模块12现代机械设计方法简介.pptx
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1、模块12 现代机械设计方法简介v学习情境1 计算机辅助设计v学习情境2 机电一体化设计 v学习情境3 机械优化设计与创新设计v【知识目标】v 了解现代机械设计常用方法;v 理解计算机辅助设计的内涵和应用;v 理解机械优化设计的原则,认识创新设计。模块12 现代机械设计方法简介v【技能目标】v 根据机构设计的需要,能选择适宜设计方法;v 已知机械的几个参数,建立初步的优化原则;v 能进行简单的机械(机构)创新设计。模块12 现代机械设计方法简介模块12 现代机械设计方法简介学习情境1计算机辅助设计12.1.1计算机辅助设计相关概念v 计 算 机 辅 助 设 计(Computer Aided De
2、sign,CAD),它 是 计 算 机 科 学 技 术 开 展 和 应 用 中 的 一 门重 要 技 术。所 谓CAD 技 术,就 是 利 用 计 算 机 快 速 的数 值 计 算 和 强 大 的 图 文 处 理 功 能 来 辅 助 工 程 师、设计 师、建 筑 师 等 工 程 技 术 人 员 进 行 产 品 设 计、工 程绘 图 和 数 据 管 理 的 一 门 计 算 机 应 用 技 术,如 制 作 模型、计 算、绘 图 等。一 般 认 为CAD 的 功 能 可 归 纳 为四 大 类:建 立 几 何 模 型、工 程 分 析、动 态 模 拟、自动 绘 图 等。如 图12-1 所 示 为 数 字
3、 建 模 生 成 的 图 形,如图12-2 所示为曲面建模生成的图形。12.1.1计算机辅助设计相关概念v 与计算机辅助设计(CAD)相关的概念有:v 1)CAE(ComputerAidedEngineering):计 算 机辅助分析。v 2)CAM(Computer Aided Manufacture):计 算机辅助制造。v 把CAD、CAE、CAM 结 合 起 来,使 得 一 项 产 品 由概 念、设 计、生 产 到 成 品 形 成,节 省 了 相 当 多 的 时间 和 投 资 本 钱,而 且 保 证 了 产 品 质 量(如 图12-3 所示)。12.1.2计算机辅助设计开展概况v 20
4、世 纪50 年 代,诞 生 了 第 一 台 计 算 机 绘 图 系 统,开 始 出 现 具 有 简 单 绘 图 输 出 功 能 的 被 动 式 的 计 算 机辅 助 设 计 技 术。60 年 代 初 期,出 现 了CAD 的 曲 面 片技 术,中 期 出 现 了 商 品 化 的 计 算 机 绘 图 设 备。70 年代,完 整 的CAD 系 统 开 始 形 成,后 期 出 现 了 能 产 生逼 真 图 形 的 光 栅 扫 描 显 示 器,产 生 了 手 动 游 标、图形 输 入 板 等 多 种 形 式 的 图 形 输 入 设 备,促 进 了CAD技术的开展。v 80 年 代,工 程 工 作 站
5、问 世,CAD 技 术 在 中 小 型 企 业逐 步 普 及。80 年 代 中 期 以 来,CAD 技 术 向 标 准 化、集成化、智能化方向开展。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 1.计算机辅助设计的硬件系统v 如 图12-4 所 示 为 一 个CAD 系 统 硬 件 的 基 本 构 成,主要 由 微 型 计 算 机、图 形 输 入 设 备 和 绘 图 输 出 设 备 三局部组成。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 1.AutoCADv AutoCAD 是Autodesk 公 司 开 辟 研 究 的 一 种 通 用 计算 机 辅 助 设 计 软 件
6、包。Autodesk 公 司 在1992 年 推出 了AutoCAD 的 第 一 个 版 本V1.0,随 后 相 继 开 辟 出多 个 版 本,其 中 典 型 版 本 有R14、AutoCAD2000、AutoCAD 2002、AutoCAD 2005 等,目 前 最 新 的是AutoCAD2023 版。AutoCAD 的 功 能 越 来 越 强 大和 完 善,是 当 今 世 界 上 最 为 流 行 的 计 算 机 辅 助 设 计软件之一。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 2.Photoshopv Photoshop 是Adobe 公 司 推 出 的 一
