CAD技術在工業零部件設計中的應用及發展*

李 熠

(甘肅建投裝備制造有限公司，甘肅蘭州 730050)

0 引言

計算機輔助設計簡稱CAD，是利用計算機強大的計算功能和高效的繪圖處理能力，輔助工程設計人員對產品進行設計分析、修改和優化。它綜合了計算機知識和工程設計知識，隨著計算機硬件性能和軟件功能的不斷提高而逐步完善。目前在繪圖領域，以美國Autodesk公司開發的AutoCAD軟件應用最為廣泛。它具有強大的繪制平面圖形和三維圖形、尺寸標注、圖形渲染及圖形輸出功能，利用它能方便、快捷、準確的繪制出要求的圖形。CAD技術應用比例最大，為實現無圖紙制造提供了可能，設計人員以計算機為工具，對產品進形設計和繪圖，既降低了勞動強度，也提高設計質量和效率。

1 AutoCAD繪圖軟件進行機械設計的優點

1.1 設計工具集中化

計算機作為設計工具代替了傳統設計工具，如圖紙、筆、直尺、圓規、三角板等。其工作界面顯示了常用的繪圖命令、編輯命令和標準工具條，只要鼠標點擊所需命令就可以進行圖形繪制，其他命令可通過菜單直接調用。

1.2 提高工作效率

計算機是善于復制和修改的能手，可減少大量的重復性工作，提高作圖速度。改變了傳統手工作圖中既費時又費力的缺點，無需在制圖之前進行大量的準備工作，改變了手工修改圖紙擦出和重新繪制的繁瑣過程。只需要設計人員熟練掌握軟件的操作方法，熟悉其命令的用法并能將其靈活應用就可以了。

1.3 管理方便

利用計算機軟件對圖形可進行不留痕跡的修改，傳統的圖紙修改往往會影響圖紙的美觀性及清晰性。圖紙的保存方便永久節省空間，只需要建立合適的文件夾和正確的文件名，將相關聯的圖形文件集中管理，便于查找和改進。改變了傳統圖紙保存容易破損的命運，并節約了圖紙所占的儲存空間［1］。

2 CAD技術在機械生產中應用的優點

2.1 提高質量

應用CAD技術可以提高產品設計的質量，縮短設計周期，可及時發現設計問題，無需對著大量的圖紙尋找相關要素。產品設計者只需考慮產品設計的結構、功能是否滿足要求，不需花費大量時間和精力去考慮設計圖紙的線型、剖切位置等設計要素。可通過三維CAD與二維對的相互轉換功能，直接由三維自動生成符合國家標準的二維視圖，利用設計中心可方便的完成裝配圖的繪制。

2.2 節約成本

利用CAD技術可以降低產品裝配修改次數，提高生產效率。對有些加工精度要求特別高的制造業，產品數量大、規格種類多，應用三維CAD設計軟件裝配，可直觀地反應各組成零件的配合情況，也可以通過觀察模擬裝配的運動過程，及時發現問題并做以糾正，不僅提高了裝配裝設計的準確性，而且減少了修模次數，從而節省了生產成本。

2.3 靈活性、便利性高

利用三維CAD技術可以快速完成裝配體的變型設計，因為所有零件模型均以數據的形式儲存在計算機中，只需在其基礎上，根據系列產品的不同要求進行結構的修改、增加、刪除，就可以準確地完成新裝配的設計。利用三維CAD的設計軟件高級渲染功能和仿真模擬動畫輸出功能，把已經設計出的產品和各零部件模型以實體結構真實呈現，或者將產品各構件之間的運動關系以仿真動畫形式表現出來，模擬產品的實際工作狀態。客戶通過觀察零件效果圖和裝配運動動畫，可更深刻了解產品的結構和功能，彌補利用傳統圖紙進行描述所帶來的不便，有助于產品銷售，樹立企業品牌形象［2］。

3 機械制圖中三維向二維轉換的案例

以繪制軸承座為例，設計者可根據設計要求在AutoCAD三維繪圖環境中進行建模，獲得如圖1所示的效果圖。為了加工方便，利用關聯關系，將三維模型直接轉換為二維視圖，其轉換過程如下:打開模型空間，將左下角移至坐標原點(0，0，0)，轉換至布局并雙擊視口內部，調出實體工具欄和視圖工具欄。

圖1 CAD繪制的軸軸承座三維效果圖和三視圖

將當前視口轉換為頂視圖，點擊“設置輪廓”命令，再選中實體，確認后三次回車，這樣就生成了主視圖，用相同的方法完成俯視圖和左視圖的繪制，此時生成的三個視圖不在同一平面上，應用“對齊”命令將其修改至同一平面，就成功的完成了軸承座三視圖的轉換。在生成的二維圖形中完成剖視圖，然后進行尺寸標注和必要的文字注寫，完成如圖2所示的圖形。整個繪圖過程只需要正確進行軸承座的建模操作，掌握三維向二維轉換的方法和技巧，就可以快速的完成軸承座零件圖的繪制。這樣既節省了設計時間，也大大提高了作圖的準確率。繪出的圖形清晰，結構明確，方便了后續的加工，加工技術人員可以結合三維模型結構正確操作。

4 CAD技術應用的發展趨勢

我國制造業的設計思路由中國制造轉向中國創造，CAD技術在產品創造設計中起著舉足輕重的作用。具有先進的設計理念的產品在企業競爭的浪潮下才具有生命力，隨著計算機應用技術不斷完善，信息處理的智能化，CAD技術的應用前景廣闊。

4.1 集成化

CAD技術的集成化體現多角度、多層次。利用現代數字化和信息化技術可以實現CAD系統內部各模塊之間的集成，或者是多個CAD系統之間的集成，也可以是機械設計領域中CAD與CAPP、CAM之間的集成。對產品開發的整個生命周期的進行集成化，即把計劃、構思、設計、仿真、制造、組裝、測試以及文檔生成等各個環節集成到一個統一的系統中，實現系統資源和信息共享，提高系統管理水平和運行效率。

4.2 智能化

設計本身是一個含有高度智能的創造性活動，智能CAD是發展的必然方向。CAD技術智能化是一種新型的高層次計算機輔助設計技術。它將人類智慧與CAD技術相結合，使計算機具有支持設計人員的設計思維、推理決策及模擬人的思維方法與智能行為的能力，從而把設計自動化推向更高層次。用智能設計，智能制造系統去創造性指導解決新產品，實現創造性設計［3-4］。

5 結語

只有不斷探索、開發和創新，才能更充分發揮軟件的功能和作用，高效、精確地繪制符合國家標準要求的機械圖樣。同時CAD技術在生產中正扮演著重要角色，為了使我國的CAD技術在將來能趕上發達國家的水平并能同步增長，必須加強CAD技術的開發研究［5］。展望未來，計算機技術的發展是無止境的，每一位工程設計人員都將以此先進的技術為手段，在各自崗位上發揮最佳能力，并以熱忱的服務、優質的設計、敬業的精神，為工程設計行業做出貢獻。

［1］ 趙國增.計算機繪圖——AutoCAD2004［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 王曉光.張 華.CAD技術在工程設計應用中的雙重性［J］.內蒙古科技與經濟，2007(8):283-285.

［3］ 單春陽.CAD技術在工程設計中的應用［J］.中國高新技術企業，2015(4):52-53.

［4］ 張 磊.劉東學.杜 剛.機械CAD發展方向［J］.化工裝備機術，2004(1):60-62.

［5］ 馬書生.AutoCAD技術在隧道施工中的運用［J］.陜西水利，2008(z2):44-45.