M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、SW三維】

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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： (用外文寫(xiě)) 外文出處： Int J Adv Manuf Technol(2004) DOI 10.1007/s00170-003-1882-9 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 所選原文資料內(nèi)容符合本畢業(yè)設(shè)計(jì)及專(zhuān)業(yè)方向要求，篇幅飽滿，翻譯用詞準(zhǔn)確，語(yǔ)句通順。 簽名： 年3月18日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 附件1：外文資料翻譯譯文 CAD/CAM集成的加工特征提取 摘要 基于特征的CAD/CAM集成是一項(xiàng)在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)零件信息自動(dòng)傳送和轉(zhuǎn)化的技術(shù)。特征是集成中的信息傳輸媒介。由于設(shè)計(jì)下游的生產(chǎn)計(jì)劃和零件設(shè)計(jì)者的角度不同，因此，特征轉(zhuǎn)化和特征提取方法用來(lái)以設(shè)計(jì)特征模型為基礎(chǔ)創(chuàng)建加工模型。由于特征是相互關(guān)聯(lián)的，因此生成加工特征的難點(diǎn)之一在于如何保存特征的完整性。因此，最新的研究把重心放在平面形式的特征轉(zhuǎn)換上。本文討論了特征相互作用存在的問(wèn)題，并且提出了一個(gè)從設(shè)計(jì)特征模型中生成孔系加工特征的方法?？紫堤卣魇菣C(jī)床上變速箱零件的重要加工特征。這些特征不能直接從設(shè)計(jì)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。本文進(jìn)一步闡述了基于約束的方法來(lái)詳細(xì)說(shuō)明孔系特征模型，該模型從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提取出來(lái)，以幾何學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)信息為基礎(chǔ)。另外，STEP格式文件用來(lái)連接已轉(zhuǎn)化了的加工特征模型和下游的CAPP應(yīng)用。特征轉(zhuǎn)化系統(tǒng)在一些零件實(shí)例中以及開(kāi)發(fā)的一個(gè)原型CAPP系統(tǒng)上得到了驗(yàn)證。 關(guān)鍵字 CAD/CAM集成 約束 特征轉(zhuǎn)化 特征相互作用 基礎(chǔ)特征 STEP界面 1. 引言 基于特征的設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)在機(jī)械零件CAD/CAM系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用?；谔卣鞯腃AD/CAM集成是一項(xiàng)在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)零件信息自動(dòng)傳輸和轉(zhuǎn)化的技術(shù)[1-4]。特征是集成系統(tǒng)中信息傳輸?shù)拿浇椤Ｋ罅抗こ绦畔?，幾何學(xué)和非幾何學(xué)，并且將CAD,CAPP和CAM系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。然而，角度不同，對(duì)特征的定義也不同。設(shè)計(jì)特征是與零件的功能、設(shè)計(jì)意圖和模型構(gòu)建方法有關(guān)的形狀特征。加工特征是與特定的加工工序有關(guān)的形狀特征。當(dāng)今的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)是基于特征的，如Pro/Engineer。基于特征的設(shè)計(jì)意味著零件的設(shè)計(jì)是從簡(jiǎn)單的拉伸或旋轉(zhuǎn)（例如圓柱或長(zhǎng)方體）開(kāi)始的，然后通過(guò)把特征，如孔、槽，添加到當(dāng)前設(shè)計(jì)的多個(gè)表面上來(lái)修改它。設(shè)計(jì)者詳細(xì)說(shuō)明這些特征的位置、尺寸和方向[5]。根據(jù)下游的加工的應(yīng)用要求，必須通過(guò)特征轉(zhuǎn)化和特征提取將設(shè)計(jì)特征轉(zhuǎn)為加工特征。特征提取是從基于幾何形狀的設(shè)計(jì)模型定義加工特征，而特征轉(zhuǎn)化則是將基于特征的設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為加工特征[6-10]。 一組提取的加工特征通常稱(chēng)為加工特征模型。通常一個(gè)零件能用多個(gè)加工特征模型來(lái)表示。這些特征與零件的不同加工方法相對(duì)應(yīng)[6，8，11，12]。在文獻(xiàn)[11，12]中提出了基于單元分解法的加工模型生成方法。通過(guò)對(duì)所有的面和半空間進(jìn)行拉伸或求交，將需切除的部分（三角體積單元）分解成很多小的單元。這些單元的子集就被組合到加工特征中。采用這種方法，不斷重復(fù)單元分解直到所有的三角體積單元被分解完。單元分解的結(jié)果是三角體積單元被分解成一組加工特征。