探索機械設計中CAD技術的運用

【摘 要】隨著科學技術的不斷進步，機械設計中CAD技術也快速發展，CAD技術幫助機械企業解決了重復性設計多、信息資源的利用率低等問題，而且還可以大大縮短產品的制造工期，從而給機械企業帶來巨大的經濟效益。本文淺析CAD技術在機械設計中的優點、運用和發展。

【關鍵詞】機械設計；CAD技術；優點；運用

0.引言

隨著科學技術的不斷進步，CAD應用軟件也逐漸被推廣。CAD指計算機輔助設計，是設計人員利用計算機及其圖形設備進行輔助設計的一種技術。在機械設計中應用CAD技術將機械產品的研發、設計、分析、制造與技術管理等結合在了一起，不僅提高了工作效率，對于企業而言也具有巨大的經濟效益。

1.CAD技術系統的形成

CAD技術系統包括兩部分即硬件和軟件。其中硬件系統指計算機輔助設計技術的物質基礎；軟件系統則是指計算機輔助設計的核心技術，系統所具有的功能就取決于軟件系統。

2.機械設計中較常見的CAD技術

CAD技術在機械設計中的主要應用于零件與裝配圖的實體生成、CAD/CAM、CAE軟件的應用等方面。CAD技術的更新換代， 徹底突破了傳統的設計方式的套路，吸收了現代先進的設計理念， 推動機械行業的迅猛發展。

（1）從零件的實體生成的裝配圖的實體生成的角度上看，CAD有邊框模型、外形模型和實體模型這三種建模方法。大多數能夠實體建模的CAD軟件中，都包含若干基礎得體系。比如說， AUTOCAD 的三維立體的實體模型的模塊中，系統具有立方體、圓柱體、圓錐體、球體、環狀體和楔形體這六種最基礎的體系。還能對單一的零部件做結構分析，把它們分解成一些基本的體系，把基礎體系做好三維實體造型后，再使用布爾運算法做差、并、交運算，就可以完成零件的三維實體造型。當零部件的實體模型構造完畢后，運用機械運轉研討過程中的信息，需要運用CAD軟件的三維編輯功能，在運行的某個位置，根據各零件所在的坐標進行“裝配”。

（2）模具CAD/CAM的集成制造。隨我國科學技術的不斷發展進步， 對機械設計和制造業的生產技術要求也越來越高，設計和制圖也從人工發展到CAD/CAM/CAE，機械設計正在向數字化和計算機化方向發展。與此同時，模具 CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術等得到普遍推廣和使用，廣泛適用于機械設計和制造行業中。真正科學的CAD/CAM軟件系統包括三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析和動態顯示等多個功能模塊。這些功能模塊要根據工程數據庫要求進行統一的管理，而工程數據的主要來源之一就是實體造型。

3.CAD技術在機械設計中的優點

3.1縮減機械設計時長

采用三維CAD系統軟件，既能在裝配過程中設計新零件，還可以利用相鄰零件的間隙和形狀設計出新的零件，充分利用，而且還確保了新零件與相鄰零件的精確配合，有效避免了單獨設計的零件錯誤而導致后期裝配的失敗。總而言之，三維CAD技術，不僅縮減了機械設計的周期，還大大地提升了設計水平和生產效率。采用三維CAD系統開發設計新機械時，只需重新設計和制造其中的若干零件，剩余的大部分零件的設計和制造都可以按照的之前參數，這樣一來就把機械設計的效率提高了3至5倍。而且三維CAD系統還具有高度變型設計功能，可以進行快速重構，短時間內設計出一種全新的機械產品。

