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我國的電動工具企業(yè)大多是一些中小企業(yè)。這些企業(yè)的研發(fā)能力不足,僅僅擁有一些地方品牌,參與國際競爭通常是采用一種OEM的方式來進行的。這種方式要求產(chǎn)品的開發(fā)周期要盡可能地短,以適應(yīng)市場不斷變化的需要。
近年來,電動工具產(chǎn)品的開始設(shè)計觀念已有了很大的變化。過去注重產(chǎn)品的功能設(shè)計,往往一個產(chǎn)品設(shè)計完成以后銷售許多處,其生命周期達10年以上。而現(xiàn)在由于市場的需要,主流產(chǎn)品的生命周期只有3-4年,通常是產(chǎn)品的內(nèi)部幾乎有或者變化不大,只是產(chǎn)品的外形發(fā)生了變化。這樣,設(shè)計工作主要就在于產(chǎn)品的外形設(shè)計上。
過去我們搞外形設(shè)計,是先完成二維外形圖,然后由模具工根據(jù)圖紙加工出木質(zhì)或者是其化材料的模型。這樣的過程比較多地依賴模具工的經(jīng)驗和二維圖的精確性,同時設(shè)計者與模具工要有比較多的交流。只有這樣,才能保證外形設(shè)計的準(zhǔn)確。其過程是復(fù)雜的,而且設(shè)計更改非常困難。
現(xiàn)在,由于計算機的普及和工程軟件應(yīng)用能力的增強,我們可以通過計算機輔助技術(shù)來加快這個過程并提高其精確性,這就是所謂CAD技術(shù)。
事實上,一些國際公司提出的設(shè)計概念是在工具的外形上體現(xiàn)仿生學(xué)和人體工程學(xué)的效果。初期的設(shè)計往往是一張美術(shù)效果圖。我們必須對自己現(xiàn)有的產(chǎn)品的外形進行設(shè)計,以滿足這種需要,這樣對外形提出了更高的要求。
我們在設(shè)計一款新的工具時,首先得到的可能是一幅效果圖或者是一些設(shè)計概念。我們必須結(jié)合自己現(xiàn)有的產(chǎn)品進行二維空間外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計,同時進行必要的結(jié)構(gòu)、安全分析,得到二維的外形輪廓圖。這個輪廓圖應(yīng)盡可能地反映一些關(guān)鍵截面的信息。這些截面應(yīng)該是在二維圖中經(jīng)過驗證的,通??梢圆捎闷胀ǖ腃AD軟件,例如采用AUTOCAD和CAXA這樣的軟件就可以實現(xiàn)。下一個任務(wù)就是將這個二維外形圖的計算機文件轉(zhuǎn)變?yōu)槿S文件。由于電動工具的外形比較復(fù)雜,所以必須用到高端的CAD設(shè)計軟件,例如CATIA、PROIE、UG和MASTERCAM。
首先,我們必須在三維軟件中將各個截面放置在一起,并且保證各個截面的相對位置是準(zhǔn)確的。完成這一步以后,我們將得到一個帶有關(guān)鍵截面的三維框圖,然后在這個基礎(chǔ)上進行三維造型。必須說明的是,由于電動工具的外形都比較復(fù)雜,用CAD軟件提供的實體造型功能很難得到我們想要得到的形狀。只有運用曲面造型才能達到目的。曲面造型有著很大的彈性,能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜物體的造型。
運用CAD軟件提供的曲面造型功能,先完成一些規(guī)則曲面的造型,然后對這些曲面進行編輯,再運用高級曲面造型功能將這些曲面連接起來,得到一個三維的曲面造型。有了這個三維的曲面造型,我們就可以在計算機的虛擬環(huán)境中觀察其形狀,與我們需要的外形進行比較。在計算機環(huán)境中進行修改,必要時可以通過CAM技術(shù)將外形加工出來進行直觀的觀察、比較。最終得到滿足我們需要的三維曲面造型。這樣的設(shè)計流程,外形的設(shè)計工作將由設(shè)計人員完成,沒有中間環(huán)節(jié),保證了原始設(shè)計意圖的完整和正確。
曲面造型完成后,我們在這個曲面的基礎(chǔ)上進行曲面編輯,得到一個有壁厚的實體。然后在這個實體的基礎(chǔ)上再運用CAD軟件提供的實體造型功能來增加內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終完成整個零件的造型。事實上,在整個造型過程中曲面造型和實體造型是結(jié)合起來運用的。這是運用CAD技術(shù)進行設(shè)計時工作量最大、難度也最大的工作。
在所有零件的造型完成后,我們就可以在CAD軟件環(huán)境中進行虛擬裝配,并且對整個裝配體進行裝配的干涉檢查和運行分析。同時可以進行重要的安全結(jié)構(gòu)檢查,必要時也可以對各個零件的物理特性進行設(shè)置,對各個零部件的機械、物理等性能進行分析,從而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。這樣,可以大大地提高設(shè)計的可靠性和精確性。
如果是一個全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計,我們可以運用快速成型技術(shù)得到一個與三維CAD模型完全一樣的制件來進行實物裝配、安全結(jié)構(gòu)分析和相關(guān)的實驗。這樣就可以避免由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的失誤造成的其他費用的損失。
由于有了三維的實體造型,我們可以運用CAD軟件提供的功能得到二維零件圖,然后再對這些零件圖進行編輯,得到用于生產(chǎn)、檢驗的工程圖紙。
同樣,有了三維造型,就可以運用CAD技術(shù)直接將這些造型運用于模具的設(shè)計與制造。這樣,模具的生產(chǎn)周期將大大縮短,并且將可能出現(xiàn)的失誤減小到最小。
電動工具的設(shè)計開始是滿足功能的需要,現(xiàn)在由于人體工程學(xué)和仿生學(xué)在電動工具上的大量運用,電動工具的外形設(shè)計已經(jīng)成為整個工具設(shè)計的最重要的部分。隨著現(xiàn)代自動化加工技術(shù)得到發(fā)展,模具制造也必須使用三維實體造型。所以,運用CAD技術(shù)是電動工具設(shè)計的必須趨勢。合理的運用CAD技術(shù)才能滿足企業(yè)發(fā)展的需要,才能參與激烈的國際競爭。