改變單元分解的順序可以形成不同的加工特征。Han[8]根據(jù)工藝設(shè)計(jì)者的要求提出了一種生成加工特征模型的方法。但是這種方法只能針對(duì)平面單元和非圓柱特征，它不能用在如變速器這樣的復(fù)雜的零件中，因?yàn)?，這些零件的主要的加工特征是同軸孔系[9]。圖1給出了廣州機(jī)床廠（GMTMF）機(jī)床制造中的兩個(gè)典型零件?？紫殿?lèi)型零件的特征轉(zhuǎn)化和特征提取是一種新的，且至今為止未公布的方法。本文著重針對(duì)變速箱零件，依據(jù)設(shè)計(jì)特征模型研究了生成同軸孔系加工特征的特征映射法。文章第二部分介紹了一種通過(guò)特征轉(zhuǎn)化將CAD/CAM集成的方法以及由特征相互作用產(chǎn)生的問(wèn)題。文章第三部分給出了特征轉(zhuǎn)化中對(duì)基本的特征的定義。文章第四部分則介紹了約束關(guān)系和孔系加工特征的描述。在第五部分，給出了孔系加工特征的轉(zhuǎn)化算法并設(shè)計(jì)了一個(gè)可將CAD和CAPP系統(tǒng)集成的STEP格式文件接口。最后是本文的結(jié)論。 圖1 廣州機(jī)床制造廠的零件樣本 2. 特征轉(zhuǎn)換 文中提出了一種從設(shè)計(jì)特征模型生成加工特征的基于特征的轉(zhuǎn)化方法。該方法是從加工的角度出發(fā)來(lái)定義加工特征的，并且在基于特征的建模和加工特征轉(zhuǎn)化中會(huì)提取和保留設(shè)計(jì)模型信息。如圖2所示，特征轉(zhuǎn)化中的CAD/CAM集成系統(tǒng)包括一個(gè)形狀特征轉(zhuǎn)換模塊，尺寸特征轉(zhuǎn)換以及特征屬性轉(zhuǎn)換。由于設(shè)計(jì)特征包括了幾何和屬性并且在建模過(guò)程中可能對(duì)其原始的設(shè)計(jì)特征進(jìn)行修改，因此，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的最終零件模型可能與已用的設(shè)計(jì)特征不一致。這種不一致性是由于特征的相互作用，它改變了形狀特征和特征屬性。例如，圖3所示的零件中有一個(gè)槽特征，該特征來(lái)源于型腔特征和槽特征的相互作用。由于這兩個(gè)特征的相互作用，最初的槽a1的尺寸是從型腔a通過(guò)求交得到的。因此，本特征轉(zhuǎn)化方法包含形式特征映射和尺寸及屬性特征映射。在文獻(xiàn)[13]中詳細(xì)介紹了尺寸及屬性特征轉(zhuǎn)換。本文主要介紹了用在機(jī)床上的零件的形式特征轉(zhuǎn)換。 設(shè)計(jì)特征 CAD系統(tǒng)特征模型 特征摘錄 設(shè)計(jì)特征 數(shù)據(jù)庫(kù) 特征轉(zhuǎn)換模塊 形狀特征映射 尺寸特征映射 其他映射例如：公差，表面粗糙度等 加工特征 特征映射后置處理 STEP文件 基于特征的零件加工模型 知識(shí)庫(kù) 加工特征 數(shù)據(jù)庫(kù) CAPP 圖2 CAD/CAM集成系統(tǒng)的原理圖 型腔1 型腔 槽2 槽 圖3 特征相互作用引起設(shè)計(jì)特征類(lèi)和特征屬性的轉(zhuǎn)變： 型腔特征轉(zhuǎn)變成槽特征，以及尺寸的轉(zhuǎn)化 對(duì)于機(jī)床變速箱零件，它們形狀不規(guī)則，零件的壁很薄，里外都有加強(qiáng)筋。此外，壁和筋上有不同的孔系，從而使得零件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。本論文中，變速箱零件是在基于特征的CAD/CAM軟件——Pro/Engineer中建模的。通過(guò)對(duì)零件模型過(guò)程分析可知，零件模型中的設(shè)計(jì)特征包括：基準(zhǔn)（平面或軸）、拉伸體，孔，槽，除料和筋特征。這些特征中，建于基準(zhǔn)平面上的拉伸特征是基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，采用了一個(gè)除料特征來(lái)生成變速箱的腔，用肋特征來(lái)生成變速箱的加強(qiáng)筋。對(duì)于孔系，可以用不同的方法創(chuàng)建孔特征，例如通孔，沉頭孔。但是，在設(shè)計(jì)特征庫(kù)中，孔特征中不包括同軸孔，只有許多獨(dú)立的沒(méi)有聯(lián)系的孔特征，盡管它們由同一個(gè)操作生成的。因此設(shè)計(jì)模型不能為加工直接提供同軸孔系特征。 轉(zhuǎn)換工作中的難點(diǎn)主要來(lái)自以下兩方面：第一.孔特征是相互獨(dú)立的，在設(shè)計(jì)建模階段，這些孔之間的位置和語(yǔ)義并不是很明確；第二.建模過(guò)程中特征的相互作用導(dǎo)致孔特征不是屬性發(fā)生改變，就是丟失設(shè)計(jì)中記錄的關(guān)系。目前，基于約束匹配的方法對(duì)于平面形狀特征轉(zhuǎn)換[14，15]是有效的。這個(gè)方法的核心是把形狀特征分解成幾個(gè)基本特征要素，例如面、邊和點(diǎn)，并建立基本特征間的約束關(guān)系，形成約束圖。具體零件的特征可以從匹配圖中得到。但是，這個(gè)方法只局限于解決規(guī)則的平面形狀特征轉(zhuǎn)換，不能解決孔系特征轉(zhuǎn)換。本文則著重解決了這個(gè)難題。 為了把包括孔系特征的復(fù)雜零件，從設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用到加工領(lǐng)域，首先必須對(duì)加工領(lǐng)域中的加工特征的結(jié)構(gòu)作定義。在基于約束的匹配方法和前人對(duì)多面體零件平面類(lèi)形狀特征轉(zhuǎn)換工作[9，16，17]的基礎(chǔ)上，我們?cè)贕MTMF中的變速箱零件中提取并定義了一些孔系加工特征。 