小議機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的應(yīng)用

言昱

【摘 要】隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)發(fā)展也取得了迅速進(jìn)步，CAD逐漸在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中占有重要地位。本文概括了CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和不足以及CAD 技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，目的是在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD應(yīng)用起到一定的參考意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；CAD技術(shù)；應(yīng)用

0 前言

CAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖，是借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)的建立、修改、分析或優(yōu)化的過(guò)程。CAD系統(tǒng)就是CAD軟件一定要有硬件來(lái)支持它才能有實(shí)際意義。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，CAD能夠?qū)⒏鞣N設(shè)計(jì)信息都能夠存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)之中，并且支持快速的檢索和處理技術(shù)，改變了整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)。目前，CAD經(jīng)過(guò)了多次的優(yōu)化設(shè)計(jì)，多出了繪畫(huà)的功能，并且對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方法更加靈活，還達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、工作效率提高的目的。

1 CAD技術(shù)及其系統(tǒng)的組成

1.1 CAD技術(shù)的總述

CAD技術(shù)主要是以計(jì)算機(jī)為載體，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算以及對(duì)圖形的處理，來(lái)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品分析，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到理想的效果。CAD是結(jié)合人和機(jī)械的最優(yōu)特性共同進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種新設(shè)計(jì)方法，從而使人和機(jī)械的最好特性聯(lián)系起來(lái)。人將運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)與判斷能力通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)或圖形顯示的方式進(jìn)行來(lái)控制整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，讓人和計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信息交流，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，CAD與計(jì)算機(jī)繪圖不是等同的，計(jì)算機(jī)繪圖只是使用圖形軟件和硬件進(jìn)行繪圖及有關(guān)標(biāo)注的一種以擺脫繁重的手工繪圖為其目標(biāo)的方法和技術(shù)。

1.2 CAD技術(shù)的發(fā)展及其系統(tǒng)的組成

CAD技術(shù)被稱(chēng)為交互式圖形學(xué)研究計(jì)劃。當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)的使用還不是很廣泛，需要投入較高的費(fèi)用，只有一些實(shí)力雄厚的大公司，采用了這個(gè)PC技術(shù)在CAD機(jī)出現(xiàn)之后，CAD技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，開(kāi)始出現(xiàn)了以研究CAD技術(shù)，從事CAD解決方案的專(zhuān)業(yè)公司。當(dāng)前，在科技的推動(dòng)下，技術(shù)的使用范圍在不斷地?cái)U(kuò)大，具有更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

CAD系統(tǒng)也是由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)共同組成的，在硬件方面，它包括了工程工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、圖形輸入輸出設(shè)備等。在軟件方面，它主要包括了CAD軟件以及相關(guān)的輔助模型。

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

隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和推廣，CAD的功能更加全面，應(yīng)用的范圍、領(lǐng)域更加寬廣。CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中更加頻繁。筆者認(rèn)為CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有以下幾點(diǎn)：

首先，在機(jī)械設(shè)計(jì)中進(jìn)行二維繪圖。這是機(jī)械設(shè)計(jì)中最為常見(jiàn)的應(yīng)用方式，主要用于取代之前的手工繪圖。這是技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中最為常見(jiàn)的一種應(yīng)用方式，圖形和數(shù)據(jù)這兩方面信息的處理我們?cè)O(shè)計(jì)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題，具有廣闊的使用前景，改變了傳統(tǒng)的主要以手工方式的繪圖設(shè)計(jì)。

其次，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。通常情況下，同一個(gè)系列或者類(lèi)型的機(jī)械零部件，具有結(jié)構(gòu)相似性。只是需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)尺寸的大小進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，借助參數(shù)化設(shè)計(jì)方法構(gòu)建圖形程序庫(kù)，在將圖像調(diào)出之后對(duì)其尺寸進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，能夠得到一個(gè)新的設(shè)計(jì)圖形。

再次，分解圖形，建立相關(guān)的符號(hào)庫(kù)。符號(hào)庫(kù)即通過(guò)分解較為復(fù)雜的圖形，獲取一系列相對(duì)簡(jiǎn)單的圖形或符號(hào)，并將其存放在庫(kù)中，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)取，在對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的編輯及調(diào)整之后在相應(yīng)的圖形中將其插入，為圖形設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展創(chuàng)造了便利條件。使得設(shè)計(jì)者在利用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)繪圖時(shí)能夠更加簡(jiǎn)單，更加得心應(yīng)手。

