論CAD技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄧小單

（衡陽技師學(xué)院，湖南 衡陽 421101）

1 CAD技術(shù)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-Computer Aided Design)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，工程設(shè)計(jì)人員通過CAD對工程或者產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與解析，取得想要的效果，同時(shí)獲得一種創(chuàng)新的新技術(shù)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是產(chǎn)品好壞的基礎(chǔ)，這是打基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，顯得尤為重要，設(shè)計(jì)工作就確定了產(chǎn)品開發(fā)百分之七十五的本金。如今，CAD逐漸由僅能處理圖像與數(shù)值計(jì)算性能轉(zhuǎn)變成了與人工智能相結(jié)合的智能技術(shù)的ICAD。這項(xiàng)技術(shù)不斷的出現(xiàn)新的智能型技術(shù)，運(yùn)用的平臺就更廣泛了，以提升現(xiàn)代社會生產(chǎn)行業(yè)適應(yīng)市場變化的品種多、批量小以及要求快速的適應(yīng)能力。

由ICAD為展示的智能活動、現(xiàn)代策劃技術(shù)是利用專家的設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成的。這種類型的系統(tǒng)可以仿效某一項(xiàng)目內(nèi)設(shè)計(jì)專家的步驟，使用一定范圍內(nèi)的知識符號進(jìn)行推理設(shè)計(jì)，完成這一特定范圍內(nèi)的問題。這項(xiàng)系統(tǒng)把人工智能、計(jì)算機(jī)制圖、有限元、優(yōu)化等技術(shù)都聯(lián)合起來，在常規(guī)設(shè)計(jì)的過程中盡可能多的使用計(jì)算機(jī)參加項(xiàng)目策劃、解析性能等，憑借計(jì)算機(jī)的輔助，提高了設(shè)計(jì)效率。

2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

經(jīng)過對三維CAD的切身體驗(yàn)，筆者真是的感覺到三維CAD體系比二維CAD在設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備時(shí)擁有的更大的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下幾個方面。

2.1 零件設(shè)計(jì)更加方便

采用三維CAD技術(shù)，能夠在裝配環(huán)境設(shè)計(jì)新零件，也能夠參照附近的零件位置大小、形狀完成新零件的設(shè)計(jì)，這樣提高了速度還更方便，減少了單獨(dú)設(shè)計(jì)導(dǎo)致整體失敗的幾率。資料查找器中有一個零件回放，能夠?qū)⒄麄€流程視頻呈現(xiàn)，更直觀易懂。

2.2 裝配零件更加直觀

在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時(shí)候,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動演示，對于有一定運(yùn)動行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，及時(shí)對設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報(bào)廢。

2.3 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期

使用三維CAD系統(tǒng)，設(shè)計(jì)機(jī)械的時(shí)間是之前的三分之二，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間提升了制作效率。采用三維CAD技術(shù)展開新機(jī)械的開發(fā)研究時(shí)，只需要重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)其中小部分的零配件，其他的一大部分零配件仍舊使用之前的信息功能，大幅度的提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的功率是以前的三到五倍。并且，三維CAD技術(shù)具備高度變形設(shè)計(jì)功能，可以經(jīng)過快速的重新組織，生產(chǎn)制作出全新的機(jī)械設(shè)備。

2.4 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量

由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合,同時(shí)采用CAD CIMS組織生產(chǎn),機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動方針和優(yōu)化設(shè)計(jì)等,保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí),大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工,一致性很好,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 零件與裝配圖的實(shí)體生成

3.1.1 零配件的實(shí)物模型。三維CAD建造模型有三種模式：表面模型、線框模型以及實(shí)物模型。在具備實(shí)物建模能力的CAD軟件中，都有一些基本的建模系統(tǒng)。在AutoCAD的軟件中，三維實(shí)物建模模塊中，軟件就供給了球體、立方體、圓錐體、圓柱體、楔形體和環(huán)狀體六種最基礎(chǔ)的體系。針對構(gòu)造簡單的零配件，利用軟件對它的結(jié)構(gòu)構(gòu)造解析，把它分解成多個基本體，再對基本體進(jìn)行三維實(shí)物組合，再利用交、差、并等計(jì)算公式進(jìn)行精確的計(jì)算，就可以獲得零配件的三維實(shí)物模型。

