三維CAD技術在機械設計中的應用

摘要：隨著我國信息技術的發展，計算機技術在機械設計中的應用越來越廣泛，設計手段也產生了較大的變化。三維CAD技術在機械設計中起到了非常重要的作用，更好的推動了機械設計的發展。本文針對三維CAD技術在機械設計中的應用展開研究和分析。

關鍵詞：三維CAD；機械設計；應用和發展

0.引言

目前，全球信息技術已經逐漸成熟，機械設計的水平也逐漸開始產生變化。此時，各類CAD軟件包的使用，使得機械設計的目標以及設計的過程系統化。傳統的設計思維以及設計軟件已經不能有效的滿足當今設計的需求，因此，需要開發新型的設計軟件。三維CAD技術為機械設計提供了良好的發展平臺，與傳統的二維CAD技術相比，三維CAD技術的性能更加穩定，技術也較為先進，為機械設計提供一定的保障。

1.三維CAD技術概述

三維CAD技術通常也被稱為建模技術，經過了長時間的發展才逐漸形成。三維CAD技術建立在三維模型的基礎上，主要包括圖樣檔案管理、三維轉二維、機構運動分析和仿真以及三維造型與三維設計等內容[1]。系統的三維CAD技術能夠有效的滿足幾何圖形的性能需求以及形態需求，還能夠將設計的指標進行處理，使其達到最佳狀態。三維CAD技術能夠使設計者充分的自己的創造力以及想象力，三維CAD技術在機械設計中的運用能夠較好的解決產品設計質量以及工程繪圖質量等關鍵的問題，還能夠使虛擬設計以及產品的運動仿真等達到完美狀態。目前，熟練的運用三維CAD技術已經成為機械設計人才的基本需求。

2.三維CAD技術的優勢

2.1能夠有效的提高機械產品的整體質量

目前，機械產品逐漸開始與信息技術相融合，CAD/CIMS的結合使用，為機械產品的設計提供了新的發展方向。三維CAD技術使用的先進的設計方法，能夠有效的保證產品的質量。除此之外，多數大型企業的數控手段都較為完整，加上CAD/CAP對機械零件進行加工，能夠較好的保證產品質量，提高工作效率。

2.2使零件設計更加便捷，提高工作效率

在進行機械設計的過程中，使用三維CAD技術，能夠在裝配環境中對零件進行改革，或者利用相鄰的零件位置以及形狀設計全新的零件，能夠有效的避免了在不符合裝配的條件時造成的資源浪費，提高了工作效率。資源查找器可以進行零件回放，能夠將零件設計或改造的過程完整的體現出來，更好的為機械設計服務。

2.3有效的縮短了機械設計的周期

在進行機械設計的過程中，使用三維CAD技術，能夠有效的縮短機械設計的工期，平均可節約1/3的時間，大大提升了工作效率。在使用三維CAD技術進行全新的設計時，主要對其中的一些零件進行改造和設計即可，不需要全部替換，在提高機械設計的速率的同時，還節約了大量的成本。三維CAD技術的變形設計能力較高，可通過快速的重組，設計出全新的產品。

2.4能夠有效的實現變量化與參數化設計

實現變量化與參數化設計是使用三維設計的重點。傳統的CAD技術通常是采用固定的尺寸對幾何元素進行定義，假如需要進行圖畫的修改，就只能重畫，設計通常需要多次修改才能得到最終的產品，采用傳統的CAD技術通常造成設計工作延遲的現象[2]。雖然能夠提供一定的參數化功能，但是實現建立在裝配環境中的參數化設計還存在一定的問題。三維CAD設計中的變量化與參數化的模塊能夠對著零件尺寸的變化而產生變化，在裝配環境中能夠對零件的尺寸進行調整，減少了修改的工作量，提升了工作效率。

2.5能夠對零件進行優化設計以及有限元分析

傳統的設計方法不能完全保證設計計算時產生的數據與實際工作需要數據的高度相似，零件使用的可靠性會大大降低，還可能會導致危險因素的出現。三維CAD技術能夠對零件進行有限元分析，將重要的零件數據參數化后輸入到有限元網絡中，然后對零件的振動情況、變形情況以及變形優化進行分析。當結果不符合裝配需求時，就對數據進行調整，提高了工作效率以及安全系數的同時，還有效的節約了成本。

3.三維CAD技術在機械設計中的運用

3.1生成實體裝配圖

零件實體設計完成后，采用系統運行中的資料分析，在運動的某處，按照零件所在的位置進行裝配，這一過程能夠通過CAD軟件的三維編輯功能來實現，提升了零件的可靠性。

3.2零件與裝配圖的實體生成相應的實體建模

在CAD的三維建模中，通常可采用實體模型、線框模型以及表面模型三種方式進行。一些實體建模功能的CAD軟件中，存有一些基本的體系，例如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，就含有集中系統，包括楔形體、圓柱體、立方體等。對于一些結構較為簡單的零件來說，可對結構進行分析，拆分成為幾種基本體，然后開展三維實體造型，對零件的差、交以及并進行布爾運算，最終得到實體模型[3]。對于結構較為復雜的零件來說，可先使用二維幾何元素構造，對零件的截面輪廓進行定義，然后在通過三維的實體造型中的拉伸或者旋轉得到全新的“基本體”，最終通過差、交以及并等得到合適的三維實體造型。

3.3檢查零件部件設計

使用三維CAD技術，能夠在原裝的機械中設計全新的零件，還能夠參照附近的機械零件設計全新的機械零件。使用三維CAD技術能夠使相鄰的零件與全新的零件更好的結合，避免出現嚴重誤差。

結語

隨著計算機功能不斷的向前發展，三維CAD技術將會得到更全面的發展，更好的為機械設計服務。

參考文獻：

[1] 王其芳. 三維CAD技術對機械設計的影響[J]. 煤礦機械. 2009（04）

[2] 林黎明.CAD技術在機械設計中的應用[J]. 電腦知識與技術. 2010（14）

[3] 劉書君.CAD技術在機械設計中的應用[J]. 化學工程與裝備. 2009（11）

作者簡介：

蔡澤能（1984—），男，侗族，貴州錦屏縣人，貴州大學學士，貴州電子信息職業技術學院，助教，研究方向：先進制造技術