氣吹式排種器是一種性能良好的排種方式，排種輪是其關(guān)鍵零件。筆者曾參與研制了氣吹式精密播種裝置并對(duì)排種輪的型孔形式進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)橢圓錐型孔的排種雜交水稻的均勻性高，空穴率低。本文以氣力排種輪為例，對(duì)CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行了初步研究。

　　1 排種輪CAD/CAE/CAM系統(tǒng)組成

　　排種輪CAD/CAE/CAM系統(tǒng)要完成其功能，必須具有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面的保證，其系統(tǒng)組成如圖1所示。硬件系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備和加工設(shè)備組成，如主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備和NC機(jī)床等;軟件系統(tǒng)通常有支程序及相關(guān)文檔，包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。支撐軟件是CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的核心，一般包括二維繪圖軟件(AutoCAD)、數(shù)據(jù)庫管理軟件(ORACLE，F(xiàn)OXPRO等)、CAD軟件(Pro/E，UG，SOK丁DWORKS，CAXA,CATIA，IDIAS等)、CAE軟件(ANSYS，NASTRAN,ABAQUS,ADINA，SAP等)、CAM軟件(UG,MasterCAM,Pro/E，CATIA，CIMATRON等)。在本項(xiàng)研究中，排種輪CAD軟件采用Pro/E，CAE軟件采用ANSYS,CAM軟件采用MasterCAM。

　　2 排種輪CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用

　　2.1 排種輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)

　　采用Pro/E軟件進(jìn)行排種輪的CAD設(shè)計(jì)。該軟件是美國PTC公司1989年開發(fā)的三維CAD/CAF/CAM軟件，尤其以其強(qiáng)大的CAD功能著稱。它以單一數(shù)據(jù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)性和工程數(shù)據(jù)再利用等改變了傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)理念，是非常普及的一個(gè)系統(tǒng)。

　　筆者設(shè)計(jì)制造的氣力播種試驗(yàn)裝置基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

　　排種輪主要參數(shù)為:橢圓錐型孔錐角50°，孔深lOmm;橢圓展開圖大端長軸19.3mm,短軸13.3mm;推種槽寬1.5mm,深2mm;每周共有10個(gè)型孔均勻分布在外徑為106mm的排種輪上。采用Pro/E軟件建立排種輪的3D模型，如圖3所示范。

　　2.2排種輪的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)

　　CAE的核心技術(shù)是有限元理論和數(shù)字計(jì)算方法，用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題。采用ANSYS軟件對(duì)排種輪進(jìn)行CAF分析，該軟件由美國ANSYS公司于1970年研究開發(fā)，是一個(gè)融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS分析工程問題的基本流程包括前置處理、解題程序和后置處理等。

　　為了對(duì)排種輪進(jìn)行CAE分析，先將Pro/E建立的3D幾何模型導(dǎo)入CAE軟件ANSYS,單元類型采用SOLIDE45 3D結(jié)構(gòu)實(shí)體單元，如圖4所示(為六面體8節(jié)點(diǎn)單元，可退化為三棱柱6節(jié)點(diǎn)或四面體4節(jié)點(diǎn)單元)。適當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)等級(jí)，采用自由網(wǎng)格劃分方法，最后建立的排種輪有限元模型如圖5所示。其共具有22091個(gè)節(jié)點(diǎn)和93758個(gè)元素。結(jié)合材料特性、幾何條件、外力和邊界條件等可以對(duì)排種輪進(jìn)行相關(guān)的CAE分析、計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高產(chǎn)品性能，縮短設(shè)計(jì)周期。

　　2.3 排種輪的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)

　　廣義的CAM指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)各到產(chǎn)品制造整個(gè)過程的活動(dòng)，而狹義的CAM通常指數(shù)控(NC)加工，其輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。由于普通機(jī)床難以加工排種輪的橢圓錐型孔，考慮用數(shù)控機(jī)床(或加工中心)進(jìn)行加工，采用CAM軟件MasterCAM進(jìn)行NC編程。

　　MasterCAM軟件是美國CNC Sofitware INC公司1981年所研制開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)，特別以其強(qiáng)大的CAM加工功能聞名于世，是工業(yè)界和學(xué)校廣泛采用的軟件系統(tǒng)。MasterCAM可以直接讀取Pro/E建立的排種輪3D實(shí)體模烈。設(shè)定毛坯大小及其中心與系統(tǒng)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，工藝分析采用粗精銑削加工。

　　編制的刀具路徑如下:

　　型孔曲面挖槽粗加工(M4.40 平刀)—曲面等高外形精加工(M4.40平刀)—刀具路徑復(fù)制平移—曲面流線精加工(M.400平刀)—刀具路徑復(fù)制平移—曲面流線精加工(M2.00平刀)—刀具路徑復(fù)制平移—螺旋式漸降斜插外形銑削(M1.00平刀〕—刀具路徑復(fù)制平移。

　　這樣就可以完成軸向一排橢圓錐型孔的加工;通過分度頭的分度，即可以完成加工周向多排孔。

　　3 結(jié)論

　　本文分別利用CAD，CAE，CAM軟件建立了排種輪的3D實(shí)體模型、有限元模型和數(shù)控加工編程，以此為例說明了CAD/CAE/CAM技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用。事實(shí)表明，這些技術(shù)將成為今后研究農(nóng)業(yè)機(jī)械問題的重要方法。