详细介绍:
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1 组合机床CAD系统的现状分析
CAD技术从二维绘图起步,在短短的二三十年内,经历了三维线框、曲面造型、实体造型和现今广泛使用的特征造型几个阶段,取得了丰硕的成果。然而,这些技术都是围绕零件的详细设计而发展起来的。随着市场竞争的日益激烈,对产品设计自动化的要求越来越高,除了产品的详细设计、工程绘图之外,还必须支持产品的方案设计、初步设计等早期设计过程。与产品的详细设计相比较,CAD技术在产品早期设计阶段的应用还很薄弱,其主要原因是这阶段的信息抽象层次比较高,不易形式化,难以被计算机处理。
方案设计是组合机床设计的第一步,它是零部件设计和制造装配的重要基础。方案设计的优劣直接影响机床的设计质量和生产成本。近年来,人们在组合机床CAD方面做了不少工作,相继推出了多个组合机床CAD系统[1]~[3]。这些系统的面市,实现了组合机床设计的部分自动化,促进了组合机床行业的技术进步。然而,这些系统均未能很好地解决组合机床方案设计问题,如文献[1][2]向用户提供了一套较为完备的组合机床通用件、标准件图形库和人机交互界面,借助于该系统可方便地绘制组合机床方案设计所需的三图一卡,但不能支持方案设计过程,根据其功能仅能算是一个组合机床绘图系统;文献[3]能够支持方案设计过程,用户可根据系统导航完成组合机床的方案设计,并能自动生成输出方案设计结果(即三图一卡),但该系统是基于传统设计模型,依赖于结构化程序设计方法所建立的,限制了系统功能的扩展和维护,不能向用户提供扩展接口,难以适应当今组合机床日益多变的设计要求。
2 方案设计对CAD系统的要求
组合机床方案设计属于产品早期的概念设计阶段,在此设计阶段所涉及的信息类型多,包括机床的加工工艺、选用刀具、结构形式、导向类型、机床夹具等多方面信息。所有这些信息抽象层次高,因为此时还没有机床具体体形概念,没有零部件的规格形状,仅有的只是该机床所需完成的功能要求。组合机床方案设计就是一种从功能需求出发所进行的机床结构配置、刀具选择、确定支撑导向和夹具形式的设计过程。为此,它要求CAD系统除了具有常规的详细设计功能之外,还必须具备:
支持产品自上而下的设计过程。首先从机床总体结构出发,根据所设计机床的功能要求,确定机床的基本配置和组成,确定零部件之间的装配关系,建立机床概念模型。
能对设计模型进行分解。根据总体装配关系和约束,形成对零部件设计的具体约束条件,支持对下游的设计、制造和装配等并行工作的需求。
便于系统功能扩展,以适应组合机床日益多变的需要。
满足上述设计要求的关键,在于建立一个能够描述产品功能、装配关系、参数约束的装配模型,以及这种模型在产品设计过程中的运行机制。
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