機械設計制造中CAD技術的應用論述

陳勇　王琪

【摘要】隨著高科技的迅猛發展，CAD技術在機械設計制造中的應用也越來越廣泛。本文簡單介紹CAD系統的組成、發展狀況及應用現狀，并重點對其在機械設計制造中的具體應用進行探討。

【關鍵詞】機械設計制造：0AD技術；應用

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0006-01

CAD也就是計算機輔助設計。它為工程技術人員解決了很多困難，給設計人員提供設計軟件、分析軟件以及繪圖軟件，并且很容易掌握，在機械設計制造中已被廣泛地應用，它具備漢化工程繪圖系統，這樣的系統具有如下功能：設計圖形、修改圖形、具有很大的存儲量等等，同時，還能夠進行刪除、查詢、更新等操作，與人們的繪圖習慣相對應。它不需要畫圖板，也不需要繪圖儀器以及描圖員，且設計出來的施工圖的質量都相當的高。它在機械方面的設計能力是非常強的，能夠進行有限元分析以及機械制造等?？偠灾跈C械設計制造中融入CAD技術不僅可以將工程設計的質量提高，還能大大縮短工期，提高經濟效益。

1.CAD系統的組成

CAD系統包括軟件系統與硬件系統，軟件系統主要兩個方面：CAD軟件、有關的輔助模型，而硬件系統主要包括個人計算機、工程工作站、圖形輸入設備和圖形輸出設備等。隨著計算機技術的快速發展，硬件已經不是阻礙CAD發展的主要因素，而決定其發展的是CAD軟件與有關的輔助模型。CAD軟件可以分為以下三個類別：交互式圖形顯示軟件、CAD應用軟件、數據管理軟件，由于某些專業性企業的繪制內容存在著差別，這樣就會出現幾種CAD系統一起運行的情況，對于這種情況，應該要協調系統統一配置的數據資源庫。

2.CAD系統的發展狀況及應用現狀

2.1 CAD的發展狀況

CAD技術最初的名字是交互式圖形學研究計劃，在20世紀60年代就已出現，由于當時計算機的應用成本非常高，因此，只有那些波音航空公司以及通用汽車公司運用了該技術。

進入20世紀70年代的時候，由于計算機的應用成本大大降低了，這樣一來，交互式繪圖系統在美國工業中的應用極為廣泛，接著由于出現了PC機，使得CAC技術達到了迅速發展，且出現了一些專門探索CAD技術的公司，其中versaCAD公司推出了CAD強大的軟件功能，但是由于價格比較貴，以至于此軟件沒有得到廣泛的應用。

到目前為止，在很多電子部門以及機械部門中都廣泛地應用了CAS技術，并且由于信息科技技術的迅速發展，CAD技術的應用將會越來越廣泛。

一般而言，CAD技術由很多模塊組成，還可以理解為由許多功能塊組成，比如說AutoCAD就具有如下幾個功能：a，畫平面圖，也就是說運用AutoCAD能夠以很多方式創立圖形對象；b，作為繪圖的輔助工具，主要包括如下幾個輔助工具：對象捕捉、極軸追蹤以及捕捉追蹤等；c，對圖形進行編輯，AutoCAD具有很多編輯作用，如移動對象、復制對象，以及對對象進行拉伸、延長、縮放、修剪等；d，對尺寸進行標注，它能夠創建各種各樣的尺寸，并且可以自己設定標注外觀；e，對文字進行書寫，可以在圖形的各個位置進行文字書寫，并且還可以設置文字的屬性；f，三維繪圖，能夠創建3D實體以及表面模型，同時還能對實體進行編輯。

2.2 CAD在機械設計中的應用現狀

2.2.1 能夠進行二維繪圖以及三維實體造型

在CAD技術出現的初級階段，由于計算機圖形功能特別是硬件方面的限制，使得CAD只能繪制簡單的二維圖形，而無法進行三維圖形的繪制。然而，由于硬件技術的快速發展，再加上不斷更新的軟件系統，使得在CAD融入三維技術成為了可能，而且三維技術在三維實體造型中已被廣泛應用起來。

