（机械工程专业论文）推土机转向离合器的计算机辅助设计.pdf

山东科技大学硕士学位论文摘要 摘要 本文对推土机中转向离合器计算机辅助设计作了一系列研究。 论文的主要研究工作包括以下几个方面： ( 1 ) 进行了转向离合器的机械结构设计，通过对传统的结构进行分析 比较，改变了原有的结构模式，新的模块化的设计，使设备的装配和维修更 简单，操作也更方便。 ( 2 ) 对转向离合器的三维参数化c a d 系统从理论上研究了它的可实现 性，提出了一个关于有限元分析前处理的新思路有限元分析模型的参数 化。构建了参数化的模型以及参数化的优化模型，为以后设计其它参数化 c a d 系统奠定了基础。 ( 3 ) 在对转向离合器的计算机辅助设计进行理论研究的基础上进行了 参数化的具体实现，并进行了三维参数化装配。 关键词：m d t 三维参数化转向离合器c a d 山东科技大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t t h i st e x tm a d eas e r i e so fr e s e a r c ht oc o m p u t e ra i d e dd e s i g no f t h es t e e r i n gc l u t c hi nt h eb u l l d o z e r t h em a i nr e s e a r c hw o r ko ft h et h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n g a s p e c t s ： ( 1 ) t h r o u g ht h e m a c h i n es t r u c t u r ed e s i g n i n go ft h es t e e r i n gc l u t c h ，c o m p a r e a n da n a l y s eo ft h ep r e v i o u ss t r u c t u r ed e s i g n i n g ，c h a n g i n gt h ep r e v i o u ss t r u c t u r e m o d e ，t h en e wm o l dp i e c ed e s i g nm a k et h ea s s e m b l i n ga n dm a i n t a i n i n go ft h e e q u i p m e n t sm o r ee a s i e r ，o p e r a t i n g m o r ec o n v e n i e n t ( 2 ) a b o u tt h et h r e e d i m e n s i o n a lp a r a m e t e r sc a ds y s t e mo ft h es t e e r i n gc l u t c h ， s t u d y i n gt h ep o s s i b l ei m p l e m e n t i n gf r o mt h et h e o r i e s ，p u tf o r w a r da n e ww a yt h a t t h ec o n c e r n i n ga na n a l y t i c a lf r o n th a n d l e t h el i m i t e dd o l l a ra n a l y z e st h em o d e l o fp a r a m e t e rt u r n s e t ti n gu pt h em o d e la n dp a r a m e t e r st h a tp a r a m e t e rt u r nt u r n s e x c e l l e n tt ot u r nt h em o d e l ，i sh e r e a f t e rd e s i g n e do t h e rp a r a m e t e r st ot u r nt h e s y s t e mo fc a dt ol a yt h ef o u n d a t io n ( 3 ) a tc a r r yo nt h ec o n c r e t er e a l i z a t i o nt h a tt h ef o u n d a t i o no ft h et h e o r i e s r e s e a r c hg o e sf o r w a r dt og ot h ep a r a m e t e rt ot u r nt ot h ec a l c u l a t o ra s s i s t a n c e d e s i g no ft h es t e e r i n gc l u t c h ，a n dc a r r i e do nt h r e e d i m e n s i o n a lp a r a m e t e rt o m a s q u e r a d et og ot o g e t h e rw i t h k e y w o r d ：m d t t h r e e d i m e n s i o n a lp a r a m e t e r st h es t e e r i n gc l u t c hc a d 2 山东科技大学碗，j 学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1t y 3 2 0 c 型推土机介绍 推土机是目前世界上用途最广泛的土石方作业机械之一，在大型矿山、 煤田、建筑、道路、机场、市政、农田水利等建设工程的机械化施工中发挥 着重要作用。