改進的CAD技術在機械工藝設計中的應用

劉澤華

LIU Ze-hua

（北京郵電大學 自動化學院，北京 100876）

0 引言

人類在進化的同時就已經學會了使用工具，只不過是當時的工具的加工技術較為粗糙，而現在加工工具更具有科學性、實用性和細致性，但是兩者的共同特性就是能夠應付當時的生產與生活。正是因為社會的發展才帶動了科學技術的發展，而機械的加工也伴隨著科技的發展而在不斷的更新換代中，CAD這款軟件正是伴隨著機械業的發展而誕生的，它使得原始的設計技術發生了巨大的變革，使得設計工作由原來的“被動式”變為了“主動式”，機械設計人員的工作負擔也得到了降低。經過了二十多年的發展與多次的升級改版，它已經成為了一款更為成熟與易用的軟件。現在這款軟件已經涉及到了機械設計、土木建筑設計、電子電路設計、測繪、工業設計、包裝與服裝設計、繪制軍事地圖等領域。

產品最終的銷量與產品的設計有著很大的關聯，是整個產業鏈中比較重要的一個步驟，可以決定產品的形狀、成本等各個方面。隨著步入21世紀，對于CAD技術的要求已經遠遠不止在初值的設計和數值的運算上面，而是要更加注重圖像的立體與智能，將基本的CAD技術進行改造，使之具備更加新穎和廣泛的發展方向，是適應市場變化等各種新時代的要求，針對CAD技術本身具有的優勢和劣勢，本文將重點闡述一下改造后的新技術在機械方面的應用。

1 CAD技術簡介

CAD技術是由美國Autodesk公司研發的一種應用型的軟件，主要針對圖像的設計，利用計算機簡便地形象地繪畫出圖像，正是由于在計算機上進行操作，因為可以簡單地進行修改，同時這種結構體系對外開放的程度又十分的高，故掌握起來也相對地方便，設計人員的操作也更加地便捷，因此它很快成為設計領域必備的技術之一，受到了廣大設計人員的喜愛。CAD主要的三維技術建模方法有三種，分別是線條、構架和表面，同時在這個實體構架模型中的主要體系有下面四種，分別是立法體、球體、圓椎體和楔形體，因此對于復雜的建筑物體可以進行分體，將其改造為各種簡要的體系，然后再進行三維體造型，最后通過各種運算，就可以構造出各種三維模型。同時也可以通過各種截面的輪廓進行虛擬化地拉升和旋轉，就可以得到全新的基本體，然后在通過各種機械運動將其分析，按照特定的位置進行裝配，從而實現CAD技術的三維編輯功能。

從上面的三維CAD系統技術可以看出，CAD技術主要具有的優勢在于，可以根據整個環境中的設計、位置以及形狀對應地相仿地構造出其他的零件，使之與其他零件相一致，這樣就不會導致整個裝置的設備被一個單獨的零件所破壞，且在這個裝配的過程中，也可以根據不同的要求將不同的零部件進行隱藏或者顯示，來突出各個零件之間的關系，清晰化內部的結構，同時在整個設計過程中也可以進行動態演示，這樣就充分使得設計過程也呈現動態化，非常地清楚，一目了然，這種即使出現錯誤，也能在產品生產之前就發現，及時修改設計，不會增加成品的成本。

從上面的說明可以看出雖然CAD技術有著非常優越的應用優勢，但是目前許多的單位往往利用CAD技術做出的模型僅僅是效果圖，沒有從整體上進行分析和考慮整個空間的設計，單純地停留在平面的設計上面，實現的是從圖紙轉化到計算機屏幕上，沒有真正地實現CAD的作用，只是成為了一種輔助設計的工具。同時，通常使用CAD技術的人員對這個技術也沒有一個十分全面的了解，更多的深層功能沒有挖掘出來。