7、 款 功 能 十分 强 大、使 用 范 围 广 泛 的 平 面 图 像 处 理 软 件。目 前,Photoshop 是 众 多 平 面 设 计 师 进 行 平面设计,图形图像处理的首选软件。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 3.CorelDrawv CorelDraw 是Corel 公 司 出 品 的 世 界 一 流 的 平 面 矢 量绘 图 软 件,被 专 业 设 计 人 员 广 泛 使 用,它 的 集 成 环境(称 为 工 作 区)为 平 面 设 计 提 供 了 先 进 的 手 段 和最 方 便 的 工 具。在CorelDraw 系 列 的 软 件
8、包 中,包含 了CorelDraw、CorelPaintPhoto 两 大 软 件 和 一系 列 的 附 属 工 具 软 件,可 以 完 成 一 幅 作 品 从 设 计、构 图、草 稿、绘 制 到 渲 染 的 全 部 过 程。CorelDraw是 系 列 软 件 包 中 的 核 心 软 件,可 以 在 其 集 成 环 境 中集中完成平面矢量绘图。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 4.Pro/Engineerv Pro/Engineer 系 统 是 参 数 技 术 公 司(PTC)的 产品,它 刚 一 面 世(1988 年),就 以 其 先 进 的 参 数
9、 化设 计、基 于 特 征 设 计 的 实 体 造 型 而 深 受 用 户 的 欢 送。Pro/Engineer 整 个 系 统 建 立 在 统 一 的 数 据 库 上,具有 完 整 而 统 一 的 模 型,能 将 整 个 设 计 与 生 产 过 程 集成 在 一 起,它 一 共 有20 多 个 模 块 供 用 户 选 择。基 于以 上 原 因,Pro/Engineer 在 最 近 几 年 已 成 为 三 维 机械设计领域里最富魅力的系统。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 5.SolidWorksv SolidWorks 是 由SolidWorks 公
10、司 于1995 年11 月 研 制 开 辟,最 有 代 表 性 的 三 维CAD 绘 图软 件,多 用 于 外 型 设 计。SolidWorks 是 一 套基 于Windows 的CAD/CAE/CAM/PDM 桌 面 集成 系 统,与Office 兼 容,具 有 较 强 的 参 数 化特征造型功能。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 6.CAXA 电子图版v CAXA 电 子 图 板 是 由 北 京 海 尔 软 件 于1996 年研 制 开 辟 的 二 维 微 机 系 统。CAXA 电 子 图 板以 交 互 方 式,对 几 何 模 型 进 行 实 时 的
11、 构 造、编 辑 和 修 改,并 能 保 存 各 类 拓 朴 信 息。目 前已 在 工 程 和 产 品 设 计 绘 图 中 得 到 广 泛 的 应 用,成 为 全 国 制 图 员 计 算 机 绘 图 技 能 考 试 的 指 定软件。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 7.PICAD v PICAD 系 统 及 系 列 软 件 是 中 科 院 凯 思 软 件 集团 及 北 京 凯 思 博 宏 应 用 工 程 公 司 开 辟 的 具 有自 主 版 权 的CAD 软 件。该 软 件 具 有 智 能 化、参 数 化 和 较 强 的 开 放 性,对 特 征 点 和
12、特 征 坐标 可 自 动 捕 捉 及 动 态 导 航。PICAD 是 国 内 商品 化 最 早、市 场 占 有 率 最 大 的CAD 支 撑 平 台及交互式工程绘图系统。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 8.高华CADv 高 华CAD 由 清 华 大 学 和 广 东 科 龙(容 声)集 团 联 合创 立,系 列 产 品 包 括 计 算 机 辅 助 绘 图 支 撑 系 统GHDRAFTING、机 械 设 计 及 绘 图 系 统GHMDS、工 艺 设 计 系 统 GHCAPP、三 维 几 何 造 型 系 统GHGEMS、产 品 数 据 管 理 系 统GHPD
13、MS 及 自 动 数控 编 程 系 统GHCAM。高 华CAD 也 是 基 于 参 数 化 设计 的CAD/CAE/CAM 集 成 系 统,是 全 国CAD 应 用 工程 的 主 推 产 品 之 一,其 中GHGEMS5.0 曾 获 第 二 届全国自主版权CAD 支撑软件评测第一名。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 9.清华XTMCADv 清 华XTMCAD 是 清 华 大 学 机 械CAD 中 心 和 北 京 清 华艾 克 斯 特 CIMS技 术 公 司 共 同 开 辟 的 基 于Windows95 和 AutoCAD R12 及 R13 二 次 开