随着我国国民经济的迅速发展，综合国力的增强，必将对基础设 施建设加大投入，对推土机的需求量必将加大。 t y 3 2 0 b 型推土机为8 0 年代国际先进水平，虽然在国内还属于先进产品， 但与国外各大工程机械生产厂家九十年代初推向市场的产品相比，在先进 性、可靠性、舒适性和作业效率方面存在较大差距，难以挡住国外产品进入 我国市场。因此，开发达到国际先进水平、保持国内领先的新一代推土机， 才能增强国际市场竞争力，并保持国内市场竞争的优势和行业排头兵地位。 新型3 2 0 马力履带式推土机t y 3 2 0 c 推土机功率大，作业效率高，适合 于大型土石方工程的硬土层的开挖作业，广泛用于矿山、港口码头、公路、 铁路、煤矿、油田、水利水电等工程的施工作业。 新型t y 3 2 0 c 推土机为液力传动、先导液压操纵、机电一体化的履带式 机械。主要由动力系统、传动系统、行走系统、液压系统、主机架、外防护 罩、工作装置、电气系统等3 0 多个主要部件组成。部分主要部件概述如下： 1 发动机 发动机是“心脏”部件，其性能的先进与否和可靠性的高低矗接影响到 整机的性能和寿命以及用户对机器的认可程度。一般选用柴油机。 2 减震器总成 为减少传动系统冲击，推土机中要装有减震器，以增加传动系统工作的 平稳性能。 3 液力变矩器 液力变矩器不仅能传递力矩，而且能在泵轮力矩不变的情况下，随着涡 轮转速的不同，改变涡轮输出的力矩数值。 5 动力换挡变速箱 液力传动的履带式推土机常采用行星动力换挡结构，前进后退各三挡， 以得到不同的挡速。 6 转向箱 转向箱总成包括中央传动、转向离合器和转向制动器，。中央传动由一 坐变型垫查兰婴! ! 堂篁堡苎 星二兰竺堡 对锥齿轮组成，用以增大扭矩和改变旋转方向。变速箱输出动力的小锥齿轮 与大锥齿轮啮合，再经左右转向离合器，将转矩传向终传动。当转大弯时， 操作一侧转向离合器即可；转小弯时，除分离离合器切断一侧履带的动力外， 还要操作该侧的制动器使该侧履带刹住。 7 终传动 终传动用以把最终输出的力矩经驱动链轮传递给履带。由于履带式推土 机运行速度低，传动系统总的减速比大，所以终传动一般采用二级减速。 1 2c a d 技术及发展历程 现代的计算机技术已经渗透到：【业产品设计的每一个阶段，并且使得传 统的设计方法发生了巨大的变化。计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ， 简称c a d ) 是用计算机软、硬件系统辅助人们对产品工程进行设计、计算、 修改及显示输出的一种设计方法，同时它也是一门多学科的综合性应用新技 术。它将计算机高速而精确的运算功能、大容量储存和处理数据的能力、灵 活的图形及文字处理功能与工程技术人员的创造性思维能力及分析判断能 力结合起来，形成人机对话的交互式设计系统，从而大大改善设计质量，缩 短设计局期，并使人们从繁重的设计计算和绘图工作中解放出来，更多地从 事创造性的研究开发工作。 计算机辅助设计技术产生于本世纪5 0 年代后期发达国家的航空和军事 工业中，作为先进制造技术的重要组成部分，它是计算机技术在工程设计、机 械制造等领域中最有影响的一项高新应用技术。1 9 8 9 年美国国家工程科学 院将c a dc a m 技术评为当代( 1 9 6 4 1 9 8 9 ) 十项最杰出的工程技术成就之一。 c a d 系统的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生深刻的变化， 产生了巨大的社会经济效益。下面以c a d 所基于的核心建模技术的发展为主 线，介绍了c a d 的发展历程： i 、线框几何模型( w i r e f r a m em o d e l ) 线框结构的几何模型是在c a d 刚刚起步时( 5 0 年代末一6 0 年代) 常用的几 何模型，它以线段、圆、弧及一些简单的曲线为描述对象，利用产品形体的棱 边和顶点来表示产品的几何形状。在这个时期，c a d 技术的出发点是用三视 图来表达零件，以工程图纸为介质来进行技术交流，这就是典型的二维计算 机绘图技术。而对二维软件而言，线框模型的实现手段较为简单，便于处理， 具有图形显示速度快、容易修改等优点，因而得到了大量的应用。然而由于 竺堡型些丕兰! 些! ：兰垡堡墨篁二童竺堡 线框模型的固有缺陷，它只能表达简单的几何信息，不能有效地表达几何数 据间的拓扑关系，对于同一时期兴起的数控加工技术不能提供形体的表面信 息，c a m 无法实现。 2 、 表面几何模型( s u r f a c em o d e l ) 表面造型是在线框造型的基础上发展起来的，它用有向棱边围成的部分 来描述形体表面，用形体表面的集合来定义形体。表面造型的产生应归因于 航空业与汽车业的迅猛发展。