3.2 CAD技術裝配零件方便直觀

采用不同的裝配系統能把各個機械零件裝配起來。裝配時，資源查找器中的裝配路徑查詢器可以記錄各個機械零件間的裝配關系，如果裝配錯誤或者產生干擾，查找器立馬就會顯示，此外還可以對零件的裝配進行靜干涉的檢測，若出現干涉就可以及時對零件等做出糾正，確保設計的可實用性和正確性。同時，還可以隱藏零件，隱藏了外部零件之后，就能清晰地看到內部的裝配構造。在整個機器或某個部件裝配模型完畢后還可以進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢測行程是否達標，還可以檢驗出在靜態下不發生干涉而在運動中出現碰撞零件，然后及時改進和優化設計，確保設計的確實可行，杜絕機械產品制造完成后才發現問題甚至報廢，要避免給制造企業和使用單位帶來經濟損失。

3.3提高機械產品的技術含量

因為機械產品需要信息技術做基礎，同時采用CAD設計方法和CIMS組織進行設計與制造，大大提高了機械產品的技術含量和質量保障，使機械設計有了新發展。三維CAD技術使用科學的設計方法，利用優化和有限元受力分析，從而保證了產品的設計質量。同時，大型制造行業數控加工手段也在不斷完善，再利用CAD/CAPP/CAM技術對機械零件進行加工制造，保持一致性，提高了制成品的質量。

4.機械設計中CAD技術的運用

4.1零件的實體生成

通過CAD技術進行機械設計，其建模方法有線框模型、表面模型以及實體模型三種。而許多具有實體建模功能的CAD軟件都含有一些基本的體系，比如立方體、球體、圓柱體、圓錐體、球狀體以及錐形體等。對于有些簡單的元件來說，首先可以對它進行結構分析，其次使其被分解為若干基本體，然后在對已經被分解的基本體進行三維實體造型，最后進行交、并、差等布爾運算就可以使零件的三維實體模型得以生成。可是對于復雜的零件來說，想要把它分解為若干個基本體是很有難度的，并且在分解后產生的基本體過多對零件的實體建模也是比較有難度的。由此看來，在復雜零件的構思中，只采用軟件中自身攜帶的基本體來完成三維實體的造型要求是很艱難的。所以說，我們首先可以利用二維幾何元素定義零件的截面輪廓，然后就可以在三維實體的造型中通過拉伸、旋轉等操作得到新的“基本體”，最后對其進行交、并、差等布爾運算就可以完成三維實體造型。

4.2裝配圖的實體生成

在進行零件實體構造后，可以使用機器運動分析中的信息，在運動的某一環節依據各零件的標準坐標對其進行裝配，在進行裝配時可以采用CAD軟件中的三維編輯功能。

4.3設計技巧

4.3.1圖紙設計

圖紙對于設計非常重要，在CAD制圖中也是一樣，圖紙設計是否合理直接影響到制圖的質量。所以，CAD制圖中的圖紙制定的要求很多：首先，圖層數越少越好。圖層數太多的話會致使設計圖的運行周期太長，圖層數太多就會導致文件占用的空間過大，也不利于圖紙的修改。因為，圖紙制定過程中應該根據一定的規律和順序做分類與排放，最后實現合理利用圖層的目的。其次，在選擇圖像的顏色的時候要慎重思考。所以在圖像顏色的選擇上，如果不是最終的效果圖，就不要選擇配色系統和真彩色中的顏色。

4.3.2比例方面的設置

運用CAD軟件制圖的過程中，為了及時發現和糾正尺寸不對的地方，最好使用1：1的比例進行標注，在設計中標注尺寸會方便運用，它可以自動測量出尺寸數字，一旦出現錯誤就會與規定數字尺寸相對比，準確的對比得出清晰的結果。此外，CAD軟件制圖也有利于調整圖與圖之間的形式和換算等，能很快的縮小和放大圖紙的比例。

5.結語

改革開放以來我國科學技術的不斷進步與發展，人工智能、數據庫分析技術、信息集成、交換技術的成熟、信息傳輸標準的制定、運用與改進， CAD技術也不斷改進，并且在運用過程中取得了巨大成效。

【參考文獻】

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