三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中運用

　　摘 要：作為計算機技術(shù)較早應(yīng)用領(lǐng)域的機械設(shè)計，在隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，其設(shè)計手段也發(fā)生了革命性的變化。三維CAD技術(shù)的運用將機械設(shè)計推向一個日漸成熟的高度。本文對三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計的運用進行了一個簡單的闡述，以促進人們對三維CAD在機械設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展優(yōu)勢與發(fā)展趨勢有一個更好的把握。
　　關(guān)鍵詞：三維CAD 機械設(shè)計 參數(shù)化
　　中圖分類號：TH122文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0010-01
　　機械設(shè)計作為工科類學(xué)生的必修課程，在工科類學(xué)生的學(xué)習(xí)體系中占有舉足輕重的作用。機械設(shè)計的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容就是基本理論、基本知識以及基本方法，將這些書本知識運用于實踐中，在實踐過程中，更多側(cè)重于設(shè)計技能與設(shè)計構(gòu)思能力的培養(yǎng)。在機械學(xué)習(xí)教學(xué)中，將所學(xué)理論知識與實踐進行緊密結(jié)合，讓學(xué)生在實踐中加強對專業(yè)課程與專業(yè)技能的鞏固與運用成為了最主要的目的。因此加強機械設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教學(xué)方式的改革是勢在必行的。目前機械行業(yè)已基本實現(xiàn)了從手工繪圖向二維CAD技術(shù)過渡。二維CAD技術(shù)已經(jīng)成為了目前我國機械行業(yè)最為普遍的技術(shù)。但是隨著時間的推進，二維CAD技術(shù)的弊端也日益突出，如其只能起到一個電子圖板的功能，容易出現(xiàn)尺寸漏標(biāo)、投影線生成過程復(fù)雜等問題。因此二維CAD并沒有真正起到一個計算機的輔助設(shè)計作用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的提高，信息處理方式的不斷智能化，機械設(shè)計也逐漸開始向三維CAD邁進，并且在實踐中獲得了巨大的經(jīng)濟效益，經(jīng)受住了實踐的考驗。三維CAD技術(shù)開始成為機械設(shè)計技術(shù)的一個發(fā)展方向。
　　1 三維CAD技術(shù)概念
　　三維CAD技術(shù)也稱之為建模技術(shù)。作為CAD技術(shù)的核心，三維CAD技術(shù)經(jīng)過了多個發(fā)展階段才逐漸發(fā)展成型，它是以三維模型為基礎(chǔ)的，只要建造好了三維結(jié)構(gòu)，那么二維模型也是信手捏來的。三維CAD技術(shù)主要包括三維轉(zhuǎn)二維、三維造型與三維設(shè)計、機構(gòu)運動分析與仿真、圖樣檔案管理等。完備的三維CAD技術(shù)不僅能夠滿足幾何圖形的形狀與性能要求，而且能夠使其各方面的指標(biāo)都達到一個完美的狀態(tài)。三維CAD技術(shù)符合創(chuàng)造者的設(shè)計思維，能夠使設(shè)計者充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力。三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的運用不僅解決了工程繪圖質(zhì)量與產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量等問題，而且能夠使產(chǎn)品的運功仿真、虛擬設(shè)計等達到最佳狀態(tài)。在目前的時代，掌握好三維CAD技術(shù)成為了現(xiàn)代機械設(shè)計人員的一種基本技能。
　　2 三維CAD技術(shù)在機械技術(shù)中運用優(yōu)勢
　　2.1 變量化與參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)