由于飞机及汽车制造中遇到的大量自由曲面问 题，在当时只能用多截面视图和特征纬线的方法来表达，在制造上依赖于用 油泥模型来近视模拟曲面，因而人们开始研究新的更先进的描述手段一光 滑曲面，对此贡献最大的是法国的贝塞尔( b e z i e r ) ，他于1 9 7 1 年发明了一种 用控制多边形定义曲线和曲面的方法：8 0 年代后期皮格尔( p i e 9 1 ) 和蒂勒 ( t i l l e r ) 提出非均匀有理b 样条( n u r b s ) 方法，并成为当前自由曲线和曲面 描述的最广为流行的技术。用n u r b s 可统一表示初等解析曲线和曲面以及有 理与非有理b e z i e r 、非有理b 样条曲线和曲面。由于表面造型比线框造型 增加了有关面边( 环边) 信息以及表面特征、棱边的连接方向等内容，从而可 以满足曲面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等应用，使在c a d 阶段 建立的模型数据在c a m 阶段可用，表面造型在工程中得到广泛的应用。但由 于曲面模型只能表达形体的表面信息，对有限元及零件的物性计算等方面无 从开展，满足不了工程优化设计的需求。 3 、实体造型( s o l i dm o d e l ) 技术 随着技术的进步，计算机辅助工程分析( c a e ) 的需求日益高涨，c a e 要求 能获得形体的完整信息，而线框和曲面模型对形体的表述都不完整，在此背 景下提出了实体造型技术。相比线框造型，实体造型增加了实体存在侧的明 确定义，给出了表面间的相互关系等拓扑信息。因而能够精确表达零件的全 部属性，有助于统一c a d 、c a m 、c a e 的模型表达，在设计和加工上可以减少数 据的损失，保持数据的完整性实体造型常用的表示形式有构造的实体几何 ( c s g ) 表示、边界表示( b - r e p ) 和扫描表示，其中最关键的运算有形体的求交 运算、集合运算和欧拉操作。 实体造型技术起源于6 0 年代末，商用化始于1 9 7 9 年，推出了世界上第一 个完全基于实体造型技术的c a dc a ec a m 一体化的软件i - d e a s 。 山东科技人学埘f j 学位论史 第一章绪论 4 、特征造型技术( f e a t u r em o d e l ) 8 0 年代后期，c i m s 技术得到了长足发展，这就要求传统的造型系统除了 满足自身信息的完备性之外，还必须为其他系统，如c a p p 、p d m 、e r p 、c a m 等提供反映设计人员意图的非几何信息，如公差、材料等前面的三种造型方 法，都是从几何的角度出发，而对于非几何信息，如尺寸、材料、公差、工艺、 成本等，则没有反映，因而实体的信息是不完整的。在这种需求的推动下出 现了特征造型技术。 特征指的是反映产品零件特点的、可按一定原则加以分类的产品描述信 息。将特征引入几何造型系统的目的是增加几何实体的工程意义，为各种工 程应用提供更丰富的信息。基于特征的造型把特征作为零件定义的基本单元 将零件描述为特征的集合。 5 、参数化技术( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y ) 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。7 0 年代末及8 0 年代初，英国剑桥大学的r c h i l ly a r d 和美国m i t 大学的d c g o s s a r d 等率先将参数化设计用于c a d 中：1 9 8 8 年，美 国参数技术公司( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n 简称p t c ) 首先推 出参数化c a d 系统p r oe n g i n e e r ，充分体现出其在许多通甩件、零部件设计 上存在的简便易行的优势。它的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数 据相关、尺寸驱动设计修改。约束( c o n s t r a i n t ) 指利用一些法则或限制条件 来规定构成实体的元素之间的关系，约束的种类可分为三种：数值约束、几何 约束、代数约束：全数据相关，指整个系统建立在统一的数据库上，具有完整 而统一的模型，能将整个设计至生产过程集成在一起：尺寸驱动指参数与设 计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。 参数化技术的出现，是c a d 发展的一个巨大进步。凭借参数化技术，p t c 在 c a d 市场份额排名已名列前茅。可以说参数化技术成为c a d 业界的标准，其它 代表软件有s o l i dw o r k s 等。 目前，二维参数化设计技术已发展的较为成熟，在参数化绘图方面已得 到了广泛应用。而三维参数化造型能处理的问题还比较简单，能处理的面类 型主要是轴线、平面和轴对称面，能处理的约束类型还很有限。虽然如此， 但是因为三维参数化设计在进行自上而下的设计时有着明显优于二维参数 山东科技大学硕士学位论文第一章绪论 化设计的优势，现在已经越来越广泛的得到设计人员的接受。 1 3 课题的提出及其现实意义 1 3 1 课题的提出： 随着我国改革开放的进一步深入，国民经济的快速发展，一批大型工程 项目开始投入建设，对大中型推土机的需求也越来越高。