立式钻削中心主轴系统结构设计 论文编号:JX472 有设计图，论文字数:19933,页数:64 有开题报告，任务书 摘要 随着数控技术的发展，传统的立式钻床、铣床等设备并不能满足高加工精度，高加工效率，高速加工的加工要求。为此，在传统的立式钻床、铣床与新型数控机床技术的基础上，开发了以钻削为主，并兼有攻丝、铣削等功能，且备有刀库并能够自动更换刀具来对工件进行多工序加工的数控机床—钻削中心。 本文主要针对钻削中心的主轴系统进行设计。在本设计中，主轴调速取消了齿轮变速机构，而是由交流电动机来调速；主轴与电机轴之间采用多楔带传动；主轴内部刀具的自动夹紧，则采用了碟形弹簧与气压传动技术；主轴的垂直进给采用了半闭环伺服进给系统；主轴的支承采用了适应高刚度要求的轴承配置。 总之，通过对主轴系统的设计，使系统满足了钻削中心高效、高加工精度的要求。 关键词 数控技术 钻削中心 主轴系统 Abstract With the development of NC technology, the traditional vertical drilling, milling machine and other equipment and can not meet the high precision machining, Processing high-efficiency, high-speed machining Therefore, in the traditional vertical drilling machine, CNC milling machine and new technology on the basis of developing a drilling mainly, and both tapping, milling, and other functions, With cutting tool can automatically replace the multi-process workpiece machining CNC machine tools – Drilling C This paper is concerned with the drilling spindle system In this design, the spindle speed of the complete elimination of the variable speed gear, and a fully by the AC motor is to be Wedge Belt Drive is used between spindle and motor Internal spindle automatic tool clamping, the use of a disc spring with pressure transmission technology;The vertical axis feed using a semi-closed-loop servo control system; The supporting of spindle uses high stiffness requirements of the bearing In short, through the spindle system design, allowing the system to meet the drilling center efficient, high-precision processing of the Keywords NC technology Drilling Center spindle system 目录 摘要I Abstract II 第1章 绪论 1 1数控技术发展状况及发展趋势 1 1概述 1 2数控技术国内外发展现状 2 3数控系统的发展趋势 2 2 课题研究的目的与意义 5 3设计方案的确定 6 第2章 钻削中心主轴部件结构设计 7 1 主轴的结构设计 7 1主轴的基本尺寸参数的确定 7 2主轴端部结构 8 3主轴刀具自动夹紧机构 9 4主轴的验算 11 5主轴材料和热处理的选择 15 2主轴传动的设计 16 1传动方式的选择 16 2多楔带带轮的设计计算 17 3多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定 19 4传动件在主轴上的位置 20 5主轴电动机的选择 21 3主轴轴承 22 1主轴轴承的选用 22 2主轴轴承的配置 24 3滚动轴承调整和预紧方法 24 4主轴轴承的润滑 25 4碟形弹簧的计算 27 1钻削力分析 27 2碟形弹簧设计计算 29 3碟形弹簧的校核 31 5气缸的设计计算 33 1气缸的结构设计 33 2气动回路的选择 37 第3章 主轴进给系统的设计 39 1 概述 39 1伺服进给系统的组成 39 2伺服进给系统的类型 39 2 进给系统设计计算 41 1主要参数的设定 41 2切削力的估算 41 3滚珠丝杠副设计计算 42 4丝杠的校核 45 5选伺服系统和检测装置 47 6伺服电机计算 47 结论49 致谢50 参考文献 51 附录1 52 附录2 57 以上回答来自: -6/htm