3. 基本特征定義 為了實(shí)現(xiàn)基于約束的孔系特征轉(zhuǎn)換，首先介紹了基礎(chǔ)特征的定義。一個(gè)基本特征定義為具有特征幾何和拓?fù)湫畔⒌幕編缀涡螤睢Ｒ粋€(gè)基礎(chǔ)特征能通過(guò)數(shù)學(xué)集合來(lái)表達(dá)： Fb={T.G.C} (1) 其中 Fb代表基本特征， T代表基本特征的拓?fù)湫畔ⅲ? G代表基本特征的幾何信息， C代表基本特征的特性（例如平面方向，輪廓，凸面或凹，邊或點(diǎn)）。 圖4闡明了基本特征類(lèi)型與機(jī)床變速箱零件的孔系特征轉(zhuǎn)換相符合?；A(chǔ)特征和孔特征有關(guān)可描述如下： 面：由一個(gè)或多個(gè)輪廓組成。如果面上有一個(gè)孔或槽特征，那么面上就有孔和槽的輪廓。 輪廓：面上僅屬于一個(gè)面的一個(gè)閉環(huán)。輪廓由許多邊組成，可分為內(nèi)輪廓或外輪廓 (見(jiàn)圖5)。內(nèi)輪廓是孔的外曲線。眾所周知，在執(zhí)行輪廓尋找時(shí)，面特征總在輪廓的右側(cè)。因此，尋找外輪廓是順時(shí)針?lè)较?，尋找?nèi)輪廓是逆時(shí)針?lè)较颉? 基本特征和B-Rep模型中的幾何和拓?fù)湟刂g的主要不同點(diǎn)：基本特征能反映幾何特性，例如幾何特性中的方向和凹凸屬性。 基本特征 面 輪廓 平面 圓柱面 平面和圓柱表面 外輪廓 內(nèi)輪廓 圖4 與孔類(lèi)特征有關(guān)的基本特征分類(lèi) 內(nèi)輪廓 外輪廓 圖5 輪廓定義 4. 基于約束的孔系特征描述 4.1 約束關(guān)系描述 基本約束特征是用來(lái)組成形狀特征的基礎(chǔ)元素。建立基本特征的約束關(guān)系的目的是： 1. 在較高層對(duì)形狀的約束關(guān)系進(jìn)行描述，以避免從幾何和拓?fù)湫畔舆M(jìn)行描述。 2. 解決特征相互作用和孔系特征轉(zhuǎn)化的難題。 與形狀約束特征定義不同的是基本約束特征的定義更靈活。基本約束特征通常描述了特征類(lèi)，而不是特定的特征實(shí)例。因此，在特征求交時(shí)，原始特征中的一個(gè)約束會(huì)改變，但是只要約束特征類(lèi)仍然存在，就不會(huì)影響到對(duì)特征類(lèi)的正確識(shí)別。 根據(jù)基本約束特征[9，14]，孔特征之間的位置關(guān)系能用圓柱面和平面這樣的基本特征的空間約束來(lái)描述?？紫导s束的描述如下： 1. 孔環(huán)和平面之間的共面約束（見(jiàn)圖6） a. F是一個(gè)平面 b. 孔環(huán)是圓柱孔的端面環(huán) c. 孔環(huán)在一個(gè)平面上 2. 孔之間的同軸約束（見(jiàn)圖7） d. ab線是孔1的軸線 e. cd線是孔2的軸線 f. ab線和cd線是共線的 線 面 孔 圖6 共面約束圖表 孔1 孔2 圖7 同軸約束圖 附件2：外文原文 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 系　　部 機(jī)械工程系 指導(dǎo) 教師 姓 名 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職 務(wù) 副教授 課題名稱(chēng) M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì) 適用專(zhuān)業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 課題性質(zhì) A B C D E 課題來(lái)源 A B C D 課題預(yù)計(jì) 工作量大小 大 適中 小 課題預(yù)計(jì) 難易程度 難 適中 易 ? ? 課題簡(jiǎn)介 在現(xiàn)代化的制造企業(yè)中都普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。因此，對(duì)于機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，如果能很好地掌握一種CAD工具進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，將有助于學(xué)生在今后的工作崗位上更快地投入工作中。本課題以一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品M200A氣瓶為研究對(duì)象，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用通用的三維設(shè)計(jì)軟件完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)工作的能力。 課題應(yīng)完成的任務(wù)和對(duì)學(xué)生的要求 本課題需完場(chǎng)的任務(wù)包括： l 所有零件的三維造型 l 零、部件及最終產(chǎn)品的裝配 l 非標(biāo)零件工程圖以及產(chǎn)品裝配圖 為了較好地完成以上任務(wù)，要求學(xué)生已掌握一種CAD設(shè)計(jì)軟件，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中能積極、認(rèn)真地和老師配合，按照老師的要求完成任務(wù)。 所在專(zhuān)業(yè)審定意見(jiàn)： 專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日 本課題由 同學(xué)選定，學(xué)號(hào)： 注：1．