西部地区的大开 发，更给推土机的发展带来了前所未有的大好时机。资源开发、农田水利、 市政工程、公路建设等对使用推土机进行配套施工作业也提出了越来越高 的要求。，我国工程机械行业经过半个世纪的努力，取得了显著的成绩，但 存在结构粗糙、技术指标落后的缺点，与美、曰等发达国家存在明显的差 距。t y 3 2 0 c 型推土机是一种大功率履带式推土机，它的研制开发正适应了 市场的需求。 推土机的转向机构是整个传动系统的重要组成部分，履带式推土机是靠 转向离合器的分离与结合来改变两侧驱动轮上的驱动力矩来实现转向的。离 合器是一种可以在机器运行过程中，根据工作的需要使两轴分离或结合的装 置。常见的离合器有牙嵌离合器、齿形离合器、摩擦离合器、磁粉离合器、 安全离合器等，由于摩擦离合器以摩擦片为结合元件，结构紧凑，传递转矩 大，安装调整方便，能在高速下进行离合，所以履带式机械的转向离合器几 乎都采用片式摩擦离合器。目前国内外均采用多片式湿式盘式结构，湿式的 离合器可以减小磨损，增加使用寿命。 传统的转向离合器设计存在一些不足之处：转向离合器和转向制动器部 分是分开的，操纵机构也是独立的，因此拆装和维修比较麻烦，多个操纵机 构也给驾驶员的操作带来一定的困难；另外，与转向离合器相配套的转向制 动器采用的是摩擦带制动，制动效果不好，容易产生冲击，急转弯时达不到 理想的效果。 结合以上情况，在广泛调研的基础上，开发了新型的推土机转向装置。 对于转向离合器，不同的生产厂家之间的设计标准也各不相同，对其中一 些重要部件的受力分析、动力学分析有些不尽合理，这样就存在着一个设 计适应性问题。也就是说，对转向离合器还没有形成一套完整的设计体系。 在调研过程中，我们还了解到，八十年代以来，美、日、德、意等国的工 程机械逐步发展为系列化、智能化，进入稳步上升阶段，其主要发展特点是： 产品系列进一步完善并逐步高技术化，更加重视技术进步，所以我们有必 山东科技大学硕l 学位论文 第一章绪论 要将整个转向离合器设计方法的科学化问题做进一步的深入研究。 本课题就是源于这种思想，拟通过一个功能强大的三维设计软件m d t 作为软件开发平台，来实现转向离合器的整体设计。 1 3 。2 研究意义： 用功能强大的三维设计软件m d t ( m e c h a n i c a ld e s k t o p ) 去实现转向离合 器这样一个中小型部件的参数化设计，有着很重要的现实意义。 1 首先，用计算机来实现设计意图，其可靠性要大大增强。因为可以综 合考虑各种影响因素的重要性，权衡利弊后做出最优选择，给出最优方案， 从而可以有效避免转向离合器在使用过程中手工设计考虑不全面。 2 当转向离合器设计规范化、参数化后，由于在设计过程中考虑到其操 作上的简便性，可以大大减少了设计人员工作量。只要给出设计意图便可以 自动进行分析计算、选型、装配直至最后给出图纸，这就大大提高了设计效 率，缩短了产品开发周期，提高了产品的设计质量，可以实实在在的为企业 创造效益，产品也可以得到迅速推广。 3 所采用的软件m d t 有着强大的实体造型和曲面造型的功能，并且内嵌 v b a 可以对m d t 很方便的进行二次开发，程序无需重新移植，发现问题后易于 修改源程序，程序也易于调试。当前市面上的辅助设计软件种类很多，比如： a u t o c a d ，s o l i d w o r k s ，p r o e n g i n e e r i n g 等等，但是从它们的性能、价格 以及企业对它的有效利用率来综合考虑，都存在着非此即彼的不足。或者是 性能不够强大，或者是价格昂贵对一般的中小企业来说很难接受等。尤其值 得一提的是，m d t 软件是在a u t o c a d 软件的基础上开发的，因此，m d t 除了包 含了a u t o c a d 的所有功能外，重点在三维造型方面做了很多的工作，使得三 维参数化设计更易实现。 4 从制造行业来说，利用计算机辅助设计软件设计出的产品、给出的图 纸更加合乎制造业的规范。特别是对于一些技术装备先进的工厂，可直接将 计算机内的图形信息发送到数控机床上，从而能够大大提高加工的精确度， 减少人为错误。 5 通过将用m d t 技术设计出的转向离合器，可以推动机械行业的科技化 进程，为以后越来越多的机械产品应用参数化研究作了大胆的尝试。 1 4 论文的研究内容与组织结构 本论文的内容主要分为四章，安排如下： 些查型垫查兰堡! ：兰垡笙兰蔓= 雯堑丝 第一章绪论部分，主要介绍t y 3 2 0 c 型推土机结构、c a d 技术的发展以 及参数化技术在c a d 领域中的应用，指出了三维参数化技术己成为大势所趋， 提出了课题的研究背景以及在该背景下研究该课题的必要性和重要性，并提 出了本文的研究内容和结构安排。 第二章常用三维c a d 软件及开发工具简介，主要介绍了几种目前常见 的三维c a d 软件，并对这几种软件进行了比较，确定使用m d t 6 o 作为论文的 设计开发软件；介绍了几种c a d 的二次开发方法，并对这几种方法从运行速 度、功能上进行了比较，指出了针对实现不同功能所应采用的不同的开发方 法。 第三章转向离合器的系统设计，主要介绍了转向离合器的原理设计、 主要零件的结构设计以及主要性能的校核。 第四章转向离合器的计算机辅助设计，对整套转向离合器的三维参 数化c a d 系统的实现做了理论研究，并提出了的实现方案，对其中涉及到的 一些关键技术进行了较为详细的介绍。