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CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用
（作者未知） 2010/6/10
CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用
計算機輔助設計（C A D ）技術產(chǎn)生于20 世紀50 年代后期，經(jīng)歷了二維平面圖形設計、交互式圖形設計、三維線框模型設計、三維實體造型設計、自由曲面造型設計、參數(shù)化設計及特征造型設計等發(fā)展過程[ 1 ] 。近年來又出現(xiàn)了許多先進技術，如變量化技術、虛擬產(chǎn)品建模技術等，已廣泛應用于工程設計的各個領域。尤其是三維參數(shù)化C A D 系統(tǒng)的發(fā)展和應用（如CATIA、UG、PRO/Engineer 等）使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法發(fā)生了革命性的變化，產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。目前，在農(nóng)業(yè)機械設計領域中也越來越多地采用三維參數(shù)化C A D 技術。本文利用具體實例簡單闡述了三維參數(shù)化C A D 技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用。
一、三維參數(shù)化C A D 設計的概念及優(yōu)點
三維參數(shù)化C A D 設計是采用約束來表達產(chǎn)品模型的形狀特征，并用一組參數(shù)來控制設計結果，從而通過變換一組參數(shù)值方便地創(chuàng)建了一系列形狀類似的零件 。三維參數(shù)化C A D 設計的基本手段有程序驅(qū)動和尺寸驅(qū)動。程序驅(qū)動法是通過分析圖形幾何模型的特點，確定模型的主參數(shù)以及各尺寸間的數(shù)學關系，將這種關系輸入程序中，進而在設計零件時只要輸入幾個參數(shù)，就可生成所要求的模型；尺寸驅(qū)動是對程序驅(qū)動的擴展，其基本思想是由應用程序生成所涉及的基圖，該圖的尺寸有一系列的標識，這些尺寸由用戶在編程時輸入或交互式輸入，從而生成用戶
C A D 包含了從產(chǎn)品的方案決策、結構設計、性能分析、功能仿真一直到工藝設計的全部過程. 傳統(tǒng)設計, 人工處理信息不要求形式化的表示方法, 設計人員可以在非形式化的情況下工作, 而C A D 系統(tǒng)要求恰好相反; 傳統(tǒng)設計過程的支撐環(huán)境是文具、圖紙和手冊資料, 而C A D 系統(tǒng)則要求有一定的計算機硬件環(huán)境和軟件支撐系統(tǒng); C A D 系統(tǒng)與傳統(tǒng)設計過程也不盡相同。大量實踐證明, C A D 與傳統(tǒng)設計相比,具有明顯的優(yōu)越性. C A D 應用顯著提高設計效率, 縮短設計周期, 提高設計質(zhì)量, 使部門間信息交流更迅速、可靠, 便于設計與分析工作模式的統(tǒng)一, 且有利于產(chǎn)品的標準化、系統(tǒng)化和通用化.
C A D 參數(shù)化設計方法與傳統(tǒng)的設計方法相比，其最大的不同就在于它存儲了設計的整個過程，能設計出一簇而不是單一的產(chǎn)品模型。參數(shù)化設計使得設計人員可以通過變動某些約束參數(shù)而不必運行產(chǎn)品設計的全過程來更新設計，為進行產(chǎn)品初始設計、產(chǎn)品模型的編輯和修改以及多種方案的設計和比較提供了有效手段。
二、應用實例
為了提高設計水平，縮短聯(lián)合收割機的開發(fā)周期, 以軸流釘齒脫粒分離裝置為設計出發(fā)點, 以Autodesk 公司三維造型軟件MDT 為設計平臺,利用AutoLisp，ObjectA R X + M C A D A P I 進行二次開發(fā), 建立基于M D T 的脫粒分離裝置的三維參數(shù)化設計系統(tǒng)，用以進行脫粒分離裝置的總體參數(shù)設計、零部件參數(shù)化設計, 以及脫粒分離裝置系列產(chǎn)品零部件工程圖紙的自動生成[4]。本系統(tǒng)由3 大功能模塊和若干子模塊組成。各功能模塊之間獨立性較強，其連接主要是通過數(shù)據(jù)傳送來實現(xiàn)的，模塊內(nèi)部采用公共區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)結構如下圖所示。系統(tǒng)結構圖管理系統(tǒng)主要負責設計系統(tǒng)與數(shù)據(jù)文件以及圖形繪制系統(tǒng)的聯(lián)系, 各子系統(tǒng)、分系統(tǒng)之間的聯(lián)系, 以及程序調(diào)用、數(shù)據(jù)傳遞等問題。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中, 參數(shù)分為幾何參數(shù)、結構參數(shù)和配合參數(shù)3 種。幾何參數(shù)確定零件的幾何尺寸結構參數(shù)主要確定釘齒的排列方式，配合參數(shù)確定零件的相對位置關系。整個參數(shù)設計過程自上而下進行，其原則是: 上層設計控制下層設計, 對于設計細節(jié)和實現(xiàn)方法不必關心；下層設計在滿足上層設計約束的基礎上, 可以在局部范圍內(nèi)調(diào)整生成參數(shù)；零部件之間通過裝配關系構成一有機整體,保證設計的一致性和完整性。整個系統(tǒng)的建立過程是按照以下方式進行:
（1）在Autodesk MDT 平臺上建立以特征參數(shù)為基礎的三維模型零件，同時找出零件所有尺寸間的關系，確定能用來驅(qū)動生成模型的參數(shù)。
( 2 )整理參數(shù)列表, 建立數(shù)據(jù)文件并編制出人機交互的對話框界面。
( 3 )設計計算模塊，建立符合設計任務要求的各因素與結構尺寸參數(shù)之間的數(shù)學模型。整個設計計算過程按照自上而下的方式進行。對有成熟參照對象的部分, 采用相似設計方法；對不成熟的部分, 采用模擬對比法。所得的結構參數(shù)和裝配參數(shù)都要傳送到數(shù)據(jù)文件中, 用以驅(qū)動圖形。
( 4 )建立參數(shù)驅(qū)動機制，將設計計算所得的結構參數(shù)和裝配參數(shù)都要傳送到數(shù)據(jù)文件中, 用以驅(qū)動圖形，并且建立單個零件的幾何拓撲關系以及裝配模塊中的各個零件的位置約束（未完，下一頁）
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