14、辟 的CAD 软 件。它 具 有 动 态 导 航、参 数 化 设 计 及 图 库 建立 与 管 理 功 能,还 具 有 常 用 零 件 优 化 设 计、工 艺 模块 及 工 程 图 纸 管 理 等 模 块。作 为Autodesk 注 册 认 可的 软 件 增 值 开 辟 商,可 直 接 得 到Autodesk 公 司 的 技术 支 持,其 优 势 表 达 在 对CIMS工 程 支 持 数 据 的 交换与共享上。12.1.3计算机辅助设计系统组成v 2.计算机辅助设计的常用软件系统v 10.开目CADv 开 目CAD 是 华 中 科 技 大 学 机 械 学 院 开 辟 的 具 有 自 主版 权
15、的 基 于 微 机 平 台 的CAD 和 图 纸 管 理 软 件,它 面向 工 程 实 际,模 拟 人 的 设 计 绘 图 思 路,操 作 简 便,机 械 绘 图 效 率 比AutoCAD 高 得 多。开 目CAD 支 持 多种 几 何 约 束 种 类 及 多 视 图 同 时 驱 动,具 有 局 部 参 数化 的 功 能,能 够 处 理 设 计 中 的 过 约 束 和 欠 约 束 的 情况。开 目CAD 实 现 了CAD、CAPP、CAM 的 集 成,适 合 我 国 设 计 人 员 的 习 惯,是 全 国CAD 应 用 工 程 主推产品之一。12.1.4计算机辅助机械设计软件的设计步骤与方法v
16、 1.设计步骤v 1)熟悉设计的内容、要求、任务、适用范围和功能;v 2)熟悉设计的计算准则、计算方法和数学模型;v 3)熟悉设计的计算步骤、计算公式、参数符号及变量;v 4)根据设计的计算内容、方法、步骤,绘出程序结构流程图;v 5)确定功能模块的结构图;v 6)逐个设计每个功能模块。12.1.4计算机辅助机械设计软件的设计步骤与方法v 2.设计方法v 1)选择开辟平台v 选择开辟平台,需要考虑具体的机械设计任务内容。主要涉及两个方面:(1)机械设计任务内容比较复杂,比方,需要大量计算、查询大量的数表和线图,绘制零件工作图等;(2)每种计算机开辟语言都有特长与缺乏,而且不同开辟人员的基础各有
17、差异。因此选择开辟平台要综合考虑上述两方面因素。12.1.4计算机辅助机械设计软件的设计步骤与方法v 2.设计方法v 选 择 开 辟 平 台,需 要 考 虑 具 体 的 机 械 设 计 任 务 内 容。主 要 涉 及 两 个 方 面:(1)机 械 设 计 任 务 内 容 比 较复 杂,比 方,需 要 大 量 计 算、查 询 大 量 的 数 表 和 线图,绘 制 零 件 工 作 图 等;(2)每 种 计 算 机 开 辟 语言 都 有 特 长 与 缺 乏,而 且 不 同 开 辟 人 员 的 基 础 各 有差 异。因 此 选 择 开 辟 平 台 要 综 合 考 虑 上 述 两 方 面 因素。v 就
18、开 辟 语 言 来 说,VC(VisualC)语 言 的 功 能 最 强 大,适 合 开 辟 操 作 系 统 软 件 及 一 些 综 合 功 能 非 常 强 大 的软件,但所需要的学习时间也最多。学习情境2机电一体化设计12.2.1机电一体化系统组成v 1.系统组成v 机 电 一 体 化 产 品 或 系 统,例 如 机 器 人(如 图12-5 所示)。机 电 一 体 化 机械 系 统 功 能 上 可 以 分为 传 动、导 向 和 执 行三大机构。12.2.1机电一体化系统组成v 2.相关技术要素v 1)检测传感技术v 检 测 各 种 物 理 量,将 测 得 的 各 种 参 量 转 换 为 电
19、信 号,并 输 送 到 信 息 处 理 局 部 的 功 能 器 件 统 称 为 检 测 传 感元 器 件 或 装 置。传 感 器 是 检 测 局 部 的 核 心,它 相 当于 人 的 感 觉 器 官。例 如 数 控 机 床 在 加 工 过 程 中,利用 力 传 感 器 或 声 发 射 传 感 器 等,将 刀 具 磨 损 情 况 检测 出 来,与 给 定 值 进 行 比 较,当 刀 具 磨 损 到 引 起 负荷 转 矩 增 大 并 超 过 规 定 的 最 大 允 许 值 时,机 械 手 就自 动 地 进 行 更 换,这 是 平 安 运 行 与 提 高 加 工 质 量 的有力保障。12.2.1机电
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