　　進行變量化與參數(shù)化設(shè)計是進行三維設(shè)計的主要思想。傳統(tǒng)性CAD技術(shù)知識用固定尺寸進行幾何元素的定義，如果要進行圖畫修改的話就要進行重畫，而設(shè)計作品往往都是在進行多次修改后才能生成，因此這就給設(shè)計工作帶來很大的麻煩與浪費，二維CAD雖然能夠具有一定程度的參數(shù)化功能，但是對于實現(xiàn)建立于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計還是有一定的難度。三維CAD設(shè)計中的變量化與參數(shù)化板塊就能夠?qū)α慵O(shè)計因某些尺寸變化而產(chǎn)生的變化進行自動修改，也可以對基于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計進行裝配，及時是其中的某個零件尺寸出現(xiàn)變化，它也會使得其他的零件尺寸進行相應(yīng)調(diào)整。這就很大程度上減少了修改的工作量與工作時間，減輕了設(shè)計人員的修改工作量，大大節(jié)省了時間，提高了設(shè)計速度，也避免了信息的過于繁冗。
　　2.2 設(shè)計作品更形象與直觀
　　作品設(shè)計時，最原始的設(shè)想是一種立體的實體。可是因為設(shè)計手段的有限，所以設(shè)計人員很難在平面圖紙上將其作品繪畫出立體效果，通常是用正投影所形成的二維法來繪畫三維構(gòu)想。但是現(xiàn)在隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，在軟件的輔助下，將構(gòu)想中的三維作品繪畫出來變得可能了。其中能使作品更形象更直觀的就是三維CAD技術(shù)了。利用該技術(shù)創(chuàng)作出的作品能讓人一目了然，并且有利于設(shè)計者進行更直觀的檢查工作，利用該技術(shù)還可以在設(shè)計階段進行模擬運轉(zhuǎn)與模擬裝配，使作品更適合實際運用。
　　2.3 可以對零部件進行優(yōu)化設(shè)計與有限元分析
　　傳統(tǒng)的設(shè)計方法不能保證設(shè)計計算時的數(shù)據(jù)與實際工作數(shù)據(jù)的高度接近，容易導(dǎo)致零部件的可靠性降低，加大了危險系數(shù)，尤其是對一些形狀收禮復(fù)雜的重要零件的數(shù)據(jù)。三維CAD技術(shù)能夠?qū)α悴考M行有限元分析，能夠?qū)χ匾牧悴考臄?shù)據(jù)經(jīng)參數(shù)化后輸入到有限元網(wǎng)絡(luò)進行受力變形分析、形狀優(yōu)化分析以及振動分析。一旦結(jié)果不符合實際要求就要進行重新計算與設(shè)計，一直到符合為止。這樣也就大大提高了設(shè)計效率與安全系數(shù)，降低了材料的浪費，提高產(chǎn)品的可靠性。
　　3 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計的運用趨勢
　　隨著三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的不斷發(fā)展，它也正朝著集成化、規(guī)范化與智能化的方向發(fā)展。
　　3.1 集成化
　　三維CAD技術(shù)不是一種孤立的技術(shù)，它集成了外圍設(shè)備、計算機軟硬件、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫等。與此同時，它又與CAM（計算機輔助制造）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、MRP（制造資源管理）等相關(guān)系統(tǒng)的集成。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD技術(shù)也開始逐漸實現(xiàn)CAD＼CAM的集成，這也是今后人們發(fā)展的一個重要熱點。
　　3.2 規(guī)范化
　　規(guī)范化趨勢主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)模型規(guī)范化以及CAD資源規(guī)范化。三維CAD技術(shù)講工程數(shù)據(jù)模型與幾何數(shù)據(jù)作為自身系統(tǒng)開發(fā)的依據(jù)。
　　3.3 智能化
　　參數(shù)設(shè)計與特征造型是三維CAD智能化的重要進步與表現(xiàn)。系統(tǒng)軟件不僅為人們提供一種繪畫工具進行設(shè)計，而且也不再把占有線面數(shù)據(jù)存儲到一起而忽略他們的內(nèi)在聯(lián)系。參數(shù)設(shè)計與特征造型的引進已經(jīng)成為了軟件作為人們好幫手的重要依據(jù)。
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