我帮你写即可。实验结果应高度归纳，精心分析，合乎逻辑地铺述。应该去粗取精，去伪存真，但不能因不符合自己的意图而主观取舍，更不能弄虚作假。只有在技术不熟练或仪器不稳定时期所得的数据、在技术故障或操作错误时所得的数据和不符合实验条件时所得的数据才能废弃不用。而且必须在发现问题当时就在原始记录上注明原因，不能在总结处理时因不合常态而任意剔除。废弃这类数据时应将在同样条件下、同一时期的实验数据一并废弃，不能只废弃不合己意者。实验结果的整理应紧扣主题，删繁就简，有些数据不一定适合于这一篇论文，可留作它用，不要硬行拼凑到一篇论文中。论文行文应尽量采用专业术语。能用表的不要用图，可以不用图表的最好不要用图表，以免多占篇幅，增加排版困难。文、表、图互不重复。实验中的偶然现象和意外变故等特殊情况应作必要的交代，不要随意丢弃。
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前言第一篇 机械设计概述第1章 绪论1·1 机械的组成1·2 本课程的研究内容及性质第2章 机械设计概述2·1 机械设计的基本要求2·2 机械设计的一般程序2·3 现代机械设计方法综述第二篇 机构系统设计理论第3章 机构的组成与分类3·1 机构的组成与运动简图3·2 平面机构的自由度计算及其具有确定运动的条件3·3 平面机构的高副低代法3·4 平面机构的分类、结构分析与组成原理习题第4章 常用典型机构4·1 平面连杆机构4·2 凸轮机构4·3 齿轮机构4·4 轮系机构4·5 间歇运动机构4·6 其他常用机构4·7 广义机构习题第5章 机构系统设计5·1 执行机构的运动规律与工艺动作5·2 机构选型5·3 机构的创新设计5·4 机构系统的创新设计方法5·5 执行机构的运动协调设计与运动循环图5·6 机械运动方案设计习题第6章 机构动力学6·1 平面机构力分析简介6·2 机械系统的动力学模型6·3 机械系统的运动方程及其求解6·4 机械系统的速度波动及其调节6·5 机械的平衡习题第7章 机构分析与综合中常用的数学方法及应用7·1 复数矢量法7·2 直角坐标矢量法7·3 坐标变换法7·4 矩阵法习题第三篇 机械零件设计概述第8章 机械零件设计的基本要求及步骤8·1 机械零件设计的基本要求8·2 机械零件的一般设计步骤8·3 机械零、部件的标准化、系列化和通用化第9章 机械零件常用材料和结构工艺性9·1 机械零件常用材料9·2 材料选择的基本原则9·3 机械零件的结构工艺性第10章 机械零件的强度设计10·1 机械零件的强度10·2 材料的疲劳曲线、材料及零件的极限应力线图、零件极限应力的确定10·3 稳定变应力时塑性材料零件的强度设计10·4 非稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算10·5 机械零件的表面强度计算10·6 提高机械零件强度的若干措施10·7 附表习题第四篇 连接设计第11章 螺纹连接11·1 概述11·2 螺纹连接的基本类型和螺纹连接件11·3 螺纹连接的预紧和防松11·4 单个螺栓连接的强度计算11·5 螺栓组连接的设计11·6 提高螺栓组连接强度的措施习题第12章 键、花键、销及型面连接12·1 键连接12·2 花键连接12·3 销连接12·4 型面连接习题第13章 过盈连接13·1 概述13·2 圆柱面过盈连接的设计计算习题第14章 铆接、焊接和胶接14·1 铆接14·2 焊连接14·3 胶连接习题第五篇 机械传动设计第15章 齿轮传动15·1 概述15·2 主要参数、几何计算和制造精度15·3 受载分析及应力分析15·4 轮齿失效形式和承载能力计算准则15·5 齿轮常用材料和许用应力15·6 直齿圆柱齿轮传动的承载能力计算15·7 斜齿圆柱齿轮传动的承载能力计算15·8 直齿圆锥齿轮传动的承载能力计算15·9 齿轮结构设计15·10 齿轮传动的润滑第16章 蜗杆传动16·1 概述16·2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算16·3 蜗杆传动的效率、自锁和润滑16·4 受力分析、失效形式和计算准则16·5 材料、许用应力和制造精度16·6 