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摘要：机床设计中采用CAD，可以提高工作效率和设计成功率，不但缩短试制周期，而且还降低设计成本。文章针对CAD技术在机床设计中的应用进行了阐述和分析。
关键词：数控机床；CAD设计；发展应用
中图分类号：TP317 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 10-0000-01
The Application of CAD in Machine Tools Design
Huang Yuanyuan,Wang Haimei
(Shenyang Machine Tool Co.ltd.the First Machine Tool Factory,Shenyang110142,China)
Abstract:With the adoption of CAD in machine tool design,the working efficiency and success rate can increase and the trial period can be shortened and cost can be lowered.The paper explains and analyzes the application of CAD in machine tool design.
Keywords:Digital machine tool;CAD design;Developing application
计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad系统已大量涌现，而且呈上升趋势。
一、CAD系统的总体描述
（一）工作模式
CAD系统的工作模式主要取决于所设计的对象的定型程度。目前用于机械产品设计的CAD工作模式有如下三类：（1）检索型CAD系统适用于产品系列化、标准化、通用化和模块化程度很好的产品，如：泵、阀，电机等大批生产的定型产品以及模块化程度很高的通用机床和组合机床等产品的设计。设计过程主要根据工况和性能要求选择合理的结构和相关的参数。（2）试行型CAD系统适用于产品的系列化和模块化程度虽还不很完善，但其结构已比较成熟的产品设计。在设计过程中，仅需对已有的结构作部分变动、修改或更新。例如根据已有的基型机床进行变型设计就可采用这种工作摸式。（3）交互型CAD系统主要用于新技术刚刚进入工程应用阶段的研制品设计，或者根据市场的需要，采用新颖结构的产品设计。实际上，CAD工作模式除了单一地应用上述某一种模式外，还有采用上述两种或三种工作模式的组合。
（二）系统的流程
CAD是属于自动化设计的范畴，它对设计信息的处理和加工采用计算机的有效管理和高度共享。因此，CAD系统在工作性质上和应用技术上都与传统的手工设计有很大的不同。但是在设计的流程方面，经过研究，CAD设计过程仍沿用手工的设计过程。这是因为现行的机床产品设计过程已经过长期实践考验，是一个比较严格地符合设计方法学的过程，故而它在逻辑上可以作为制订CAD系统流程的依据。
（三）系统的功能
CAD系统的开发内容包括：工程绘图技术、数据库建模、理论计算分析和数据测试等多方面的综合研究，从而建立了一个以数据库和图形库为中心，以试验分析、设计经验和知识为基础，以现行手工设计流程为线索，并以混合型工作模式的数控机床计算机辅助设计和工程分析一体化（CAD／CAE）系统。这里强调开发CAD／CAE一体化的设计系统，其目的在于使高效和高质量的绘图与优化设计紧密结合，确保所设计的产品性能和更好地提高设计效率。如用CAD设计基型机床，可提高效率30-40%，若用CAD／CAE一体化系统时，由于使绘图几何信息和结梅构思信息的集成和共享，可提高效率100-150%。
二、机床整机建模与性能分析
机床的静、动态性能直接影响机床的加工精度、切削效率和自动化工作的可靠性。为了减少制造样机所耗费的时间与资金，需发展一种有效的算法，以便在图纸设计阶段就能对机床整机性能做出符台实际的预测，并能提出改进方向，还可在短时间内做出多种设计方案的比较，可靠地设计出所需的机床，实现优化设计的目标。为此，须开发出适合于机床整机结构设计计算的大型有限元程序。
（一）整机建摸的技术关键