最后，進(jìn)行工程分析。一般情況下，實(shí)踐中較為普遍的是有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及動(dòng)力學(xué)分析等。采用得比較多的分析方法包括有限元分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)分析法以及動(dòng)力學(xué)分析法等。除此之外，特定的設(shè)計(jì)對(duì)象還對(duì)應(yīng)有專(zhuān)屬的工程分所問(wèn)題，例如開(kāi)展注塑模設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要流塑、冷卻以及變形等分析。另外，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)品安裝或者使用，可以更好的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有可能存在的問(wèn)題，便于提前優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及缺陷

3.1 優(yōu)點(diǎn)

第一，充分利用人類(lèi)的思維程序。與人的思維相適應(yīng)在機(jī)械設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，一般都是需要先進(jìn)性構(gòu)思，然后再通過(guò)各種形式來(lái)進(jìn)行表達(dá)的，由于在其腦海之中，產(chǎn)品的形狀是立體的，設(shè)計(jì)人員可以將主要精力集中于產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，與創(chuàng)新意識(shí)相符，便于設(shè)計(jì)工作的連續(xù)進(jìn)行。

第二，便于進(jìn)行設(shè)計(jì)及修改工作。借助三維CAD軟件，不但能夠進(jìn)行機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)工作，而且可以以周邊零部件具體位置以及形狀為主要依據(jù)進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)工作。既能夠使機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)工作開(kāi)展更加便利，又能夠有效防止出現(xiàn)，還能夠借助資源查找器還可以將零部件造型的整個(gè)過(guò)程以動(dòng)畫(huà)的形式展示出來(lái)。

第三，機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量得以提升。將機(jī)械產(chǎn)品和信息技術(shù)結(jié)合起來(lái)，并借助CAD技術(shù)以及CIMS對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行組織，從而推動(dòng)了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的順利推進(jìn)。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算的便捷性，從而促進(jìn)設(shè)計(jì)效率的提升；實(shí)踐中所需的數(shù)據(jù)，可以根據(jù)儲(chǔ)存的信息修改設(shè)計(jì)的結(jié)果，節(jié)約了大量的時(shí)間，避免了設(shè)計(jì)師進(jìn)行重復(fù)勞動(dòng)。

3.2 缺陷

第一，CAD技術(shù)并沒(méi)有全面應(yīng)用于設(shè)計(jì)的領(lǐng)域。雖然CAD技術(shù)的出現(xiàn)使我們脫離了傳統(tǒng)的繪圖方式，節(jié)省了時(shí)間和精力，但這并非真正意義上的設(shè)計(jì)。當(dāng)前，許多利用CAD軟件的公司和單位并不是為了設(shè)計(jì)而運(yùn)用它，更多的是用它來(lái)獲取效果圖，這使得 CAD 的作用大打折扣，對(duì)CAD軟件的應(yīng)用缺乏整體性和目的性。

第二，CAD技術(shù)缺乏專(zhuān)業(yè)的人才。雖然運(yùn)用CAD軟件的人很多，但其中真正掌握CAD技術(shù)的人很少，大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員在運(yùn)用CAD軟件的時(shí)候并沒(méi)有接受過(guò)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)訓(xùn)練。因此，不能充分運(yùn)用CAD軟件的功能，在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)一些缺陷。況且，現(xiàn)如今CAD的功能會(huì)越來(lái)越多，操作CAD軟件也會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，因此想要真正的掌握CAD技術(shù)會(huì)變得更加困難。

4 技術(shù)的未來(lái)前景

CAD技術(shù)在今后的一段時(shí)期將會(huì)朝著集成化、智能化、綠色化以及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，系統(tǒng)的實(shí)用性以及實(shí)際操作的便捷性也會(huì)相應(yīng)提升，成本價(jià)格會(huì)逐步下調(diào)。可以預(yù)見(jiàn)，CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中將會(huì)發(fā)揮更大作用。在過(guò)去以及未來(lái)，設(shè)計(jì)、制造、施工以及生產(chǎn)和工程管理之間存在著較為密切的關(guān)系，為促進(jìn)工作效率的進(jìn)一步提升，需要將CAD和CAM進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)CAD、CAM一體化的順利實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

CAD技術(shù)能夠?qū)⑷藗冏陨淼乃季S轉(zhuǎn)化為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使得頭腦中的立體構(gòu)架在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下得到三維實(shí)體造型。通過(guò)CAD技術(shù)，可以計(jì)算出對(duì)機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械數(shù)據(jù)，還可以直接修改數(shù)據(jù)，達(dá)到設(shè)計(jì)愈加完善，理性化設(shè)計(jì)方案。隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷完善，CAD技術(shù)正在逐步全面發(fā)展且未來(lái)發(fā)展前景良好，對(duì)我國(guó)CAD軟件行業(yè)的開(kāi)發(fā)和行業(yè)使用都具有十分廣闊的意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]林黎明.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2006（14）.

[責(zé)任編輯：曹明明]