工作能力计算16·7 蜗杆和蜗轮的结构第17章 带传动17·1 概述17·2 普通V带、V带轮、普通V带传动的几何计算17·3 普通V带传动的工作能力分析及计算17·4 普通V带传动的设计17·5 其他带传动简介第18章 链传动18·1 概述18·2 传动链的结构、规格和材料18·3 链轮18·4 链传动的运动特性18·5 链的受力、失效和许用功率18·6 滚子链传动主要参数的确定18·7 链传动的布置、张紧和润滑18·8 A系列滚子链传动的设计第19章 螺旋传动19·1 概述19·2 螺旋传动的运动关系19·3 螺旋传动的失效和材料19·4 螺旋传动的计算19·5 滚动螺旋传动简介第六篇 轴系零、部件第20章 轴20·1 概述20·2 轴的材料20·3 轴的概略计算20·4 轴的结构设计20·5 轴的强度校验计算20·6 轴的刚度校验计算20·7 轴的振动计算习题第21章 滑动轴承21·1 概述21·2 滑动轴承的主要类型和结构21·3 滑动轴承的材料21·4 润滑剂和润滑方法21·5 不完全液体摩擦滑动轴承的设计21·6 动压滑动轴承动压油膜形成原理和压力分布方程21·7 动压径向滑动轴承的设计21·8 其他滑动轴承简介习题第22章 滚动轴承22·1 滚动轴承的构造与特点22·2 滚动轴承的分类、代号及其特点22·3 滚动轴承类型及结构型式选择22·4 载荷及应力分析、工作载荷的确定22·5 主要失效形式和计算准则22·6 额定寿命和额定动载荷计算22·7 静载荷计算22·8 滚动轴承装置设计22·9 附录 常用滚动轴承尺寸和主要性能参数习题第23章 联轴器、离合器与制动器23·1 联轴器23·2 离合器23·3 制动器习题第七篇 其他零件第24章 弹簧24·1 弹簧的功能及类型24·2 弹簧的制造、材料和许用应力24·3 圆柱螺旋拉伸、压缩螺旋弹簧的结构及特性曲线24·4 圆柱拉伸、压缩螺旋弹簧的设计计算24·5 圆柱扭转弹簧的设计24·6 其他弹簧简介习题第25章 机架和箱体25·1 概述25·2 机架、箱体的材料及制造25·3 机架、箱体截面形状及肋板的选择设计25·4 机架、箱体的壁厚选择参考文献
第一章 绪论第一节 包装机械的概念和作用一、包装机械的概念二、包装机械的作用第二节 包装机械的特点及发展方向一、包装机械的特点二、包装机械的发展方向第三节 包装机械的组成第四节 包装机械的分类与型号编制一、包装机械的分类二、包装机械型号编制方法思考题第二章 总体方案设计第一节 包装机械设计的一般过程一、总体设计阶段二、技术设计阶段三、审核鉴定第二节 总体方案设计的基本内容一、确定功能与应用范围二、工艺分析三、总体布局四、编制工作循环图五、拟定主要技术参数第三节 总体方案设计举例思考题第三章 袋装机械第一节 概述一、包装袋的基本形式和特点二、典型袋装机的结构及工作原理第二节 袋成型器的设计一、概述二、成型器的设计第三节 计量装置一、计量方法二、典型计量装置第四节 封袋方法及封袋机构一、封袋方法二、纵封器三、横封器第五节 切断装置一、热切机构二、冷切机构第六节 牵引，供袋，开袋装置一、料袋牵引装置二、供袋、开袋装置思考题第四章 灌装机械第一节 概述一、基本概念二、灌装机的分类第二节 灌装与定量方法一、灌装方法二、定量方法第三节 灌装机的主要结构及工作原理一、供料装置二、供瓶机构三、托瓶升降机构四、灌装瓶高度调节 机构五、灌装阀的结构及工作原理第四节 灌装阀的设计一、灌装阀设计的一般步骤二、灌装阀流道的工艺计算思考题第五章 封口机械第一节 概述第二节 玻璃瓶封口机一、压盖封口机结构原理二、旋盖封口机结构原理三、滚压螺纹封口机结构原理四、滚边封口机的结构原理第三节 金属容器封口机一、卷边的形成过程二、卷边滚轮的运动分析三、卷封机构的结构四、圆形罐卷封机构的运动设计五、卷边滚轮径向进给距离的调整思考题第六章 裹包机械第一节 概述一、几种典型的裹包方式二、裹包的特点三、裹包机械的分类第二节 典型裹包机械基本原理一、折叠式裹包机二、接缝式裹包机三、扭结式裹包机第三节 卷筒材料供送装置一、间歇供送定位切断二、连续供送定位切断第四节 裹包执行机构设计一、执行构件作无停留往复摆动二、执行构件作无停留的往复移动三、执行构件作有停留的往复移动第五节 应用举例一、条盒透明纸裹包机的组成及工作原理二、传动系统三、机器的主要机构思考题第七章 贴标机械第一节 概述一、贴标机械的分类二、贴标的基本工艺过程三、标签的粘贴方式四、国家标准对贴标机的主要要求第二节 贴标机的主要机构与工作原理一、供标装置二、取标装置三、打印装置四、涂胶装置五、联锁装置第三节 常见粘合贴标机一、直线式真空转鼓贴标机二、回转式贴标机三、压式贴标机四、滚动式贴标机五、龙门式贴标机六、多标盒转鼓贴标机七、压盖贴标机八、压敏胶标签贴标机九、收缩膜套标签机十、RG型不干胶自动贴标机第四节 