目前，尽管国内外已有不少成熟的大型有限元程序，但用来计算分析机床，还存在两个主要技术关键：其一、机床台有多个固定结合面和相对可动结台面，若不考虑这些结合面参数，就难以建立起机床整机的精确模型，而有限元本身解决不了结合面参数问题。其二、一台机床具有多个基础构件，共有限元的节点数以千计，若不发展新的算法，以节省计算机内存，势必耗时耗资过多。只有采用静、动态凝聚技术、模态综台法和动态子结构法等方法来解决。另外，要成为一个完善而又实用的结构分桥软件，还应具有结构薄弱环节识别、结构参数优化改进等功能。针对上述关键，我们研究开发了适用于机床整机结构静、动态特性分析和结构参数优化的软件系统，简称为AMTPOS软件系统。
（二）AMTPOS软件系统的功能
前后置处理是任何完整的有限元软伴所必备的AMTPOS软件系统中的前置，主要是人机对话输入有限单元的节点坐标、单元组成、材料和主副自由度等信息；也可用编辑数据文件的形式输入上述信息，为有限元的主俸计算打下基础。而后置处理主要是一些图表的输出和振型的动画显示。
三、结束语
计算机的发展及软件业的发展推动着计算机辅助设计软件的不断改进。CAD／CAM技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展，在数控机床上的运用越来越广泛，以PC技术为基础的DNC开放式系统成为软件的发展方向，而且在这个网络无所不渗透的时代，CAD／CAM的技术也在网络化发展，借助Pc技术可以方便的实现网络化通讯，可以高效地满足生产的需求。比如在高校的实验室，实验设备的网络共享是极为迫切的，利用网络技术与CAD／CAM技术的结合，建立CAD／CAM设计一代码传输一机床执行一网络监控整条流程的共享，可实现全部师生共用几台甚至一台数控机床，充分利用设备，大大节省了资金和时间。
参考文献：
[1]张跃峰,陈通.AutoCAD2000入门与精通[M].北京:清华大学出版社,2010
[21余世林,朱国宝.通用型数控自动编程系统的研究[J].武汉理工大学学报,2008,5:25-727
[3]程筱胜,刘壮.Cad／Cam集成系统中切割自动编程技术研究[J]．计算机辅助工程,2006,5(3):6-11
[4]范炳炎.数控加工程序编制[M].北京:航空工业出版社,2007
[5]孟钊亮.AutoCAD在数控自动编程中的应用[J].现代制造工程,2009,10:25-27
关键词：数控机床；CAD设计；发展应用
中图分类号：TP317 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 10-0000-01
The Application of CAD in Machine Tools Design
Huang Yuanyuan,Wang Haimei
(Shenyang Machine Tool Co.ltd.the First Machine Tool Factory,Shenyang110142,China)
Abstract:With the adoption of CAD in machine tool design,the working efficiency and success rate can increase and the trial period can be shortened and cost can be lowered.The paper explains and analyzes the application of CAD in machine tool design.
Keywords:Digital machine tool;CAD design;Developing application
计算机辅助设计（CAD-Computer Aided Design）利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad系统已大量涌现，而且呈上升趋势。
一、CAD系统的总体描述
（一）工作模式
CAD系统的工作模式主要取决于所设计的对象的定型程度。目前用于机械产品设计的CAD工作模式有如下三类：（1）检索型CAD系统适用于产品系列化、标准化、通用化和模块化程度很好的产品，如：泵、阀，电机等大批生产的定型产品以及模块化程度很高的通用机床和组合机床等产品的设计。设计过程主要根据工况和性能要求选择合理的结构和相关的参数。（2）试行型CAD系统适用于产品的系列化和模块化程度虽还不很完善，但其结构已比较成熟的产品设计。在设计过程中，仅需对已有的结构作部分变动、修改或更新。例如根据已有的基型机床进行变型设计就可采用这种工作摸式。（3）交互型CAD系统主要用于新技术刚刚进入工程应用阶段的研制品设计，或者根据市场的需要，采用新颖结构的产品设计。实际上，CAD工作模式除了单一地应用上述某一种模式外，还有采用上述两种或三种工作模式的组合。
