三维软件在机械加工中的应用

方 芳

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)



三维软件在机械加工中的应用

方 芳

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)

较之二维技术，三维技术具有十分明显的优越性。建立与模型参数相关的三维模型加工方案，可有效提高加工效率，保证最终的加工质量。在机械加工过程中，积极使用各种三维软件，可加入设计者的思想，增强设计的自由性，提高加工质量。通过分析UG软件在三维机械加工工艺设计中的应用，探讨CAD三维软件技术对机械设计产生的影响及CAE软件的应用。

三维软件；机械加工；应用

1 三维技术概述

较之二维CAD、CAPP系统，三维CAD(计算机辅助设计)软件具有形象直观、设计变更容易、设计效率高等优势，传统二维CAD设计正快速迈进三维CAD时代，全三维CAD正逐步成为设计软件的主流。三维CAD技术具有多重强大的功能，包括三维模拟建模及仿真分析等，具有诸多应用优势。例如，较强的易操作性及较高的设计速度等，可有效提高实际机械加工效率，为工程设计人员节省更多的时间。

2 UG软件在三维机械加工工艺设计中的应用分析

2.1 UG软件模块

UG软件包含多个功能各异的模块，有CAD模块、CAM模块、CAE模块和其他模块等，不同的模块具有各自独特的功能和作用。其中，CAD模块包括建模模块和外观造型设计模块、装配模块、工程绘图模块等。而CAM模块则可以按照已经构建完毕的三维模型生成相应的数控代码，以更好地指导实际的机械产品加工过程。CAE模块涉及加工过程中的分析及仿真等内容，在保证加工质量方面具有十分重要的作用。另外还包括一些专用模块，例如注塑模向导模块等，可以满足不同加工的特殊需要。

2.2 UG软件在机械加工中的应用

第一，将传统的用二维工序图传达加工信息的方式转换为使用三维实体模型传达。在利用UG软件进行机械加工时，可以改变二维加工信息传达方式，利用三维实体模型进行表达。利用三维技术，对机械加工不同工序的内容予以细化，利用一定的表达方式，将机械加工相关工艺信息在三维环境中充分展示出来，从而有效保证零件设计与工艺设计的同步性，帮助工作人员清晰直观地了解加工情况。

第二，快速输出机械加工工艺卡片。工艺过程卡片的单位是工序，通过卡片可以对模具或零部件的加工(或装配)过程予以简要说明。将工艺文件的内容填入一定格式的卡片，简要列出整个零件加工经过的工艺路线。工艺过程卡片的内容十分简单，从中可以基本了解整个零件的工艺流程及相应的加工方案等。在利用UG软件进行机械加工时，可以实现机械加工工艺卡的快速输出，帮助人们更好地掌握零件加工流程。

第三，NC程序编制或数控加工数据生成。数控编程(NC programming) 指的是制备数控加工程序的过程，NC程序的正确性和合理性会对各种机械产品的加工过程及最终加工质量产生极大的影响。以往生成NC程序时，大多采用手动生成方式，且需要较长时间的程序验证。通过三维软件，可以快速生成NC程式，提高加工效率，且生产过程更灵活、自由、多样化，可以更好地满足人们的需求。

第四，运动模拟仿真动画。以往在生成NC程式后，为了验证其准确性等，大多需要进行机床空运行等，需要耗费较长的时间，整体效率较低。而如果采取有效方式对NC程序仿真，通过图形方式，计算机屏幕上模拟出NC的实际加工过程，可以更好地检查整个程序，及时发现其中存在的错误，积极进行修改，从而保证机械加工的效率和质量。通过三维模拟仿真动画，可以直观、快速展示，提高工作效率。通过三维运动模拟仿真动画，还可以更好地展示各种机械加工产品的动态效果，模拟机械的外形、材质、零部件和内部构造，立体呈现机械的设计原理、工作过程、性能特征、使用方式等。