贴标机的设计与计算问题一、真空转鼓的吸力计算二、搓滚输送装置的设计问题三、贴标机的运动计算四、贴标机的功率计算第五节 贴标机的设计实例一、高速全自动回转式贴标机的设计二、小型异形瓶不干胶自动贴标机思考题第八章 装盒与装箱机械第一节 概述第二节 纸盒的种类及装盒机械的选用一、纸盒的种类及选用二、装盒机械的选用第三节 装盒机械及工艺路线一、充填式装盒机械二、裹包式装盒机械第四节 装盒机械典型工作机构一、纸盒撑开及成型机构二、装盒机主传送系统三、推料机构四、说明书输送机构五、封盒装置第五节 瓦楞纸箱及装箱机械的选用一、瓦楞纸箱的特性及纸箱箱型结构的基本形式二、通用瓦楞纸箱的技术标准三、装箱方法分类四、瓦楞纸箱和装箱设备的选用第六节 装箱机械典型工作机构一、开箱装置二、产品排列集积装置三、装箱装置四、封箱装置思考题第九章 其他包装机械第一节 概述第二节 捆扎机械一、概述二、捆扎机三、捆结机第三节 热成型包装机一、概述二、全自动热成型包装机包装工艺流程及特点三、全自动热成型包装机工作原理四、全自动热成型包装机总体结构及设计原理第四节 热收缩包装设备一、概述二、热收缩包装材料的基本性能三、典型的热收缩包装设备第五节 真空与充气包装机械一、概述二、操作台式真空充气包装机三、输送带式真空充气包装机四、主要参数的计算及选择第六节 贴体包装机一、概述二、贴体包装流程三、典型的贴体包装机结构及技术参数第七节 包装生产线一、概述二、工艺路线与设备布局三、包装生产线的生产能力及缓冲系统设计四、包装自动线部分辅助装置的结构五、典型包装自动生产线思考题参考文献
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性计算或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人―机―环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。 二、创新思维机械零部件的设计思想 机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。 （一）运用创造思维设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。 （二）运用发散思维发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。 （三）运用创新思维创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。 三、科学的进行机械零部件设计 （一）把握机械零部件设计的主要内容机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。 （二）严格计算机械零部件的失效形式机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。 （三）正确选择机械零部件表面粗糙度表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，全面衡量零部件的表面功能和工艺经济性，才能作出合理的选择。 （四）全面优化机械零部件设计方法要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。（
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机械创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。目前创新设计方法研究虽然已取得一些成果，但创新学还处于发展初期，各种不同理论及工具不断涌现，远没有形成普遍可以接受的统一的理论体系。本文认为，要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决，这就要求知识获取工具紧密集成到设计过程中，因此要统一研究知识获取工具与设计系统。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的，因此设计系统必需符合创新设计思维规律。创新设计思维规律应作为算机辅助创新设计系统的理论基础。基于上述考虑，本文从创新设计思维的研究出发，融合知识获取方法，研究创新设计理论，进而开发机械产品创新设计系统。1 机械创新设计思维规律我们常把思维的过程称为“思路”，是因为可用路径问题来说明人类思维过程。本文提出两个机械创新设计思维原则：一是最短路径原则。