三維CAD技術在機械設計中的應用探究

史 越

（東北石油大學機械科學與工程學院,黑龍江大慶,163318）

隨著科技的日新月異，CAD技術在各個領域也被廣泛運用，而機械設計也字其幫助下帶來了新的發展。目前三維CAD技術已逐漸取代二維CAD，成為機械設計發展過程中的關鍵技術。

1 三維CAD技術概述

1.1 三維CAD技術定義

三維CAD技術，也叫建模技術，是從二維技術發展而來，成為整個CAD技術的核心組成部分。三維CAD技術出現在上個世紀60年代，由線框建模發展到曲面建模，再到實體建模、參數化建模，直到當前的產品集成建模、行為建模等，是一個長期的發展過程。

1.2 三維CAD技術的優勢

（1）促進新產品的開發

對于機械新產品的研究之處，利用三維 CAD技術快速直觀的進行模型構建，更具立體感，也能夠逼真的將零件造型用動畫形式表現出來，更易讓人發現設計的不足之處，一目了然。而且三維CAD技術的應用能夠降低機械設計的難度，使得產品的創新更加容易，也推動了機械設計工作人員的創新能力，加快了新產品開發的腳步。如圖1所示，對挖掘機造型的新設計，通過三維CAD技術建模，可以清晰明了的進行對比調整，快速的設計出最佳的挖掘機。

（2）提高機械設計效率

三維CAD軟件的合理應用，能夠有效的提高機械設計的效率，降低機械設計過程因為細微零件的裝配的失誤率。利用三維CAD技術的各種軟件，能夠直觀的展現圖形設計的模型，通過對形狀、位置甚至零件的觀察，而盡快的完成機械設計。

（3）保證機械設計質量

三維CAD技術的合理應用，使得機械設計更加科學，利用CADAM、Solid-Edge以及CADDS等軟件，可以進行運動仿真，限元受力分析，產品虛擬建模等，讓設計人員直觀的檢驗產品，找出最佳的設計方案，保證機械設計的質量。

（4）縮短設計周期

三維 CAD 軟件進行機械設計周期縮短，主要表現在可以利用系統對機械產品進行重新構建。簡單來說，就是當產品的某一零部件出現變化，系統會相應的使機械整體進行改變，成為全新的，尺寸合理匹配的機械產品。

2 三維CAD技術在機械設計中的應用

2.1 三維CAD技術在機械設計中的應用

（1）進行機械產品的零件與裝配圖建模

三維CAD技術對于機械設計來講，是一種重要核心的輔助工具，尤其是對于產品零件和裝配圖的實體建模，具有重大的意義。通常線框、表面、實體建模是CAD技術中的三種基本方式，但是在三維CAD技術中，提供了包括立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體等六種基本建模體系。這樣的軟件技術發展，對于機械產品中，不同種類樣式的零件進行實體建模都有一定的幫助，可以通過對零件的分解，在運用交、并以及差等布爾運算，完成機械零件的三維造型實體建模。當然對于機械產品零件的實體建模后，可以使用CAD軟件將各項資料進行整理分析，重新整合出新的機械裝配圖形，便于產品質量的保證以及機械設計效率的提高。

（2）檢驗機械零部件設計

利用三維CAD系統軟件，使用建模或者動畫播放形式，直觀快速的對機械產品的零部件裝配情況進行演示。同時還可以使用資源查找器，對機械產品中某一零件的修改而進行新機械產品模型的構建，增加了機械零部件之間的適配準確性，避免出現零件出錯而導致整個機械產品裝配的失敗。這樣自動化的對零部件進行檢驗，更加清晰直觀，在保證機械產品質量的同時，也大大的縮短了設計周期。如下圖2所示，可以看出因為某一機械零件進行了修改調整，而三維CAD軟件系統做出整體適配調整，而呈現出不同形狀結構的結構實體建模。

圖2 機械零部件在三維CAD技術的更改建模應用

2.2 三維CAD技術在機械設計中的優勢

（1）實現機械設計過程的全面信息化

利用計算機信息技術的幫助使用三維CAD技術，不僅實現了機械設計過程的數字化，還進行了產品的虛擬仿真建模組合，提前檢驗機械產品設計的問題，及時解決調整，大大的縮短機械設計時間，提高效率，也保證了機械設計的質量。這樣在整個機械產品建造完成前的一系列工作，都呈現出機械設計過程的全面信息化，推動了三維CAD技術與機械技術的進一步發展。