2 改進的CAD技術在機械工藝設計中的應用

當然隨著科學技術的不斷發展，制造行業的產生技術也在不斷地提升，因為普通機床、數控機床和加工中心的構造正不斷地發展，必然要求CAD技術不斷地進行更新，從傳統簡單地制圖發展到現今數值化、智能化和高度化的技術，如今已經出現了各種CAM、CAE等衍生的技術，或者將兩種技術相兼容的新技術，其中CAD/CAM技術就是一種必然產生的新技術，它通過知識化和信息化先搭建起一種設計倉庫，而這種倉庫可以及時地向設計人員提供準確的產品開發技術和知識，達到了智能化地幫助設計人員進行設計方案，充分地理解畫圖人員的意圖，從而可以自動地檢測錯誤率，通過推理功能為設計人員提供更好的設計方案，同時也將創新意識融入到了設計功能中去，科學地指導人員利用這種改進型的CAD技術進行設計，智能化地設計出新產品、工程和系統，使得產品的設計過程更具有即時性，也十分符合機械工藝的發展方向和要求。

由于一個完整的CAD/CAM軟件系統具有的功能十分地完善，克服了原有CAD技術功能的缺陷，充分保證機械工藝的操作流程，故在這個方面的應用比較有優勢。眾所周知，機械工藝接觸的零部件比較多且雜，形狀各異，而這種改進型的CAD技術可以通過曲面造型和仿真模擬在三維上展示每一個零部件的形狀和構造，且形象清晰。因為在構造機械整體時也要充分地考慮各個部件之間的感應力，就可以通過分析有限元之間的受力來進行優化設計，再結合虛擬的運動仿真，就可以使得機械各個部件得到進一步的完善，使得一致性保持的非常良好。同時這個軟件是以工程數據庫為基礎，同信息技術相融合，這種方式可以實現技術實體的共享，保證工程數據的完整性。再有就是這種改進技術在機械工程上面的改造可以采用許多先進技術進行分析，像是工程數據、強度設計和壽命評估等，就可以使得CAD技術在解決原有的實體構造的問題之后，就可以使用CAE技術進行合理性、強韌度、材料組成和碰撞問題上的動態分析，這樣就可以保證成本控制在計劃之內，使得設計人員容易學會，在機械工藝上的實用性非常的強。且不同的CAD/CAM軟件可以針對不同的機械工藝實現針對性的設計，實現機械工藝上的計算機輔助工程分析、設計、管理、計劃與控制，使得機械工藝上的技術實現高度地集成,實現設計制造及生產管理的一體化。

在應用這種改進的CAD技術的實踐過程中，可以看出機械設計時間就將近減少了1/3,很大幅度地提高了整個機械產品的設計和生產效率。同時在使用這種改進的CAD技術系統對新機械進行開發設計時,只需要考慮其中部分零部件進行重新設計和制造,而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息,使機械設計的效率提高了3～5倍。同時,改進的CAD系統具有高度變型設計能力,能夠通過快速重構,得到一種全新的機械產品。

3 結束語

CAD/CAM技術是在原有CAD技術上進行的改進，這種改進技術使得傳統的計算機畫圖更加智能化和科學化，更能適應現代機械化的設計和加工過程，保證了機械加工的準確性和精度，使得零部件的設計更加地細致。雖然現在我們國家在CAD技術領域上雖然還沒達到世界化的尖端水平，但是隨著科學技術的不斷進步，通過在機械工藝上面的應用顯示出將來會有更多的改進技術將會應用到很多的方面，且涉及的深度還會更廣。

[1]黃森彬.機械設計基礎[M].高等教育出版社.

[2]榮涵銳.新編機械設計CAD技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]徐建平，盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京：清華大學出版社，2004.

[4]葛海霞，劉村.AutoCAD2004/2005輔助設計[M].上海：上海科學普及出版社，2004.

[5]秦志峰，齊月靜，胡仁喜，等.AutoCAD2005機械設計及實例解析[M].北京：機械出版社，2005.