针对该参数化的设计系统，本章提出 了一种参数化的有限元分析前处理模型，该设计思想使得结构相同的零件的 有限元分析处理变得更方便。 结论与展望对全文的研究工作进行了总结，并对后续研究提出了展望。 山东科技大学碗士学位论文第二章常用三雏c a d 软件及开发工具简介 第二章三维c a d 软件及开发工具简介 2 1 几种常用的三维c a d 软件简介： 目前，国内常见的c a d 软件主要有：m d t 及a u t o c a d 、p r o e 、c a x a 、 s o l j d w o r k 等，下面作一简单介绍： 2 。1 1m d t 及a u t o c a d 在国内，一提及c a d 软件绝大多数的人都会想到a u t o c a d ，a u t o c a d 系 列软件是a u t o d e s k 公司的产品，也是最早进入国内市场的c a d 软件之一。 a u t o c a d 软件最早是针对二维设计绘图而开发的，随着其产品的日益成熟， 在二维绘图领域该软件已经比较的完善，而且随着产品设计的发展需要，越 来越多的产品设计已经不在停留在二维的设计领域，正在越来越多的朝着三 维的产品设计发展，但由于该软件开发中的自身原因，使的该软件存在一些 的不足之处，比如，该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处 理；三维设计中的实体造型能力不足。 m d t 是a u t o d e s k 公司在p c 平台上开发的三维机械c a d 系统。它以三维 设计为基础，集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体，为用户 提供了从设计到制造一体化的解决方案。与二维c a d 相比，它有以下优点： ( 1 ) 设计从三维开始，符合人们的思维习惯，且可视程度高。 ( 2 ) 三维零件和三维装配图生成后，二维视图自动生成，避免了投影错误， 也免去了设计人员费力去找投影关系的时间。 ( 3 ) m d t 的三维实体是参数化的，且二维和三维是双向关联的，设计时可 随时更改三维实体或任意视图的尺寸，更改后会导致三维实体和二维 视图自动更新。 ( 4 ) m d t 有带约束的装配，能进行干涉检查，使三维装配的生成准确、简 单、方便。自动生成的爆炸图，便于理解产品。 ( 5 ) 能自动计算零件的质量特性，免去了设计人员的大量计算时间。 ( 6 ) 由于生成的零件是三维的实体或表面，就为运动分析、有限员分析和 数控加工准备好了数学模型。 山东科技大学硕士学位论文第二章常用三维c a d 软件及开发工具简介 m d t 主要功能特点如下： ( 1 ) 基于特征的参数化实体造型。用户可十分方便地完成复杂三维实体连 型，可以对模型进行灵活地编辑和修改。 ( 2 ) 基于n u r b s 的曲面造型，可以构造各种各样的复杂曲面，以满足如模： 设计等方面对复杂曲面的要求。 ( 3 ) 可以比较方便地完成几百甚至上千个零件的大型装配。 ( 4 ) m d t 提供相关联的绘图和草图功能，提供完整的模型和绘图的双向联 结。 m d t 的主要特征有： ( 1 ) 真正的自上而下的设计功能，通过内置参照编辑方式，可以在主装p 文件中直接编辑内部子零部件。 ( 2 ) 在文件保存、加载和更新时更快地卸载和重载外部参照文件。 ( 3 ) 不用在a u t o c a d 中打开文件就可以直接把它保存成以前版本的a u t o c a 文件格式或d x f 文件格式。 ( 4 ) 在二维工程图中准确表示三维标准零件。 ( 5 ) 通过增强的标注命令可以在工程图中用捕捉点附着参考尺寸。 ( 6 ) 使用三维动态观察器不用退出造型命令就可以交互地查看三维模型。 2 1 2p r o e ： p r o e ( p r o e n g i n e e r ) 系统是美国参数技术公司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n ，简称p t c ) 的产品。p t c 公司提出的单一数据库 参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械c a d c a e c a m 的传统观念，五 种全新的概念已成为当今世界机械c a d c a e c a m 领域的新标准。利用该概徭 开发出来的第三代机械c a d c a e c a m 产品p r o e n g i n e e r 软件能将设计至生 产全过程集成到一起，让所有的用户能够同时进行同一产品的设计制造工 作，即实现所谓的并行工程。 p r o e n g i n e e r 系统主要功能如下： ( 1 ) 真正的全相关性，任何地方的修改都会自动反映翌j 所有相关地方。 ( 2 ) 具有真正管理并行进程、实现并行工程的能力。 ( 3 ) 具有强大的装配功能，能够始终保持设计者的设计意图。 ( 4 ) 容易使用，可以极大地提高设计效率。 坐至型苎查兰堡主堂堡丝兰兰三差堂旦三竺塑鏊生墨墅垄三墨堕坌 p r o e 系统用户界面简洁，概念清晰，符合工程人员的设计思想与习惯。 整个系统建立在统一的数据库上，具有完整而统一的模型。p r o e n g i n e e r 建立在工作站上，系统独立于硬件，便于移植。