一些相對來說繁雜的零件，很少會成功分裂成若干個基本體，那樣之后的基本體會比較多，不易成型。因此，只有基本體的話，是不能夠達(dá)到三維實(shí)體造型的目標(biāo)。所以，應(yīng)該現(xiàn)在二維幾何中描繪大小，再從三維中進(jìn)行拉伸或者是旋轉(zhuǎn)，在新的基本體上經(jīng)過交，并，差后得出的就是我們要求的一個三維實(shí)體模型。

3.1.2 實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后,利用機(jī)器運(yùn)動分析過程中的資料,在運(yùn)動的某一位置,按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。

3.2 模具CAD/CAM的集成制造

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展下，科學(xué)技術(shù)也在不斷的發(fā)展中，生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)方法也在日益提高，數(shù)控機(jī)床設(shè)備和加工中心替代了以前的普通機(jī)床設(shè)備，從人工策劃和制作圖紙到CAE/CAD/CAM，生產(chǎn)制造業(yè)正日益的朝著電子化和數(shù)字化方向前進(jìn)。并且，模型CAM/CAD技術(shù)，RPM等，差不多籠罩了整個現(xiàn)代社會制造業(yè)。

要由多少個功能模塊組合形成一個完整的CAM/CAD的軟件體系。一般有圖形編輯、三維制圖、仿真模擬、曲面造型、有限元分析、數(shù)控加工、動態(tài)顯示燈。這些功能模塊要在軟件數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，開展統(tǒng)一的管制，軟件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的主要來源之一是實(shí)物造型。

3.3 機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用

機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是：工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評價(jià)與壽命預(yù)估、動力學(xué)/運(yùn)動學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后,才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。

4 CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢

4.1 圖形交互技術(shù)

因?yàn)镃AD軟件體系是創(chuàng)造出新產(chǎn)品的工具，一定要簡單易學(xué)好掌握。在一個具備智能化、友好的環(huán)境中可以拓展設(shè)計(jì)師的大腦，發(fā)散思維，可以集中全部精神投入在創(chuàng)作中。所以，軟件的圖標(biāo)菜單智能化設(shè)計(jì)、導(dǎo)航可動設(shè)計(jì)以及拖放式的造型這些人性化的設(shè)計(jì)，給設(shè)計(jì)員操作供給了方便。除此之外，手寫輸入法、語音識別以及特別手勢模塊這些更人性化簡便的技術(shù)也在探索研究中。

4.2 智能CAD技術(shù)

因?yàn)镃AM/CAD的軟件應(yīng)用越來越廣泛，對智能化的要求也越來越高。設(shè)計(jì)是一個具備高智能化的人類創(chuàng)造性活動。CAM/CAD朝著智能化發(fā)展是必然的。智能設(shè)計(jì)是在信息化、知識化的前提下，知識倉庫是創(chuàng)建設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)師在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)所需的數(shù)據(jù)和理論能夠及時(shí)精確的獲取，智能化的輔助設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)，而且能夠智能化的了解設(shè)計(jì)師的意思、自動化檢查錯誤、提出合理的建議、回答問題等。還具備推測能力，即使設(shè)計(jì)新手使用軟件創(chuàng)造新產(chǎn)品也能得心應(yīng)手，創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)的核心發(fā)展方向，工程師正在努力把創(chuàng)新技術(shù)和人工智能技術(shù)綜合在一起放在CAD的軟件中，運(yùn)用智能化的設(shè)計(jì)、建議模塊去指導(dǎo)在創(chuàng)新產(chǎn)品、創(chuàng)新技術(shù)、創(chuàng)新系統(tǒng)時(shí)遇到的設(shè)計(jì)問題，我們得到的新產(chǎn)品和工程體系更具備創(chuàng)新性。

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