2.2.2 性能以及結構優化

從根本上講，CAD技術就是進行性能與結構的設計，且是通過計算機技術來實現的，也就是說，在這個過程中，計算機起了輔助的作用，而不僅僅是傳統的計算機繪圖代替人工繪圖，在設計有關產品時，專門的設計人員必須要分析產品的具體性能，還要對產品的結構進行優化設計，接著把產品的性能與形體設計結合起來，并利用有關的計算機技術來分析產品的每個零部件，并對零部件的各個方面進行優化。

3.CAD技術在機械設計制造中的具體應用

3.1 實體應用

CAD有三種建模方式，即線框模型、實體模型與表面模型。在有些有實體建模作用的CAD軟件中，大多具備很多基本的體系。例如，就AutoCAD的三維實體造型而言，基本的體系有6種：立方體、圓柱體、球體、圓錐體、楔形體、環狀體等，對于那些比較簡單的零件，可以分析其結構，然后把它分為很多基本體進行三維實體的造型，接著進行交集運算、并集運算以及差運算，這樣就能夠得到零件的三維實體模型。然而由于有些零件相當復雜，以至于難以分解成很多基本體，導致分解以及組合后的基本體太多，根本就無法成型。因此，如果只有基本體的話，是無法滿足零件三維實體造型要求的。所以，可以先在二維幾何元素構造中對零件的截面輪廓進行定義，之后經過三維實體造型的旋轉以及拉伸，就可以得到新“基本體”，然后經過交集運算、并集運算、差運算等得到三維實體造型，在完成零件的實體構造之后，通過機器的運動來對資料進行詳細地分析，當通過某一個具體位置的時候，依據零件的坐標來“裝配”，整個過程可以通過CAD軟件三維編輯作用來實現。隨著高科技的迅猛發展，逐漸地由普通機床到數控機床，加工中心不斷地由人工設計到CAD，制造業也在朝著計算機化與數字化的方向發展。與此同時，在整個現代制造技術當中都融入了模具以及模具激光快速成型技術，對于一個完善的CAD系統，都包含很多模塊，例如三維繪圖、曲面造型、圖形編輯、數控加工以及有限元的分析等等，這些模塊是進行統一管理的，必須要以數據庫為基礎，然而工程數據最重要的來源之一是實體造型。機械CAD系統主要包括如下幾個方面的功能：對工程的數值進行詳細分析、結構優化設計、評價強度設計、運動學仿真以及動力學等等。在CAE解決設計的合理性、剛強度、結構是否合理以及運動特性和動態特性之前，必須要運用CAD技術來解決造型問題。

3.2 多維繪圖

設計有關機械產品，一般而言，處理的信息主要包括如下兩個方面：數據和圖形，繪圖的工作量比較大，占了總工作量的百分之六七十以上。就二維圖形而言，其處理目標實質上就是對傳統的工程圖進行繪制。在開始二維工程的繪圖之前，必須要有與之相對應的繪圖軟件。從當前CAD的應用情況來看，比較多的軟件是微機以及工作站繪圖軟件，并且功能都比較好。大多是采用交互式繪圖方式，可以繪制各種各樣的圖形，還能編輯圖形，除此之外，還具有以下功能：賦予圖形有關屬性，實現圖形之間的交換等。然而若要將CAD的繪圖功能充分發揮出來，還應該要以繪圖軟件包為基礎，依據具備宏命令作用的參數化繪圖軟件，同時建立有關圖形符號庫，使用戶不用掌握計算機有關操作知識及編輯作用，就可以根據菜單自動繪圖。

4.GAD技術在機械設計制造中存在的不足

由上可知，CAD技術在機械設計制造中的優勢很明顯，但是還是存在著一些不足，主要體現在如下幾個方面：a，運用CAD技術來代替圖板繪圖工具進行繪圖，并不是本質上的設計。目前，有很多單位通過CAD軟件的運用所得到的三維模型僅僅是效果圖，沒有對空間進行整體設計，且缺乏有關的受力分析；b，CAD技術這方面的人才比較少，CAD系統是非常復雜的，且變化多端，要想熟練地掌握該技術還是有點難度，就目前的情況來看，很多人都沒有接受專業培訓，對CAD技術還不是很精通，導致機械設計作品存在著很多缺陷。

結束語

綜上所述，CAD技術在機械設計制造中的應用是非常廣泛的，是一種必不可少的輔助工具，隨著CAD技術的日益成熟，相信在不久的未來，機械設計是以計算機為基礎，以CAD為輔助工具的設計。

參考文獻

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