CAD技術在機械工程設計中的應用探究

摘 要：隨著我國經濟突飛猛進的發展，CAD技術在機械工程設計領域也有了重大突破，這為機械工程設計工作提供了強大的技術支持。近年來，隨著CAD技術在機械工程制造領域中的不斷深入，掌握CAD技術成為機械科研人員的必備技能之一。因此，熟練的掌握CAD技術對我國機械工程設計工作有著重大的推進作用。文章就CAD技術在機械工程設計工作中的應用及其優勢進行分析，希望CAD技術能夠更好的應用于機械工程設計中，以促進我國經濟的穩定持續發展。

關鍵詞：CAD技術；機械工程設計；優勢

近年來，CAD技術集標準化、集成化、智能化的優點在機械、航空航天、造船、建筑、電子等領域廣泛應用并取得了良好的效果和巨大的經濟利益。隨著科技的不斷發展，CAD技術應用于機械工程設計之中，使得機械工程設計人員從原本單調的工作中解放出來，充分發揮其創造性思維。CAD技術在機械工程設計中的應用有利于提高機械產品的質量和技術含量、優化零件裝配，促成CAD/CAM技術的集成。

1 CAD技術在機械工程設計的應用

1.1 CAD在機械工程設計中繪圖的應用

CAD技術最早進入機械工程設計工作就是在利用CAD繪圖，這也是CAD技術在機械工程設計領域最基礎的應用，CAD繪圖也改變了傳統的繪圖方式。CAD繪圖軟件的主要功能包括交互式繪圖、圖形編輯、標準尺寸、文字、填充剖面、調用圖塊、區分層次以及實現圖形交換等。利用CAD技術的豐富強大的繪圖功能，可以非常輕松的繪制出清晰、符合工程要求的設計圖。這使得繪圖人員不再因為繁多龐大的繪圖工作而發愁，減輕了工作量，提高了繪圖工作的工作效率。

1.2 CAD技術在機械工程設計中建模的應用

機械建模是CAD技術在機械工程設計中的重要應用。建模也是機械工程設計的核心內容。線框模型、表面模型和實體模型是CAD技術建模的三種常見的三維建模。在三維設計中，其基本思想之一就是實現參數化、變量化設計，但傳統的二維建模體系中實現不了參數化設計，但CAD技術擁有一些基本的體系，通過這些體系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三維實體建模中，系統提供了立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體這6種基本體系。對于一些簡單設計的零件會被分解成幾個小塊的不同的基本體，這些基本體通過三維實體造型和布爾運算，就會產生一個零件的模型。對于稍復雜的零件模型，首先會先繪制出圖像的二位幾何輪廓，之后在通過三維造型得到零件的模型。利用CAD技術的建模功能，設計人員可以根據產品的需要建立起與實際尺寸相同的模型。CAD建模是機械工程設計人員發揮創造性的良好平臺，設計人員可以通過三維空間利用簡便快捷靈活的操作來控制、修改零部件或者重新設計零部件。而且，當零件的一個部分發生變化時，其它部分也會隨之變化。由此可知，在CAD技術的支持下，零件的設計更加活泛、真實，設計出的零部件也可以更好的應用于實際生產中，減少了設計帶來的誤差，提高了零部件設計的成功率，縮短了設計工作周期，極大地提高了機械工程設計的效率。

1.3 CAD技術的智能化

CAD的智能在機械工程設計工作中的表現是工程分析和結構優化。零部件的力學性分析和結構優化是設計零部件時設計人員必須要思考的內容。隨著有限元分析和動力學分析等現代化分析方法的發展，使得CAD技術在零部件的力學性分析和結構優化進行了進一步的深入拓展。現在，CAD技術已經實現ansys等有限元分析軟件的無障礙對接。設計人員可以將通過CAD技術設計出來的三維零件模型導入有限元軟件分析中，通過工程分析的原理對進行力學性分析和結構優化分析，驗證所設計的零件是否滿足力學的要求以及其結構是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生產前對模型進行適當的修改，以達到要求。這種分析和優化設計的方法在復雜結構零件時，體現了更為巨大的優勢。