（二）系统的流程
CAD是属于自动化设计的范畴，它对设计信息的处理和加工采用计算机的有效管理和高度共享。因此，CAD系统在工作性质上和应用技术上都与传统的手工设计有很大的不同。但是在设计的流程方面，经过研究，CAD设计过程仍沿用手工的设计过程。这是因为现行的机床产品设计过程已经过长期实践考验，是一个比较严格地符合设计方法学的过程，故而它在逻辑上可以作为制订CAD系统流程的依据。
（三）系统的功能
CAD系统的开发内容包括：工程绘图技术、数据库建模、理论计算分析和数据测试等多方面的综合研究，从而建立了一个以数据库和图形库为中心，以试验分析、设计经验和知识为基础，以现行手工设计流程为线索，并以混合型工作模式的数控机床计算机辅助设计和工程分析一体化（CAD／CAE）系统。这里强调开发CAD／CAE一体化的设计系统，其目的在于使高效和高质量的绘图与优化设计紧密结合，确保所设计的产品性能和更好地提高设计效率。如用CAD设计基型机床，可提高效率30-40%，若用CAD／CAE一体化系统时，由于使绘图几何信息和结梅构思信息的集成和共享，可提高效率100-150%。
二、机床整机建模与性能分析
机床的静、动态性能直接影响机床的加工精度、切削效率和自动化工作的可靠性。为了减少制造样机所耗费的时间与资金，需发展一种有效的算法，以便在图纸设计阶段就能对机床整机性能做出符台实际的预测，并能提出改进方向，还可在短时间内做出多种设计方案的比较，可靠地设计出所需的机床，实现优化设计的目标。为此，须开发出适合于机床整机结构设计计算的大型有限元程序。
（一）整机建摸的技术关键
目前，尽管国内外已有不少成熟的大型有限元程序，但用来计算分析机床，还存在两个主要技术关键：其一、机床台有多个固定结合面和相对可动结台面，若不考虑这些结合面参数，就难以建立起机床整机的精确模型，而有限元本身解决不了结合面参数问题。其二、一台机床具有多个基础构件，共有限元的节点数以千计，若不发展新的算法，以节省计算机内存，势必耗时耗资过多。只有采用静、动态凝聚技术、模态综台法和动态子结构法等方法来解决。另外，要成为一个完善而又实用的结构分桥软件，还应具有结构薄弱环节识别、结构参数优化改进等功能。针对上述关键，我们研究开发了适用于机床整机结构静、动态特性分析和结构参数优化的软件系统，简称为AMTPOS软件系统。
（二）AMTPOS软件系统的功能
前后置处理是任何完整的有限元软伴所必备的AMTPOS软件系统中的前置，主要是人机对话输入有限单元的节点坐标、单元组成、材料和主副自由度等信息；也可用编辑数据文件的形式输入上述信息，为有限元的主俸计算打下基础。而后置处理主要是一些图表的输出和振型的动画显示。
三、结束语
计算机的发展及软件业的发展推动着计算机辅助设计软件的不断改进。CAD／CAM技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展，在数控机床上的运用越来越广泛，以PC技术为基础的DNC开放式系统成为软件的发展方向，而且在这个网络无所不渗透的时代，CAD／CAM的技术也在网络化发展，借助Pc技术可以方便的实现网络化通讯，可以高效地满足生产的需求。比如在高校的实验室，实验设备的网络共享是极为迫切的，利用网络技术与CAD／CAM技术的结合，建立CAD／CAM设计一代码传输一机床执行一网络监控整条流程的共享，可实现全部师生共用几台甚至一台数控机床，充分利用设备，大大节省了资金和时间。
参考文献：
[1]张跃峰,陈通.AutoCAD2000入门与精通[M].北京:清华大学出版社,2010
[21余世林,朱国宝.通用型数控自动编程系统的研究[J].武汉理工大学学报,2008,5:25-727
[3]程筱胜,刘壮.Cad／Cam集成系统中切割自动编程技术研究[J]．计算机辅助工程,2006,5(3):6-11
[4]范炳炎.数控加工程序编制[M].北京:航空工业出版社,2007
[5]孟钊亮.AutoCAD在数控自动编程中的应用[J].现代制造工程,2009,10:25-27