該表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，經(jīng)所在專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人簽名后生效，作為該專(zhuān)業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題使用； 2．有關(guān)內(nèi)容的填寫(xiě)見(jiàn)背面的填表說(shuō)明，并在表中相應(yīng)欄內(nèi)打“√”； 3．課題一旦被學(xué)生選定，此表須放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中存檔。 填 表 說(shuō) 明 1．該表的填寫(xiě)只針對(duì)1名學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學(xué)選擇，應(yīng)在申報(bào)課題的名稱(chēng)上加以區(qū)別（加副標(biāo)題），并且在“設(shè)計(jì)（論文）要求”一欄中說(shuō)明。 2．“課題性質(zhì)”一欄： A．產(chǎn)品設(shè)計(jì)； B．工程技術(shù)研究； C．軟件開(kāi)發(fā)； D．研究論文或調(diào)研報(bào)告； E．其它。 3．“課題來(lái)源”一欄： A．自然（社會(huì)）科學(xué)基金與?。ú浚⑹屑?jí)以上科研課題； B．企、事業(yè)單位委托課題； C．校、院（系）級(jí)基金課題； D．自擬課題。 4．“課題簡(jiǎn)介”一欄： 主要指該課題的背景介紹、理論意義或?qū)嵱脙r(jià)值。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文) 作 者: 系　部: 機(jī)械工程系 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì) 副教授 指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2009 年 5 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)中，為適應(yīng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)需要，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究與應(yīng)用已越來(lái)越受到人們的重視。在現(xiàn)代化的制造企業(yè)中普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作。被認(rèn)為屬于朝陽(yáng)工業(yè)范疇的氣瓶制造業(yè)也不例外。能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一種安全、低成本、使用壽命長(zhǎng)的氣瓶以滿足應(yīng)用需求將會(huì)越來(lái)越受歡迎。本文以SolidWorks為工具，以一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品M200A氣瓶為研究對(duì)象，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，及各種氣瓶的結(jié)構(gòu)，總結(jié)出氣瓶的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了M1000A氣瓶。 關(guān)鍵詞 氣瓶 三維設(shè)計(jì) 工藝 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Three Dimensional Design of Gas Cylinder M1000A Abstract In a modern society with rapid development in economy, to meet with the fierce competition in market, more and more attentions are paid on the research and application of the computer aided design and manufacturing technology. In modern manufacturing enterprises, most people adopt computer aided design to design the products, including the gas cylinder industry which belonged to the sun-rise industry. It will become more and more popular to apply the computer aided design software to design the safe, low cost and long lifetime gas cylinder. In this paper, Solidworks is used as a design tool, a real gas cylinder named M200A is designed. At the same time, the author takes the domestic and foreign references, as well as all kinds of cylinder structures for references. At last, the design ideas of the gas cylinder is summed up and the design of M1000A is completed. Keywords Gas cylinder Three dimensional design Craftwork 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 年3月22日 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1．