2 使用CAD技術在機械工程設計領域中的優勢

2.1 提升了機械產品的質量

CAD技術的應用從根本上改變了機械零件設計的質量，利用了先進的技術保障零件設計的水平，提高零件設計的檔次，突破了傳統的設計理念。如優化產品的虛擬設計、有限元受力分析、運動方針等。機械零件本身就是與信息技術相融合的，這提高了零件的科技含量。現代機械生產在CAD技術的支持下，提高了機械工程設計的水平。CAD技術的應用極大程度的保證了機械產品設計質量。隨著數控技術加工手段的不斷發展，CAD技術在進行零件加工時，能夠更好的使模型與零件相統一，保障機械零件的生產質量。同時，運用CAD技術增加了機械設計的創新性。傳統的機械設計更加注重實踐，限制了人們的創新思維，而CAD技術的運用，可以增強零件設計的立體效果，開通設計人員的思維，使設計者能開發出更加具有新意、靈活的新產品。CAD技術是機械設計信息化的基礎。因為CAD技術通過三維構圖將零件設計出來，呈現立體化的效果，能夠使設計人員及時發現零件在設計階段的缺陷與不足，及時進行改良，不僅提高了設計的效率，也改善了設計質量。

2.2 縮短設計時間，提高設計質量

CAD技術改善了傳統繪圖中的缺陷，實現了設計的參數化。通過建立起來的三維模型實體調整尺寸、結構的變化，達到理想中的效果。同時，當零件的尺寸和形狀發生變化時，與其相關的結構也會進行適當的調整。這樣，通過三維技術的應用減輕了設計零件的工作量，縮短了設計周期，提高了設計的效率和生產效率。同時，CAD技術能夠記錄裝配過程中各個零件的關系，可以根據相鄰的零件之間的形狀和位置來調整、改善新零件，降低了因為零件之間的不匹配而帶來的麻煩。此外，CAD技術通過三維技術可以實現設計階段的模擬裝配、模擬運轉，從而使設計更加接近實際過程。這樣，通過三維技術的應用減輕了設計零件的工作量，縮短了設計周期，提高了設計的效率和生產效率。

2.3 促成CAD/CAM技術集成

隨著CAD技術的不斷升級發展，機械制造業的生產設備也從過去的普通機床逐步向數控機床進行轉變。一個零件的設計生產更加集中化。CAD/CAM系統是由三維繪圖、圖形編輯、數控加工、曲面造型、動態顯示、仿真模擬、圖形編輯以及有限元分析等這些模塊組成的，這些模塊以工程數據庫為基礎，而實體造型是工程數據的主要來源，其主要功能有圖形編輯、三維繪圖、仿真模擬、曲面造型、有限元分析、數控加工以及動態顯示等等。CAD/CAM系統的集成可以避免傳統做法中工作人員根據CAD技術設計的零件進行數控加工而導致的CAD和CAM中有兩套一樣的零件數據，造成工作上的混亂。兩者的集成能夠真正讓模型實現數字化、集成化，實現零件設計和實際生產應用的無縫對接。

3 結束語

隨著我國機械制造業技術的不斷發展壯大，中國制造業如何增強自主創新能力，樹立創新意識是當前我國的發展難題。CAD技術無疑是解決這一難題的鑰匙，它將成為機械工程設計的核心技術，是企業立足于市場的制勝利器。CAD技術的應用改善了傳統的機械工程設計理念，使其更具有突破性，優化了機械工程設計的質量，提高了機械工程設計的核心。希望CAD技術在我國能夠更廣泛的應用到機械工程設計中去，推動我國制造業的發展，使中國制造轉變為中國創造。

參考文獻

[1]張夕琴.CAD/CAE技術在機械設計中的應用[J].裝備制造技術，2012（4）.

[2]董超.Auto CAD三維制圖在機械設計中的應用[J].試驗技術與試驗機，2012（9）.

作者簡介：趙陽，男，2012年6月畢業于吉林大學，主要從事計算機輔助設計與工藝。