还提供了目前所能达到的最 全面、集成最紧密的产品开发环境。 2 1 3c a x a ： c a x a 系列软件的开发商是北京北航海尔软件有限公司。c a x a 实体设计 是国产三维设计软件中最具代表性的软件。 c a x a 的主要特征有： ( 1 ) 卓越的企业实体协同设计工具。 c a x a 实体设计能够在一套集成工具下面全面解决产品的概念设计、零 件设计、装配设计、钣金设计、产品真实效果模拟和动画仿真等。而且所有 的功能都在同一个视窗界面下运行，整个设计过程自然流畅。 ( 2 ) 易学易用的三维球操作。 c a x a 实体设计中的三维球操作方式独具特色，方便灵活且功能强大。 它就像一个三维的鼠标具有强大的导航与定位功能，可在三维实体上直接用 “操作手柄“修改特征，改变了以往对三维实体的操作方式。 ( 3 ) 专业级的渲染和动画功能。 c a x a 实体设计本身集成了完美的渲染与动画功能，非常适合做新产品 的设计、模拟演示及与客户的直接沟通。动态仿真功能可对装配结构做机构 运动模拟与干涉检查。 ( 4 ) 超越参数化设计的灵活性修改。 c a x a 实体设计采用了参数化与无约束两种方式，用户可任选一种或两 者自动结合的方式。在设计的任何一个阶段，可不受约束的对以前的设计进 行修改，但同时可以保留参数化约束关系，极大的丰富了设计者的创造空间。 ( 5 ) 独特的双内核及数据交换能力。 些查型茎盔堂堡主兰堡丝苎 苎三皇堂旦三堡! 竺竺堡墨墅垄三墨堕坌 c a x a 实体设计提供了丰富的数据接口，可与所有流行的c a d c a m 软件 交换数据。不但可以读入其他三维软件的造型结果加以修改，并可调入不同 软件设计的零件造型生成数据装配。 ( 6 ) 创新的目录式图库操作方式和国标图库。 c a x a 实体设计按照最新的国家标准提供了三维标准件图库，使设计的 表达更加快捷。同时，c a x a 实体设计的开放式图库为用户添加自己行业的 标准件提供了方便，用户可以根据自己的需要定制自己的个性化标准件图 库。 2 1 4s o l i d w o r k ： 美国s o l i d w o r k s 公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技 公司。s o l i d w o r k s 软件是世界上第一个基于w i n d o w s 平台的三维机械c a d 软件。功能强大、易学易用和技术创新是s o l i d w o r k s 的三大特点， s o l i d w o r k s 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产 品质量。 s o l i d w o r k s 的主要特性： ( 1 ) 用户界面 s o l i d w o r k s 去掉了一些多余的对话框，而以隐含的右键菜单所代替， 最明显的是能够将特征管理器沿水平拆分。这对于大型装配体和复杂零件的 操作也非常重要，因为零件复杂以后，特征管理树会很长，有时很难同时观 察特征树的最上端和特征树的最下端。 ( 2 ) 草图设计 s o li d w o r k s 软件所有的零件都是建立在草图基础上的，草图功能的提 高会直接影响到对零件的可编辑能力的提高。在s o l i d w o r k s 中，增加了样 条编辑控制功能，使得s o l i d w o r k s 的用户更加方便地控制零件的形状。 ( 3 ) 曲面建模 在s o l i d w o r k s 中，曲面建立后，可以以很多方式对曲面进行延伸。你 可以将曲面延伸到某个已有的曲面，与其缝合或延伸到指定的实体表面，或 者输入固定的延伸长度，或者直接拖动其红色箭头手柄，实时地将边界拖到 想要的位置。还可以对曲面进行修剪，可以用实体修剪，也可以用另一个复 杂的曲面进行修剪。 ( 4 ) 新特征 生查型茎查堂堡主兰垡丝苎苎三空堕旦三丝竺墼堡垒要苎三墨塑立 s o l i d w o r k s 对导圆角的处理添加了新的特征，使得倒角的功能更加强 大。在原有特征阵列的基础上，也增添了新的特征。用x y 坐标值系列直接 生成表格驱动阵列。 ( 5 ) 大型装配 用户不仅用s o l i d w o r k s 软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多 的用户开始用s o l i d w o r k s 软件处理系统级的大型装配设计，分布式数据的 处理和图形压缩技术的运用，使得大型装配体的性能提高了几十倍。 ( 6 ) 工程图和电子工程图 在s o l i d w o r k s 的工程制图中引入了一个崭新的快速制图功能，它能迅 速生成与三维零件和装配体暂时脱开的二维工程图，但依然保持与三维的全 相关性。 2 2 三维c a d 软件的选用 2 2 1 三维c a d 软件的选用原则 以上简单介绍了几种国内常见且应用比较广泛的c a d c a m 软件，但是应 该如何选择合适自己的软件昵? 我们认为，一般应考虑以下几个因素： 1 、系统功能与能力配置 目前，市场上支持c a d c a m 系统的系统软件和支撑软件很多，且大多采 用了模块化结构和即插即用的连接与安装方式。不同的功能通过不同的软件 模块实现i 通过组装不同模块的软件构成不同规模和功能的系统。