開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效； 2．開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書(shū)最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）； 4．有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě) 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 在現(xiàn)代化的制造企業(yè)中都普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，本課題的氣瓶設(shè)計(jì)是以三維設(shè)計(jì)軟件為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的。本文介紹了氣瓶行業(yè)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展與現(xiàn)狀及研究方法，闡述了三維設(shè)計(jì)的意義與作用, 以及CAD在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和發(fā)展的趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞 氣瓶 三維設(shè)計(jì) CAD 1 氣瓶概況 1.1 國(guó)內(nèi)氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀 在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，氣瓶制造業(yè)被認(rèn)為屬于朝陽(yáng)工業(yè)范疇[1]。建國(guó)五十多年來(lái)，我國(guó)氣瓶行業(yè)走過(guò)了從無(wú)到有，從小到大的道路。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的增長(zhǎng)，更主要是氣體工業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了氣瓶制造業(yè)的興起和發(fā)展。從1957年設(shè)計(jì)制造了第一批40升15Mpa級(jí)鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶開(kāi)始，到以后相應(yīng)的鋁合金無(wú)縫氣瓶，液化石油氣鋼瓶,各種焊接氣瓶以及近幾年開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)鋼無(wú)縫氣鋼瓶，汽車(chē)用液化石油氣鋼瓶等等。中國(guó)是大量生產(chǎn)和使用氣瓶的國(guó)家，已經(jīng)是國(guó)際上不容忽視的氣瓶大國(guó)。但是應(yīng)該承認(rèn)我國(guó)的氣瓶產(chǎn)品還存在著普通產(chǎn)品低檔化，高、精、尖、特產(chǎn)品制造能力存在著空白或尚屬起步階段。 1.2 美國(guó)氣瓶的研發(fā)動(dòng)向 目前復(fù)合材料氣瓶在美國(guó)的研究發(fā)展動(dòng)向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是燃料整體供給系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將普通的CNG復(fù)合氣瓶裝入一個(gè)復(fù)合材料制成的保護(hù)殼內(nèi)，里面填充有防沖撞的泡沫，氣瓶與匯流管路相連，并有一個(gè)總閥門(mén)和減壓裝置，這樣可以減少系統(tǒng)部件。保護(hù)殼將氣瓶完全包裹起來(lái)，并裝有簡(jiǎn)易把手和安裝支架，這樣看起來(lái)，無(wú)論是尺寸還是外觀，都與普通的汽油箱很相似。二是氣瓶的重量趨向更輕，成本趨向更低。三是氫燃料貯氣瓶。四是復(fù)合材料儲(chǔ)能器。五是航空用氣瓶。 1.3 本課題氣瓶簡(jiǎn)介 本課題研究的是鉬源氣瓶，由于鉬源是一種劇毒性的氣體，所以對(duì)輸送、貯存這類(lèi)氣體氣瓶的安裝、焊接、嚴(yán)密性、潔凈度、耐腐蝕都有嚴(yán)格的要求。該氣瓶材料采1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9Ti有較高的抗拉強(qiáng)度，較低的屈服點(diǎn)，極好的塑性和韌性，焊接性能和冷彎成型性能好，1Cr18Ni9Ti含有抗晶界腐蝕的鈦，可以通過(guò)熱處理提高它的抗晶界腐蝕能力。氣瓶接口處采用VCR接頭，由于是球面接觸，即使管線受到外力扭轉(zhuǎn)或彎曲后，也不至于使接口處松動(dòng)，且因結(jié)合面為球面連接而十分嚴(yán)密。較好的保證氣瓶的密封性。 2 三維設(shè)計(jì)的意義與作用? 