CAD技术在农业机械设计中的应用
CAD技术在农业机械设计中的应用
计算机辅助设计（C A D ）技术产生于20 世纪50 年代后期，经历了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计及特征造型设计等发展过程[ 1 ] 。近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等，已广泛应用于工程设计的各个领域。尤其是三维参数化C A D 系统的发展和应用（如CATIA、UG、PRO/Engineer 等）使传统的产品设计方法发生了革命性的变化，产生了巨大的社会效益和经济效益。目前，在农业机械设计领域中也越来越多地采用三维参数化C A D 技术。本文利用具体实例简单阐述了三维参数化C A D 技术在农业机械设计中的应用。
一、三维参数化C A D 设计的概念及优点
三维参数化C A D 设计是采用约束来表达产品模型的形状特征，并用一组参数来控制设计结果，从而通过变换一组参数值方便地创建了一系列形状类似的零件 。三维参数化C A D 设计的基本手段有程序驱动和尺寸驱动。程序驱动法是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主参数以及各尺寸间的数学关系，将这种关系输入程序中，进而在设计零件时只要输入几个参数，就可生成所要求的模型；尺寸驱动是对程序驱动的扩展，其基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户
C A D 包含了从产品的方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真一直到工艺设计的全部过程. 传统设计, 人工处理信息不要求形式化的表示方法, 设计人员可以在非形式化的情况下工作, 而C A D 系统要求恰好相反; 传统设计过程的支撑环境是文具、图纸和手册资料, 而C A D 系统则要求有一定的计算机硬件环境和软件支撑系统; C A D 系统与传统设计过程也不尽相同。大量实践证明, C A D 与传统设计相比,具有明显的优越性. C A D 应用显著提高设计效率, 缩短设计周期, 提高设计质量, 使部门间信息交流更迅速、可靠, 便于设计与分析工作模式的统一, 且有利于产品的标准化、系统化和通用化.
C A D 参数化设计方法与传统的设计方法相比，其最大的不同就在于它存储了设计的整个过程，能设计出一簇而不是单一的产品模型。参数化设计使得设计人员可以通过变动某些约束参数而不必运行产品设计的全过程来更新设计，为进行产品初始设计、产品模型的编辑和修改以及多种方案的设计和比较提供了有效手段。
二、应用实例
为了提高设计水平，缩短联合收割机的开发周期, 以轴流钉齿脱粒分离装置为设计出发点, 以Autodesk 公司三维造型软件MDT 为设计平台,利用AutoLisp，ObjectA R X + M C A D A P I 进行二次开发, 建立基于M D T 的脱粒分离装置的三维参数化设计系统，用以进行脱粒分离装置的总体参数设计、零部件参数化设计, 以及脱粒分离装置系列产品零部件工程图纸的自动生成[4]。本系统由3 大功能模块和若干子模块组成。各功能模块之间独立性较强，其连接主要是通过数据传送来实现的，模块内部采用公共区实现数据共享。系统结构如下图所示。系统结构图管理系统主要负责设计系统与数据文件以及图形绘制系统的联系, 各子系统、分系统之间的联系, 以及程序调用、数据传递等问题。在系统的开发过程中, 参数分为几何参数、结构参数和配合参数3 种。几何参数确定零件的几何尺寸结构参数主要确定钉齿的排列方式，配合参数确定零件的相对位置关系。整个参数设计过程自上而下进行，其原则是: 上层设计控制下层设计, 对于设计细节和实现方法不必关心；下层设计在满足上层设计约束的基础上, 可以在局部范围内调整生成参数；零部件之间通过装配关系构成一有机整体,保证设计的一致性和完整性。整个系统的建立过程是按照以下方式进行:
（1）在Autodesk MDT 平台上建立以特征参数为基础的三维模型零件，同时找出零件所有尺寸间的关系，确定能用来驱动生成模型的参数。
( 2 )整理参数列表, 建立数据文件并编制出人机交互的对话框界面。
( 3 )设计计算模块，建立符合设计任务要求的各因素与结构尺寸参数之间的数学模型。整个设计计算过程按照自上而下的方式进行。对有成熟参照对象的部分, 采用相似设计方法；对不成熟的部分, 采用模拟对比法。所得的结构参数和装配参数都要传送到数据文件中, 用以驱动图形。
( 4 )建立参数驱动机制，将设计计算所得的结构参数和装配参数都要传送到数据文件中, 用以驱动图形，并且建立单个零件的几何拓扑关系以及装配模块中的各个零件的位置约束关系。在脱离装置参数化设计系统中，只要输入喂入量和螺旋头数，就可得到相应的滚筒参数。如输入喂入量3 k g / s 和螺旋头数2 时, 就得相应的滚筒结构图( 长度L=1460mm, 直径D=560mm ，钉齿数z=110)，并可以输出相应的零件图和装配图。
三、结束语
随着现代C A D 技术的迅速发展，三维参数化设计技术也逐步地应用到农业机械设计中来，使农业机械的设计水平和设计效率得到了很大的提高，从而缩短开发周期。因此，应该积极促进参数化C A D 技术在农业机械产品开发中的应用。