（2）縮短機械設計的周期

三維CAD技術在機械設計過程中的廣泛應用，除了能夠有效快速的檢驗機械產品外，還能提高設計效率和質量，對機械產品設計的質量提高進行強有力的保障。除此之外，三維CAD技術還能夠縮短機械設計的周期，對機械產品的某以零部件進行修改，就會導致整個機械產品改型，重新讓各零部件組合連接，成為匹配機械產品的尺寸，將傳統的機械設計效率提高了3-5倍，也縮短了機械設計周期。

如在切割器設計中應用三維CAD軟件，如果想將原來開口為150mm切割器，修改為3mm，僅需要在軟件上，將裝配圖上的15mm調整為300mm，三維CAD系統就會根據修改，自動的將切割器的驅動軸、鋼絲刷以及配重塊、加強板等做尺寸的相應調整，快速的重新組建新的切割器模型，出現全新的切割器機械產品，如圖3所示。

圖3 切割器的三維CAD技術應用

（3）發揮了創新設計

在傳統的機械設計中，對于機械產品的創新具有一定的難度，仿型設計產品過多，加上對與機械尺寸的修改比較困難，且所花費的成本過高。因此，在機械產品的設計上，多是常規設計，創新機械產品較少，很難具有實質性的機械創新。而依靠三維CAD技術，可以在原有機械設計模型上，通過新理論、技術的創新，進行立體感強的觀察對比，設計出逼真的創新機械產品。這樣的技術應用，充分的激發了機械設計人員的創新靈感，帶來了機械設計的新氣象。

2.3 三維CAD技術在機械設計中存在的問題

三維CAD技術在機械設計中的廣泛應用，在設計上時間縮短了，同時提高了機械設計的效率與質量，也對機械設計帶來了創新，激發了機械設計工作人員的創新能力。這樣的有效幫助，實現了三維CAD技術與機械設計的巧妙結合，促進機械設計的進一步發展。但是在進行三維CAD技術實際推廣應用過程中，也出現了一些問題，主要表現為缺乏熟練操作三維CAD技術的工作人員，不能充分發揮出三維CAD技術的輔助功能。

三維CAD技術是在二維CAD技術的基礎上進一步的發展，無論是技術還是質量上都具有革命性的突破，所以才能夠為機械設計帶來一系列的優勢。正因為三維CAD技術的功效強大，因此它也是一個復雜多樣的系統，具有很強的科學技術性。因此，在獲得三維CAD技術幫助，促進機械設計的發展時，必須首先精確熟練的掌握三維CAD技術的真正輔助功能，才能真正意義上發揮三維CAD技術功效。但是目前，對于三維CAD技術精通熟練掌握的工作人員卻大量缺乏，他們對于三維CAD技術只懂得皮毛，不能在機械設計過程中，發揮出三維CAD技術的真正作用，導致機械制造企業的三維CAD技術應用效果不佳。

目前，很多制造業的工作人員，在使用三維CAD技術進行機械設計的過程中，主要是為了繪制機械設計平面圖，作為直觀的實體建模。其實，在傳統的CAD技術應用時，是作為機械平面繪圖工具使用的，但是隨著技術的發展，也賦予了三維CAD技術有限元受力分析、產品優化、整體空間設計等全新輔助功能。因此，要想實現三維CAD技術的真正意義，就必須從本質上去探討其的真正設計輔助功能，不能僅僅停留在平面設計圖的繪制上。

2.4 三維CAD技術對機械設計的影響

無論是三維CAD技術自身的特征與發展優勢，還是其在機械設計過程中所顯現的技術優勢與輔助功效，都注定了三維CAD技術與機械設計的密切關系，在未來成為機械設計領域的主要趨勢。在CAD技術的不斷進步提升上，三維CAD技術作為目前核心的主要技術，對傳統的機械設計帶來了新一輪的挑戰，必將成為機械設計領域的又一次變革發揮。首先表現在機械產品設計的創新意識上，傳統的機械設計受到技術的限制，只能在尺寸上進行調整修改，缺乏創新意識，而三維CAD技術軟件利用計算機建模，可以直觀立體的激發機械設計人員的創新能力，帶來更多的創新機械產品。其次，由于三維CAD技術都是通過計算機來實現完成的，因此可以說三維CAD技術在機械設計過程中實現了全程智能化。

3 結語

機械制造業是我國的基礎行業，它的進步發展離不開機械設計的突破。三維CAD技術的出現為機械設計發展提供了具體的工具與途徑，它在機械設計過程中，具有二維CAD技術所不能達到的優勢，因此成為機械設計中新的核心工具，帶來了機械設計的新發展與變革。因此，為了保證機械設計的不斷發展，要努力精通掌握三維CAD技術，真正的發揮其對機械設計的輔助功效。

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