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAD應(yīng)用軟件技術(shù)的發(fā)展，決定了CAD應(yīng)用應(yīng)當(dāng)以顯著提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，明顯降低設(shè)計(jì)成本,充分縮短設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，濃縮和提高優(yōu)秀的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高整個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)的管理水平為目的[2]。 三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計(jì)與一般二維設(shè)計(jì)系統(tǒng)不完全相同，三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計(jì)可以直接由三維模型投影而成，從而保證各個(gè)視圖的正確性，使用者只需要對(duì)視圖中個(gè)別線條進(jìn)行調(diào)整，并標(biāo)注工程符號(hào)，即可滿足工程圖紙的要求。三維模型設(shè)計(jì)中包括了產(chǎn)品完整的幾何結(jié)構(gòu)，還可以從三維模型中產(chǎn)生其他各種視圖，除基本標(biāo)準(zhǔn)的三視圖外，還可生成軸測(cè)圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等。在三維的CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，可以調(diào)節(jié)渲染所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的一些基本屬性，如光源設(shè)置，模型屬性(顏色、透明度、反射系數(shù)等)，還可以設(shè)置模型的顏色、紋理、反射、景深、陰影等效果，從而達(dá)到渲染產(chǎn)品外觀的效果。? 只有在三維的CAD設(shè)計(jì)中，才可能建立進(jìn)行有限元分析的原始基本數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。用三維模型在裝配狀態(tài)下進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，可避免實(shí)際的干涉現(xiàn)象起到事半功倍的作用。凡此種種，二維的繪圖設(shè)計(jì)只能在局部勉強(qiáng)達(dá)到。因此，采用三維設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)理念的一種變革，是CAD的真正應(yīng)用的開(kāi)始[3,4]。 3 CAD在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 三維CAD系統(tǒng)作為一種直觀、形象的設(shè)計(jì)輔助工具，可以幫助設(shè)計(jì)人員建立產(chǎn)品的三維模型。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)學(xué)方法的引入，計(jì)算機(jī)三維技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，包括建筑、機(jī)械上的工程應(yīng)用和特殊效果的設(shè)計(jì)等，尤其是在現(xiàn)代加工技術(shù)下，數(shù)控加工設(shè)備對(duì)零件的三維模型依賴(lài)越來(lái)越高，通過(guò)使用CAM軟件對(duì)零件的三維模型的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)控加工[5]。早日使用三維設(shè)計(jì)，就會(huì)及早取得經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，因?yàn)樗荂AD應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢(shì)。 隨著CAD產(chǎn)品的不斷升級(jí)更新，它的三維設(shè)計(jì)功能會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大。一方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)、外觀設(shè)計(jì)，完成后的三維實(shí)體模型圖像逼真，可用于制作產(chǎn)品樣本、宣傳樣本等；另一方面，通過(guò)進(jìn)行裝配仿真、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真來(lái)進(jìn)行尺寸干涉檢查和運(yùn)動(dòng)干涉檢查，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸的“無(wú)差錯(cuò)設(shè)計(jì)”。CAD軟件主要用來(lái)繪制工程圖，由于其強(qiáng)有力的圖形處理功能吸引了眾多的用戶使用，又由于CAD系統(tǒng)方便的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境吸引了眾多專(zhuān)業(yè)人員支開(kāi)發(fā)它，因此CAD系統(tǒng)功能將會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，使用會(huì)更加方便。 