因此，要 根据系统的功能要求确定系统所需要的软件模块和规模。 2 、软件性能价格比 与硬件系统一样，目前c a d c a m 软件的生产厂家和供货商很多，同样功 能的软件，不同厂家生产的在性能价格方面有较大的差异，不同供货渠道， 价格上也有一定的差异，因此，选定软件产品时，也要进行系统的调研与比 较，选择满足要求、运行稳定可靠、容错性好人机界面友好、具有良好性能 价格比的产品。同时，要注意欲购软件的版本号，该版本推出的日期及与以 前一版本比较的功能改进等方面。 3 、与硬件匹配性 坐查型垫查堂堡主兰垡丝奎 釜三兰量旦三丝! 竺竺堡丝茎垄三墨塑坌 不同的软件往往要求不同的硬件环境支持。如果软、硬件都需配置，则 要先选软件，再选硬件，软件决定着c a d c 埘系统的功能。如果已有硬件， 只配软件，则要考虑硬件能力，配备相应档次的软件。大多数软件分工作站 版和微机版，有的是跨平台的，如a u t o c a d ，i d e a s ，p r o e ，u g 等分别有工 作站版和微机版。 4 、二次开发能力与环境 为高质、高效地充分发挥c a d c a m 软件作用，通常都需要进行二次开发， 要了解所选软件是否具备二次开发的可能性，开放性程度，所提供的二次开 发工具，进行二次开发所需要的环境和编程语言。有的支撑软件提供专用的 二次开发语言，有的采用通用的汇编语言进行二次开发，前者的专业性强， 学习和培训量大，但使用中效率较高，而后者则相反。 5 、开放性 所选软件应与c a d c a m 系统中的设备、其它软件和通用数据库具有良好 的接口、数据格式转换和集成能力，具备驱动绘图机及打印机等设各的接口， 具备升级能力，便于系统的应用和扩展。除此之外，与硬件系统设计一样， 也要考虑供应商的发展变换趋势、信誉、经营状况和售后服务能力，是否具 有维护服务机构、手段、维护服务响应效率，能否提供有效的技术支持、培 训、故障检修和技术文档资料，产品的市场占有率和已有用户的反映情况等。 6 、可靠性 所选软件应在遇到一些极限处理情况和某些误操作时，能进行相应处， 数据丢失的机会小，恢复数据容易。 7 、易操作性 设计师对软件的熟悉程度，对软件的了解深度，对软件的应用熟练程度 的高低等人为因素也是选择三维c a d 软件的重要方面。 2 2 2 三维c a d 软件的选用 由于m d t 与a u t o c a d 同时出自a u t o d e s k 公司，因此两者完全融为一体， 用户可以方便地实现三维向二维的转换，设计人员对此软件比较熟悉，同时， 坐查型垫查堂堡主堂垡鎏皇苎三皇堂旦三堡竺竺壁墨茎叁三墨笪坌 软件的三维功能也非常强大，与硬件的兼容性很好，价格适中，因此，选用 m d t 6 0 版作为论文的设计和开发软件。 2 3c a d 开发工具介绍 选用了a u t o d e s k 公司的软件后，我们来了解一下开发工具。a u t o d e s k 公司为用户提供 a u t ol i s p ，o b j e c t a r x ，v i s u a ll i s p ，v b a 等客户化的编程 工具，给用户带来极大的灵活性和更为广泛的客户化选择，而对用户来说， 分别了解它们的特点、选择一个更适合自己开发对象的开发工具是至关重要 的。 2 3 1l i s p 开发工具 a u t o c a d 系统问世以来，在世界范围内都得到了广泛的应用。究其原因， 最主要的是a u t o c a d 结构的开放性，它为用户提供了许多进行二次开发的工 具，其中包括内嵌编程语言a u t ol i s p 。 a u t o c a d 本身图形功能是很强的，由于a u t ol i s p 语言的问世，使a u t o c a d 功能有了一个质的飞跃，用户可以根据自己的需要对a u t o c a d 进行多种功能 的开发。 从本质上讲，a u t ol i s p 语言是由c o m m o nl i s p 语言的一个子集再增加了 一些与图形处理有关的特殊函数组成，并内嵌在a u t o c a d 之中，即是嵌入 a u t o c a d 内部的通用l g p 程序设计语言的子集。a u t ol i s p 语言灵活简洁、表 达能力强，通过定义函数实现各种功能。除可以完成各种科学计算外，还能 调用a u t o c a d 各项命令，直接访问图形数据，从而大大地扩充了图形处理功 能。 但由于a u t ol i s p 是一种解释性语言，其保密性差、运行速度慢、自顶 而下的程序设计思想、调试不便等缺点使得它不适合开发大型的计算密集型 的系统。另外，其表达式的表示法也不易让一般开发人员习惯和接受。 为了克月展a u t ol i s p 存在的缺点，a u t o d e s k 推出了a u t ol i s p 的新版本一 一v i s u a ll i s p 。提供了a u t ol i s p 的所有功能，并与现有的a u t bl i s p 程序 兼容，其面向对象的可视化集成开发环境( i d e ) 将使编译、调试用l i s p 编 写的a u t o c a d 程序更加方便，功能更强。