3 CAD三维软件技术对机械设计的影响

3.1 有利于复杂零件体积和重量计算

机械设备的重量在一定程度上决定了原材料的采购量，关系着机械制造企业生产成本的预算情况，而成本预算的准确度又影响着招投标报价的确切性，因此，在设计图纸上明确标注设备的具体重量非常重要。比如，在对一些昂贵金属设计零件的重量进行计算时，如果计算得出的重量值小于设备的实际重量，那么原材料的采购量会因为少于设备实际需要量，导致设备铸造质量无法达到产品的质量要求，造成产品报废，直接损害企业的经济利益。而在机械设计中应用CAD三维软件，利用该软件对设计零件进行实心造型，并在此基础上模拟现实产品，准确得出三维实体的质量及体积等参数，相比于以往人工列公式计算参数，CAD三维软件技术的应用能够有效提高工作效率，降低计算结果误差，为企业的生产提供了更加科学合理的理论依据。

3.2 有利于企业现场演示设计成果

企业通过参加各种产品展示会来加大产品的推销力度，展示企业实力，但是对于机械企业来说，实体产品通常要占用较大的空间，给企业参会展示活动带来了极大不便，即使可以把产品直接放在展示会场中，参观者也会无法直观看到机械的内部构造，不能充分了解产品。一些企业可能会利用录像及照片等进行产品展示，但是往往会受到现场环境、灯光等限制，极大削弱了产品宣传效果。还有一些企业不惜花费大量的精力制作缩小实体模型以供展示，但是这样企业花费的成本很高。如果将CAD三维软件技术应用到产品演示中，利用该软件绘制一个实体模型，并在计算机上进行演示，就可以让用户充分了解并接受设计产品。如果客户想要在现有产品的基础上进行改动和调整，设计工作者还可以利用CAD三维软件进一步为客户设计出使其满意的产品。对于一些结构复杂的产品部件来说，利用CAD三维软件中的三维剖视图命令，可以将产品的内部构造完全展示出来。CAD三维软件具有图像和动画功能，企业还可以将其与其他动画软件结合起来，更加形象地展示产品构造，进一步提高产品的推广和营销效果。

3.3 缩短开发周期，提高产品设计效果

随着CAD三维软件技术在机械设计行业中的普及，在提高机械设计效率的同时，缩短了产品的开发周期和计算机辅助制造样机的周期。另外，CAD三维软件技术辅助设计结果更具立体感，极大提高了虚拟现实的可能性，使人们置身于真实的产品模拟环境中，更加直观地检验产品性能。CAD三维软件技术还能模拟产品的具体生产工艺过程，增强机械生产计划的科学性，及时发现机械设计中存在的问题，并采取有效措施纠正错误。

4 在机械设计CAE软件中的应用

机械设计需要用到CAE软件，该软件作为一项重要的计算机辅助工程，能够进一步优化产品设计，缩短设计时间，及时发现产品设计中存在的弊端，制定出科学合理的解决方案。在机械设计中采用CAD三维软件技术将零部件的尺寸全部计算完成、确定零件造型并建好模型后，可以利用CAE软件对机械设计方案的合理性进行进一步分析，以提高零件尺寸计算的精确度，保证机械产品的设计质量，尽可能避免机械在使用过程中出现较大的磨损，从而有效延长机械的使用时间。

[1] 焦永和.机械制图[M].北京：北京理工大学出版社，2015.

[2] 南京航空航天大学.工程图学习题集[M].北京：科学出版社，2015.

[3] 大连理工大学.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2015.

[4] 杜文丰.AUTO CAD2005中文版机械制图[M].北京：北京大学出版社，2016.

[5] 郭玲文.AUTO CAD2005(中文版)实用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.

Application of 3D software in machining

FANG Fang

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science, Harbin 150001, China)

Compared with the two-dimensional technology, three-dimensional technology has a very obvious superiority. The three-dimensional model processing scheme related to the model parameters can be established, which can improve the processing efficiency and ensure the final processing quality. In the process of machining, the designer′s ideas can be integrated to enhance the freedom of design and improve processing quality. By analyzing the application of UG software in 3D machining technology design, the influence of CAD three-dimensional software technology on mechanical design and the application of CAE software are discussed.

Three-dimensional software; Machining; Application

2017-01-27

方芳(1977-)，女，工程师。

TP391.72

A

1674-8646(2017)08-0170-02