3.1 SolidWorks SolidWorks是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)。由于使用了Windows的OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks已成為全球裝機(jī)量最大、最好用的三維CAD軟件。SolidWorks擁有眾多第三方軟件供應(yīng)商的支持，可以實(shí)現(xiàn)加工、分析、逆向工程等工程應(yīng)用。同面向高端的 CATIA軟件相比，作為中端CAD軟件的SolidWorks在功能方面稍遜一籌，但已經(jīng)完全可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的所有要求，命令執(zhí)行過(guò)程更為簡(jiǎn)單直觀，擁有較高的建模效率。 3.2 Pro/ENGINEER Pro/ENGINEER是美國(guó)PTC公司開(kāi)發(fā)的 CAD/CAM軟件，在我國(guó)有較多的用戶。它采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和全參數(shù)化造型技術(shù)，為三維實(shí)體造型提供了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)。其工業(yè)設(shè)計(jì)方案可以直接讀取內(nèi)部的零件和裝配文件，當(dāng)原始造型被修改后，具有自動(dòng)更新的功能。其CAM功能，提供了最佳加工路徑控制和創(chuàng)建智能化加工路徑的功能，允許數(shù)控編程人員控制整體的加工路徑直到最細(xì)節(jié)的部分。該軟件還支持高速加工和多軸加工，帶有多種圖形文件接口。 4 小結(jié) 三維CAD系統(tǒng)是技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有效輔助工具，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最終出路，這是無(wú)法回避的。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，氣瓶越來(lái)越多的被使用在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)生活中。能夠運(yùn)用三維CAD設(shè)計(jì)一種安全、低成本、使用壽命長(zhǎng)的氣瓶以滿足應(yīng)用需求，將有助于我們?cè)诮窈蟮墓ぷ鲘徫簧细斓赝度牍ぷ髦?，因此本課題的設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)際意義。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 張潔. 國(guó)內(nèi)復(fù)合材料氣瓶發(fā)展及氣瓶標(biāo)準(zhǔn)概況[J]. 纖維復(fù)合材料，2007，(3)：39～43. 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In modern manufacturing enterprises, most people adopt computer aided design to design the products, including the gas cylinder industry which belonged to the sun-rise industry. It will become more and more popular to apply the computer aided design software to design the safe, low cost and long lifetime gas cylinder. In this paper, Solidworks is used as a design tool, a real gas cylinder named M200A is designed. At the same time, the author takes the domestic and foreign references, as well as all kinds of cylinder structures for references. At last, the design ideas of the gas cylinder is summed up and the design of M1000A is completed. Keywords Gas cylinder Three dimensional design Craftwork 目錄 1 引言 1 1.1 三維設(shè)計(jì)的意義與作用 1 1.2 CAD在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 2 1.3 國(guó)內(nèi)外氣瓶的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4 本文主要工作 3 2 M1000A氣瓶的總體設(shè)計(jì) 4 2.1 幾種氣瓶結(jié)構(gòu)性能簡(jiǎn)介 4 2.2 M1000A氣瓶的總體方案 5 2.3 氣瓶的整體造型 8 3 氣瓶的三維造型 9 3.1 Solidworks軟件 9 3.2 M1000A氣瓶零件的三維造型 9 3.3 M1000A氣瓶的工程圖 14 4 M1000A氣瓶的裝配 16 4.1 裝配方法 16 4.2 裝配體爆炸視圖 19 4.3 氣瓶工藝 20 結(jié)束語(yǔ) 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24