设计者得到产品的功能要求后，往往首先检索出最佳设计实例，这样可以最迅速接近目标，然后运用价值工程方法，找出价值较低的极少数组件作为研究对象，再分析所得对象存在的矛盾，尝试作最小变动以解决矛盾，如矛盾没有解决则拟作更大变动或扩大研究对象范围，最后得出最优结果。通过这样途径所消耗的能量最少，体现了最短路径原则。二是相似性联想。汤川秀树的定同理论认为，联想能力就是找出事物彼此相似性的创造力，相似性是指事物间的内在联系。要用计算机系统来辅助设计师从自然界中发现形态各异的事物的相似性是很困难的，因此本文只研究从机械产品实例中挖掘相似性，以促进机械创新设计。机械设计过程是从功能要求到作用原理，再到物理结构的映射过程[1]。在CBR系统中，功能要求、作用原理与物理结构可作为实例索引，因此可统称它们为索引项目。同一索引的不同类索引项目之间的联想可称为纵向联想，而不同索引的同类索引的联想可称为横向联想。判断联想是否合理的依据是相似性，相似性由已有产品实例确定。比如，“超声波研磨机产品实例”使“超声波振动”作用原理与“研磨”功能要求纵向地产生了内在联系；又如，多种产品实例可满足同一功能要求，那么它们用于实现该功能的作用原理及物理结构具有相似性。功能要求是联想的起点，经验丰富的设计师通常记忆有大量的设计实例，因而掌握纵向及横向相似性，所以能迅速地进行横向及纵向的联想，能触类旁通，得出具有相似作用原理及物理结构的实例（简称相似实例）并进行组合优化，最后得到最优解。 这两项原则已被多种设计方法不自觉地采用了，基于实例推理不但能迅速接近最优解，体现最短路径原则；物场分析法（简称TRIZ）分析了上百万设计实例，确定功能要求与作用原理及物理载体的内在联系，以及不同作用原理或物理载体的可替代关系，使设计师可根据功能要求找到适当的作用原理及物理载体，体现相似性联想原则。2 计算机辅助创新设计系统 两项创新设计思维原则充分体现在计算机辅助创新设计系统的设计中，系统还利用了多种创新设计方法及人工智能技术。计算机辅助创新设计系统的流程如图1所示，它包含如下关键技术： 1 实例检索 利用基于实例推理（CBR）技术时首先要深入研究它的优缺点。CBR是一种以实例为知识载体的知识供应方法。当前它仍有如下不足：首先，系统为了达到实用通常建立庞大的实例库，这导致管理困难，系统运行效率低；其次，通过检索得到的只是一个或很少实例，而其它不符合检索要求但含有适用知识的实例没有利用，支持创新的力度不够；最后，实例调整严重依赖领域知识，难度大，所以很多CBR系统简化为实例检索系统[2]。导致这三项缺点的深层原因是实例是独立的，不同实例所蕴含的知识难以组合利用。为了克服这个矛盾本文提出通过相似性联想找出相似实例，并利用遗传算法进行组合优化，实现实例知识的重用。本系统的实例检索功能用商品化PDM系统IMAN中的产品结构与配置管理功能及搜索功能来实现，实例的可视化表示与管理依靠IMAN的产品结构树功能实现。2可视化的实例模型表达及矛盾分析概念设计技术的发展方向为研究一种统一的设计方案表达方法[3]。文献[4]对日本学者吉川弘之提出的FBS图进行扩充，使用两个框架分别描述一个设计方案的功能层次与结构层次，并存储功能单元与结构单元的对应关系，使计算机理解产品的结构及其功能。这种方法的缺点是结构与功能的关系不够直观，因此本系统在功能层次图与结构层次图的基础上增加功能关系图，以语义网络的方式描述结构及之间的作用关系，使结构与功能处于同一张图中，设计者可直观地理解产品原理，根据功能关系图并运用价值工程方法分析实例存在的矛盾。实现创新的关键是正确分析产品中所存在的矛盾[5]。产品设计中的基本矛盾是产品功能成本比不能满足用户要求，它有两种表现形式，一是未能实现某些产品功能质量目标；二是某些功能质量得到改善而某些功能质量却恶化。矛盾分析结果用于指导新作用原理、新物理结构的联想，进而找出相似实例。3基于WEB的创新设计知识库本系统的创新设计知识库包括作用原理库、物理结构库与实例库。当系统根据相似性搜索到新作用原理或物理结构后，相应的实例自动调出。作用原理库与物理结构库的开发借鉴了TRIZ的成果，再针对机械领域补充整理出二百四十余种作用原理（其中包括五十余种基本措施）。在每种作用原理下分别存储多种物理结构，形成物理结构库。实例库主要针对几种常见的家电产品进行开发。创新设计知识库是创新设计系统的核心部件，它是一种WEB文本知识库，文本经过笔者开发的机械知识XML标记处理，使知识库建立在国际标准XML文本之上，因此可实现知识资源的异地共享，并且在此知识库之上可建立基于WEB的机械产品计算机辅助创新设计系统，满足异地协同设计的需要。4相似性的量化方法及改进的遗传算法每种产品的结构不同，需要不定相同的遗传算法编码。本系统为了提高运行效率，采用浮点数编码方式。