《機械設(shè)計課程設(shè)計》課件第7章

第7章計算機輔助課程設(shè)計

7.1計算機輔助機械設(shè)計簡介7.2三維造型7.3二維工程圖的繪制

7.1計算機輔助機械設(shè)計簡介

計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，簡稱CAD)是利用計算機進行設(shè)計、判斷、計算和繪圖，實現(xiàn)機械綜合設(shè)計的新技術(shù)，它可以大幅度提高設(shè)計速度和設(shè)計質(zhì)量，是現(xiàn)代機械設(shè)計的先進技術(shù)和手段。在機械設(shè)計課程設(shè)計過程中，提倡計算機輔助設(shè)計方法的應(yīng)用可以使學(xué)生盡快掌握機械CAD的一般方法，同時可以提高課程設(shè)計的整體質(zhì)量，達到培養(yǎng)要求。7.1.1設(shè)計資料的處理方法

在機械設(shè)計過程中，須通過《設(shè)計手冊》查閱大量的設(shè)計資料，這需要耗費大量的時間，但是在計算機輔助機械設(shè)計中，這些資料是通過數(shù)據(jù)的形式存儲在計算機中。為了充分利用計算機的高速處理能力，實現(xiàn)對設(shè)計資料和數(shù)據(jù)的自動化處理，必須對它進行數(shù)字化處理。

機械設(shè)計中的設(shè)計資料包括各種計算公式、各種標準規(guī)范、各種數(shù)表和線圖等。例如齒輪標準模數(shù)系列、螺紋連接件的幾何尺寸等。目前在機械設(shè)計中常用的數(shù)據(jù)處理方法有以下三種。

1.數(shù)據(jù)程序化

數(shù)據(jù)程序化處理方法是將設(shè)計中需要使用的數(shù)表數(shù)據(jù)以某種形式編制在應(yīng)用程序中，數(shù)據(jù)直接面向應(yīng)用。對于數(shù)表中的數(shù)據(jù)可用數(shù)組形式編制在應(yīng)用程序中，或者利用插值法形成插值函數(shù)編入程序，對于實驗的數(shù)據(jù)列表可以通過曲線擬合形成擬合方程式編入程序。

2.數(shù)據(jù)文件化

數(shù)據(jù)文件化是建立一個文件，將機械設(shè)計中需要的數(shù)據(jù)或表格保存在輔助文件中(每個文件皆以文件名作為標識符)，由文件系統(tǒng)管理。文件系統(tǒng)包含在操作系統(tǒng)中，可以對文件進行查詢、修改、插入、刪除等操作。當應(yīng)用程序用到有關(guān)數(shù)據(jù)時，可通過讀語句和相應(yīng)的控制語句，再通過讀文件，將所需的數(shù)據(jù)讀入。

3.建立工程數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可有效管理所有的產(chǎn)品設(shè)計和制造的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，保持程序與數(shù)據(jù)的獨立性，保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。7.1.2計算機輔助設(shè)計軟件

計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)軟件是計算機輔助設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵，軟件的水平?jīng)Q定了設(shè)計系統(tǒng)效率的高低以及使用的方便程度，所以應(yīng)十分重視軟件的開發(fā)和應(yīng)用。

常用的計算機輔助機械設(shè)計軟件有：Pro/E、UG、AutoCAD、SolidWorks、CAXA等。

Pro/E軟件是一套由機械設(shè)計至生產(chǎn)的自動化軟件，是功能完備的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。

UG軟件是集CAD/CAM/CAE功能于一體的軟件集成系統(tǒng)。它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu)，主要基于工作站運行。

CAXA軟件包括CAD/CAM/CAPP/BOM等設(shè)計制造軟件和PLM/PDM/MES等管理軟件。為制造企業(yè)提供從產(chǎn)品訂單、制造、交貨直至產(chǎn)品維護的信息化解決方案。

