機械設計中三維CAD技術的實踐應用

黃磊?凌鵬

摘 要：CAD技術是機械設計領域應用相對較早的計算機應用技術，而此項技術在機械設計應用中受到信息技術發展的影響，其應用手段及功能也在不斷發生著變化。本文就三維CAD技術優勢進行了詳細討論，并對其在機械設計中的具體應用方法進行了闡述，并對三維CAD技術在新時期的發展趨勢進行了簡要分析。

關鍵詞：機械設計；三維CAD技術；應用

三維參數CAD技術使機械制造領域的產品設計方法發生了巨大的改變，它不僅有效提高了機械設計水平與設計效率，同時也大大縮短了機械產品的研制周期和開發周期。因此，三維CAD技術是我國機械制造企業在發展中的必然趨勢，對促進我國科學技術現代化和工業現代化發展有著重要意義。

1.機械設計中三維CAD技術的應用優勢

（1）機械產品設計更加直觀。傳統的機械產品設計方法很難在紙上將產品繪制出立體效果，而三維CAD技術運用到機械產品設計領域后，可以將機械產品以一種立體的實體效果展示給客戶，并可以讓設計人員更直觀地對產品設計進行檢查，通過三維CAD技術實現對機械產品的模擬裝配及運轉，讓機械產品在設計階段可以更加接近實際運用。

（2）實現機械產品參數化設計。傳統的計算機輔助設計技術如果要進行畫圖修改需要重新繪制，但機械產品從設計階段到生成完整作用階段需要經過多次修改，這便導致機械產品設計的周期與開發周期延長。而三維CAD技術自身就帶有參數化設計與變量化設計板塊，可以根據設計人員的實際需求對產品整體進行自動修改，如果產品中的某個零件尺寸在設計中發生了改變，則三維CAD軟件會對機械產品的其他零件尺寸做出合理的調整。

（3）實現零部件的優化設計。機械產品零部件在設計過程中可以采用三維CAD技術對其進行有限元分析，將經過參數化的零部件輸入到有限元網絡中進行受力變形、振動、形狀優化等分析處理，如果在有限元分析過程中發現零部件的參數與產品的實際要求不符，則三維CAD軟件會對機械產品零部件進行計算與重新設計，這對提高機械產品在使用中的可靠性有著重要意義。

2.三維CAD技術在機械設計中的實際應用

（1）模具CAD的集成制造。我國機械制造領域的生產技術正在向現代科技化不斷轉變，而CAM、CAD、CAE設計制圖已成為機械產品設計領域發展的必然趨勢。模具CAD/CAM激光快速成型技術已經得到了廣泛應用，而三維CAD軟件在發展中也融合了曲面造型、有限元分析、仿真模擬等功能，將三維繪圖、數控加工等功能模塊逐漸融入到三維CAD軟件系統中，并在工程數據庫的支持下可以有效提高機械產品設計數據的利用效率。

（2） 機械產品零部件的實體建模。模擬、仿真、生成三維立體實體模型是三維CAD技術的一大創新，通過這一技術，可以根據設計人員對產品零部件的設計進行實體建模，在獲取零部件在某一機械產品運動的特定位置后，可以獲取該零部件在機械產品運行中的相關參數資料，并根據不同零部件在機械產品設計中的坐標進行裝備，而三維CAD軟件系統中的三位編輯功能可以模擬這一全過程，幫助設計人員了解機械產品零部件設計中的不足之處，并通過零部件在機械產品模擬運行中的表現對其進行優化設計與完善。三維CAD軟件在實際應用中可以對較為簡單的零部件進行自動分析，將零部件設計分為若干個基本體并對其進行三維實體建模，并通過計算機對零部件進行布爾運算，這樣就可以幫助機械產品設計人員更便捷地對零部件進行分析。

（3）CAE軟件在機械產品設計中的應用。現階段CAE系統在發展中已融合數據分析、運動學仿真、優化設計、使用壽命估算、設計強度評價等多項功能，當機械產品設計運用三維CAD技術進行處理后，可以使用CAE系統對機械產品設計進行其他方面參數上的分析與優化。

3.結語

三維CAD技術在實際應用中可以將產品設計利用直觀的角度展現出來，并可以滿足機械產品設計中對參數化設計與變量化設計的要求，同時也可以對機械產品零部件進行有限元分析，并在設計人員的操作下對機械產品進行整體優化設計，這不僅有效縮短了機械產品設計中的設計周期與開發周期，同時也對提高機械產品設計質量有著重要意義。

參考文獻：

[1]張 鋒，龐應周.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].科技致富向導，2010（10）.

[2]李秋娟，張 兵.論CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的新發展[J].化學工程與裝備，2010（03）.

（作者單位：黃 磊 浙江農林大學；凌 鵬 浙江海洋學院）