在传统的遗传算法中，初始群体是通过用随机的方法来产生的[6]，这具有一定的盲目性。因此本文提出利用实例的作用原理或物理结构的相似性作为筛选实例产生初始群体的依据。实现该途径的关键在于相似性的量化也即相似度的计算方法。相似度实质是实例的关联知识，必须以一定的算法在实例集合中挖掘得到。纵向联想的相似度实质是功能目标与实现手段的关系程度，横向联想的相似度实质是实现手段的可替代关系程度。相似度越高意味着得到已有产品实例的更多支持。根据相似度来筛选初始群体就等于利用以前的设计经历，使初始群体的产生有合理的基础，因此能加快遗传算法的收敛。本文根据相似性联想原理提出如下纵向及横向联想的相似度计算方法。设产品实例集合为C，功能元素集合为F，作用原理或物理结构元素集合为G。分别记为：C={Ci|i=1,2,…,n}; F={Fj|j=1,2,…,m}; G={Gk|k=1,2,…,q}。实例集合中的实例Ci以不同的隶属度uij及uik分别隶属于Fj及Gk。 设元素Gk到元素Fj的纵向联想相似度为rkj，则：rkj = 又设G空间中有元素Gk和Gm。实例Cji分别以隶属度uik和uim隶属于元素Gk和Gm，设从Gk到Gm的横向联想相似度为rkm，则：rkm = 隶属度作为实例对象的一项属性来存储。系统根据以上算法从实例集合中挖掘相似度知识，辅助设计师从相似度较高的方向进行联想，并用于指导遗传算法初始群体的产生，从而促进设计创新。3 结论 本文研究创新设计思维规律并用于指导机械产品创新设计系统的开发，系统的成功应用证明了关于创新设计思维规律论断的正确性以及多种新技术的可行性。系统可通过矛盾分析与联想，搜索到适用的作用原理、措施、物理结构及实例以解决矛盾，完成概念设计阶段的功能优化与原理优化，是实现机械广义优化设计方法的新成果。
浅论应用ＣＡＤ技术的现代机械设计 摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。 关键词：机械设计；CAD技术 1 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。 2 三维CAD技术在机械设计中的优点 通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点: 1 零件设计更加方便 使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。 2 装配零件更加直观 在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。 3 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。 4 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CAD CIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。 3 CAD技术在机械设计中的应用 1 零件与装配图的实体生成 1 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。 2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。 2 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。 3 机械CAE软件的应用 机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。 4 CAD前沿技术与发展趋势 1 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 2 智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 3 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。 参考文献 [1]黄森彬主编机械设计基础高等教育出版社 [2]荣涵锐新编机械设计CAD技术基础〔M〕北京:机械工业出版社, [3]徐平,虚拟现实技术研究,文秘杂烩网 [4]葛海霞,刘村AutoCAD2004/2005辅助设计[M]上海:上海科学普及出版社, [5]秦志峰,齐月静,胡仁喜,等AutoCAD2005机械设计及实例解析[M]北京:机械出版社,
结合你自己学习的知识 大概的理论知识论述下 然后找个别人写的 大体结构写下 就好了
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