AutoCAD軟件之所以成為一個功能齊全、應(yīng)用廣泛的通用圖形軟件包，首先因為它是一個可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過菜單選項和工具按鈕等多種方式實現(xiàn)。而且AutoCAD軟件具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，如實體繪制、關(guān)鍵點編輯、對象捕捉、標注、鳥瞰顯示控制等，它的工具欄、菜單設(shè)計、對話框、圖形打開預(yù)覽、信息交換、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預(yù)覽為用戶繪圖帶來很大方便。其次它不僅在二維繪圖處理方面很成熟，而且三維繪圖功能也很完善，可以方便地進行建模和渲染。功能強大、易學(xué)易用和其技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks軟件成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計方案，并能減少在設(shè)計過程中產(chǎn)生的錯誤，而且還能提高產(chǎn)品質(zhì)量。

7.2三維造型

7.2.1機械零件的三維造型

SolidWorks軟件提供了基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形式可把機械零件分為軸類、盤類及箱體類，同類零件在建模過程中都有一定的相似性。

1.軸類零件造型

軸類零件的橫截面為圓形，為了軸上零件的定位，軸的形狀為帶有周向定位鍵槽的階梯回轉(zhuǎn)體?？梢岳眯D(zhuǎn)凸臺和拉伸切除的方式來生成。

(1)繪制草圖，并標注驅(qū)動尺寸，如圖7-1所示。圖7-1軸的草圖

(2)以上面的軸線為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)360°生成軸的主體，如圖7-2所示。圖7-2軸的回轉(zhuǎn)主體

(3)通過拉伸切除，生成鍵槽特征，并建立軸端孔、倒角，完成軸的三維造型創(chuàng)建，如圖7-3所示。圖7-3軸的三維造型

2.盤類零件造型

盤類零件多為回轉(zhuǎn)體，主體一般可以旋轉(zhuǎn)的方式生成，齒輪作為典型的盤類零件，其主體建立過程和其他盤類零件一樣，另外還需建立齒形，現(xiàn)就以一斜齒輪為例，介紹其建模過程。

(1)利用三點圓弧法繪制齒形草圖，并標注驅(qū)動尺寸，如圖7-4所示。

(2)利用放樣的方式生成斜齒，如圖7-5所示。圖7-4齒形草圖圖7-5放樣出的齒形

(3)利用旋轉(zhuǎn)凸臺方式，生成齒輪基體，如圖7-6所示。

(4)將齒形陣列，并開中間孔、倒角，完成齒輪模型，如圖7-7所示。圖7-6齒輪基體圖7-7齒輪三維造型

3.箱體零件造型

箱體類零件較復(fù)雜，其造型過程中涉及較多的造型方法，現(xiàn)以減速器箱蓋為例來介紹其造型過程。

(1)繪制箱蓋主體草圖，并標注尺寸，用拉伸凸臺和拉伸切除的方法生成主體，如圖7-8所示。

(2)建立左右筋特征，利用拉伸切除開孔，如圖7-9所示。

(3)利用SolidWorks的異型孔向?qū)?，建立符合國家標準的螺紋孔，如圖7-10所示。圖7-8箱蓋主體圖7-9筋特征圖7-10開螺紋孔

(4)建立剩余螺紋孔，并建立其他輔助特征，完成箱蓋三維零件模型，如圖7-11所示。圖7-11箱蓋的三維造型7.2.2機械產(chǎn)品的三維裝配

在機械設(shè)計中，大多數(shù)的機械產(chǎn)品都不是由單一的零件組成的，而是由許多零件裝配而成，如螺栓、螺母等裝配而成的緊固件組合，軸、齒輪、軸承構(gòu)成的軸系部件等。所以對于大型、復(fù)雜產(chǎn)品必須通過裝配來構(gòu)建整個模型。