其主要特色如下： ( 1 )集成开发环境( i d e ) 可生成o b j e c ta r k 应用程序； ( 2 )源代码彩色拼法检查： ( 3 )内置调试器( d e b u g g e r ) ： ( 4 )代码自动格式化和缩紧编写； 山东科技大学硕士学位论文第二章常用三维c a d 软件及开发工具简介 ( 5 ) d c l 对话框预视； ( 6 )程序结构浏览； ( 7 )动态的符号生成； ( 8 )变量直接求值； ( 9 )源文件打开的数目和大小无限制； ( 1 0 ) 通过a c t i v e x 自动化接口与其他软件集成，如m i c r o s o f to f f i c e 等。 2 3 2o b j e c ta r x 开发工具 为了适应面向对象程序设计( o o p ) 技术的发展形势，a u t o c a dr 1 4 提 供了一个面向对象的开发环境o b j e c ta r x ( r 1 3 版中称为a r x ，a u t o c a d r u n - t i m ee x t e n s i o n ) 取代a d s ，所用的语言为c + + ，只支持m i c r o s o f tv i s u a l c + + 编译器。这也就是说，a r x 是基于m i c r o s o f tv i s u a lc + + 的一个功能强 大的二次开发工具，用o b j e c ta r x 环境开发的a u t o c a d 应用程序将比a d s 程序具有更好的性能和更强的功能，因为： ( 1 ) o b j e c ta r x 开发环境提供了一个超过2 2 0 个类的c + + 类系统； ( 2 ) o b j e c ta r x 应用程序的命令不再由a u t ol i s p 调用而与a u t o c a d 内部命令处予同一级别； ( 3 ) 更重要的是，它可构造用户自定义的对象实体。处理这种对象 实体的方法完全与处理a u t o c a d 内部的对象实体一样。 o b j e c ta r x 的特点： 0 b j e c ta r x 是以c + + 为基础的面向对象开发环境及应用程序接口，具 有面向对象编程方式的数据可封装性、可继承性及多态性等特点。 用o b j e c ta r x 开发的软件具有模块性好、独立性强、连接简单、使 用方便、内部功能高效及代码可重复性强等优点，并支持肝c ( m i c r o s o f t f o u n d a t i o nc l a s s ) 基本类库，能简捷并高效地实现许多复杂功能。 o b j e c ta r x 的调用机制： o b j e c ta p d ( 编程环境与a d s 、a u t ol i s p 的编程环境有很大的不同， 最大区别是a r x 应用程序是一种可共享a u t o c a d 地址空间和建立对a u t o c a d 直接函数调用的动态链接库( d l l ) ，因而a r x 应用程序与a u t o c a d 之间的 通信更加直接，运行效率更高。 a r x 类库及函数库： a r x 包括5 个类库和1 个函数库，它们是： ( 1 ) a c r x 类库：系统级的类和c + + 宏指令集，用于d l l 应用程序的初始 1 5 山东雠大学硕土堂位论文第二章常用三维c a d 软件及开发工具简介 化、连接及实时类的注册和标注。 ( 2 ) a c e d 类库：定义和注册新的内部命令。 ( 3 ) a c d b 类库：直接访问a u t o c a d 图形数据库结构。 ( 4 ) a c g i 类库：提供图形界面工具，用以绘制a u t o c a d 实体。 ( 5 ) a c g e 类库：提供普通的二维及三维几何操作，也提供简单的几何对 象，如点、线、曲面。 ( 6 ) a d s r x 函数库：提供可共享a u t o c a d 地址空间的a d s 函数。 2 3 3v b a 开发工具 a u t o c a d 2 0 0 0 内嵌的v b a 语言是在标准v i s u a lb a s i c 基础上，结合 a u t o c a d 的特点发展起来的一种w i n d o w s 平台上的高效开发工具，它可以充 分利用w i n d o w s 操作系统提供的强大功能，且简单易用，非计算机专业人员 也能利用v b a 语言，高效快速地对a u t o c a d 进行二次开发。 v b a 的主要功能： ( 1 ) v b a 可提供强大的窗体创建功能，为应用程序建立对话框及其他 屏幕界面。 ( 2 ) 可创建自己的工具条。 ( 3 ) 可创建功能强大的模块级宏指令，宏名实质上就是模块的过程 名。 ( 4 ) 提供建立类模块的功能，这对开发大型工程非常有用，因此类可 提供重用组件。另外，对于a u t o c a da c t i v e x 技术中的应用程序 级和对象级事件调用，将使用类模块。 ( 5 ) 具备完善的数据访问与管理能力，通过d a o ( 数据访问对象) ，可 以对a c c e s s 数据库或其他外部数据库( 像d b a s e ，f o x p r o 等) 实 现访问与管理。此功能比直接使用a u t o c a d 的数据库管理系统要 方便，且功能强大。 ( 6 ) 可以使用s q l 语句检索数据，与r d o ( 远程数据对象) 结合起来， 能够建立客户机服务器级的数据通信。 ( 7 ) 能够使用w i n 3 2a p