和管理方式，因此机械产品的设计由二维绘图开始的方式过渡到直接对产品的三维模型进行设计已经成为发展的趋势图[1]。2.基于特征的设计理念当前，CAD/CAM的硬件系统已经达到了实用化的阶段，CAD/CAM的单项技术也在日益成熟，利用已有的商品化CAD系统，根据产品的功能形状预先定义一

4、些可被加工的几何形体（3现代机械设计方法即特征），在此形体上加入零件的信息，它包括形体本身的信息和形体之间相关联的信息，形体（或称作特征）按参数化的方法进行设计，使得零件的几何信息与非几何信息的描述统一在一个三维模型之中。非图形信息需要由软件开发者单独用外部文件或数据库记录，因为一般的商品化CAD系统不能管理这些非几何信息。这种方法被称为基于特征的设计。它的优点在于可一次性输入零件的几何和非几何的工程信息，从更高的层次上进行产品设计。基于特征的造型方法是按照机械零件设计中经常用到的且能被通常加工方法所加工的一系列基本几何体和复合几何体的集合，并且对这些几何体赋予设计功能和加工工艺属性

5、，因此，它符合产品的设计习惯。从设计角度讲，也为产品设计实现高效率、标准化、系列化提供了条件；从加工的角度讲，特征几何体对应着一定的加工方法，使得加工工艺的确定很容易按照成组技术的原理来进行。所以，基于特征的设计方法有助于简化CAPP的决策逻辑，容易实现结构化、模块化的设计，减少了人为的错误，提高效率[2]。1.基于特征设计的设计过程在进行机械设计时，根据机械零件的结构特点可把零件分成许多类，如轴类、箱体类、盘套类等。它们都有各自的特点，但同一类零件又有许多共同的地方，为此引入特征的概念，把同一类零件进行特征分类，找出其主要特征（以此作为建模的基础），辅助特征及基准特征，通过定义每个

6、特征的描述文件，并利用基于特征的设计方法来生成一个概念化参数模型，该模型具有以下特点：1)该模型使设计者不拘泥于繁琐的几何形态设计中，通过直接定义各种特征值很快地生成所需的产品模型，迅速准确地表达设计者的思想，使设计者将更多精力用于产品的功能、结构、工艺特性以及产品的创造设计上，因此，将其称为概念化模型。2)概念化模型不同于一般的概念设计，用它生成的产品模型不仅包含了概念设计的一些内容，还包括了详细设计的内容，是机械零件对象的完整描述，它是这两个设计的综合，由于利用了基于特征的设计方法，在该模型上全面表达了产品信息，包括几何信息，材料、公差等工艺信息，并能为后续工艺过程设计、数控加工

7、等提供统一的产品数据模型。而且当设计方案确定后，很容易根据尺寸、材料、公差等产品信息的改变来调整模型，使之产生相应的变化。当然模型所表达的产品信息也随之发生变化，因此我们又称该模型是一个参数化模型。3现代机械设计方法这种基于特征的产品模型即特征模型是近年来为解决CAD/CAM集成的需要而发展起来的一种新的产品建模方法，与传统的几何模型相比，它不仅能描述产品的形状，而且同时也表达了产品的制造需求，它是一种可为设计、分析、加工等环节自动理解的全局性模型，并同参