產(chǎn)品裝配的一般流程為：建立裝配文件—調(diào)入基礎(chǔ)零件—通過約束裝配其他零

件—干涉檢查。SolidWorks常用的裝配約束有重合和同心等。

1.低速軸組件裝配

低速軸組件包括軸、齒輪、軸承、定距環(huán)、鍵等零件，裝配過程基本涵蓋常用裝配方法。

(1)建立裝配文件，裝入基礎(chǔ)零件——軸，如圖7-12所示。圖7-12裝配軸

(2)利用三組面重合的方式，裝配鍵，如圖7-13所示。圖7-13裝配鍵圖7-14裝配齒輪

(3)利用面重合和一個同心的約束方式，裝配齒輪、軸承和定距環(huán)，如圖7-14所示。

2.減速器的裝配

減速器零部件較多，可先裝箱座，再裝軸系、箱蓋，然后再裝緊固件及輔件，裝配完成。如圖7-15所示。圖7-15減速器三維裝配圖

3.爆炸圖

為便于觀察或?qū)Ξa(chǎn)品進行說明，裝配完成的產(chǎn)品可以通過拖拽生成爆炸圖。減速器爆炸圖如圖7-16所示。圖7-16減速器爆炸圖

7.3二維工程圖的繪制

1.三維模型準備

在SolidWorks系統(tǒng)中，工程圖和零件或裝配三維模型之間提供全相關(guān)的功能，即零件或裝配體的三維模型的修改會直接驅(qū)動工程圖的修改；反之，工程圖的變動也會更新三維模型。因此為了獲得符合要求的二維工程圖，在繪制工程圖前必須對三維模型進行相關(guān)設(shè)置，其中主要包括材料及屬性等項目設(shè)置。

1)材料設(shè)置

模型材料會影響到工程圖標題欄中材料及重量等信息的更新，設(shè)置步驟為：在特征樹的“材質(zhì)”標簽上單擊鼠標右鍵彈出如圖7-17所示菜單，可選擇所需材料或單擊“編輯材料”進入“材質(zhì)編輯器”對話框進行設(shè)置，如圖7-18所示。圖7-17編輯材質(zhì)圖7-18材質(zhì)編輯器

2)屬性設(shè)置

SolidWorks的屬性鏈接功能可以使用戶方便快捷地生成符合要求的工程圖，屬性鏈接不僅可利用系統(tǒng)固有屬性，還可以設(shè)置自定義屬性。屬性設(shè)置的方法是：選擇文件→屬性菜單。設(shè)置后的零件屬性如圖7-19所示。圖7-19設(shè)置零件屬性

2.圖紙設(shè)置

在SolidWorks中要生成符合國家標準的工程圖，必須按國家標準的要求設(shè)置圖紙格式，主要包括圖紙模板設(shè)置和明細欄設(shè)置。

我們可以根據(jù)自己的需要繪制圖紙模板，然后存放到安裝目錄相應(yīng)文件夾下。本書所附光盤中有編者按照國家標準繪制的A0～A4規(guī)格，共5個圖紙模板，使用時可以直接將其存放到“SolidWorks\lang\chinese-simplified\Tutorial”目錄下。

本書所附光盤中還將在二維裝配圖中經(jīng)常使用的明細欄也編制成模板的形式，使用時可存放到“SolidWorks\lang\chinese-simplified”目錄下。

3.建立工程圖

經(jīng)過上面的基本設(shè)置以后就可新建工程圖文件，下面以減速器中的齒輪軸模型為例，介紹建立工程圖的過程。

(1)選擇“文件→新建”菜單，彈出“新建SolidWorks文件”對話框，選擇國標A3圖紙。

(2)在圖7-20所示的子窗口中選擇所需視圖并將其拖動至工程圖圖紙，然后設(shè)置視圖屬性，如圖7-21所示，最后生成視圖如圖7-22所示。圖7-20插入視圖圖7-21設(shè)置視圖屬性圖7-22生成視圖

(3)單擊鼠標右鍵，彈出如圖7-23所示的快捷菜單，在圖中選擇“編輯圖紙格式”選項，就進入到圖紙格式編輯狀態(tài)。在圖紙標題欄中的材料框位置單擊鼠標右鍵，再單擊注釋子菜單，在注釋對話框中再單擊屬性鏈接按鈕，設(shè)置如圖7-24所示，就可將在模型中設(shè)置的屬性填寫到標題欄對應(yīng)位置，最終效果如圖7-25所示。圖7-23編輯圖紙格式菜單圖7-24屬性鏈接對話框圖7-25標題欄屬性鏈接最終效果圖圖7-26繪制剖視線

(4)單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇編輯圖紙菜單，返回到圖紙狀態(tài)。單擊按鈕，插入剖面視圖，繪制剖面線，如圖7-26所示,再插入剖面視圖,如圖7-27所示。圖7-27剖面視圖

(5)選擇“插入→模型項目”菜單，彈出如圖7-28所示對話框，單擊按鈕，完成設(shè)置。這樣就完成了