計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用分析

陳鵬沖 李朋陽 李寧

【摘要】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的出現(xiàn)為機(jī)械制造行業(yè)帶來了新的革命，不僅改善了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度，還縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，從而創(chuàng)造出高效、安全的產(chǎn)品。文章從計(jì)算機(jī)輔助輔助設(shè)計(jì)的重要性。以CAD在技術(shù)中的應(yīng)用為例，探討了計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助輔助設(shè)備；機(jī)械設(shè)備；應(yīng)用

CAD 主要是指，通過使用計(jì)算機(jī)的一些制圖軟件來幫助機(jī)械設(shè)計(jì)師進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的原理是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，多數(shù)是通過手制繪圖來完成設(shè)計(jì)的，在目前的機(jī)械設(shè)計(jì)中是通過計(jì)算機(jī)來完成繪圖的，不僅節(jié)省了大量的繪圖時(shí)間，還提高了繪圖效率。合理的使用計(jì)算機(jī)軟件，方便設(shè)計(jì)師進(jìn)行其他操作，使設(shè)計(jì)更加合理，也使得設(shè)計(jì)作品的質(zhì)量完成的更好。

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展和重要性

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)的前提。同時(shí)也是決定機(jī)械性能的重要因素，機(jī)械性能的好壞取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量。從狹義上來講機(jī)械設(shè)計(jì)是指在技術(shù)設(shè)計(jì)過程中，從廣義的上來講機(jī)械設(shè)計(jì)要根據(jù)設(shè)計(jì)者的要求和現(xiàn)有的條件。對(duì)機(jī)械的工作原理和機(jī)械的結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度，機(jī)械零件的形狀和大小能量的傳遞方式進(jìn)行分析。并形成具體的描述作為機(jī)械制造的工作依據(jù)。這是一個(gè)有創(chuàng)造性的工作，也是建立在成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計(jì)高質(zhì)量的機(jī)器。機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟都需要計(jì)算機(jī)的幫助，圖形的編輯和數(shù)據(jù)的計(jì)算都需要借助計(jì)算機(jī)軟件的提供支持。除了這些具體的工作可以利用計(jì)算機(jī)完成后，還可以根據(jù)圖紙沒在計(jì)算機(jī)上模擬一個(gè)模型，對(duì)產(chǎn)品的性能和受力情況進(jìn)行分析，根據(jù)出現(xiàn)的狀況進(jìn)行相關(guān)的修改不斷完善產(chǎn)品的質(zhì)量，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)加工中。

2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡(jiǎn)稱為"CAD"，它是指借助計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備來幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的一種技術(shù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已被人們廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。它在機(jī)械設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用中，有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ：

2.1 有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造的工作效率

將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，不僅可以將復(fù)雜的幾何圖形變得簡(jiǎn)單，而且還可以將復(fù)雜的運(yùn)算變得簡(jiǎn)單，從而有利于使設(shè)計(jì)師的工作變得簡(jiǎn)單，進(jìn)而有利于機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作效率的提高。同時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，還能夠使機(jī)械重組功能得以實(shí)現(xiàn)，從而促進(jìn)了新零件的開發(fā)。

2.2 方便于機(jī)械設(shè)計(jì)的修改

將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，不僅可以使新設(shè)計(jì)在舊環(huán)境下就能得以實(shí)現(xiàn)，而且還可以按照已有的其他零件的位置來進(jìn)行新零件的設(shè)計(jì)，從而大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的方便性。同時(shí)，這還可以為錯(cuò)誤零件的修改提供方便。

2.3 有利于提高機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量

隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)也獲得了巨大的發(fā)展。特別是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平的提高。又機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平直接關(guān)系到機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，能夠有效地提高機(jī)械制造產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要包括設(shè)計(jì)、建模、協(xié)同、集成、仿真五個(gè)部分。其中包括諸多內(nèi)容，例如優(yōu)化設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、分析有限元、計(jì)算機(jī)輔助畫圖、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)管理等。目前，計(jì)算機(jī)輔助繪圖已成為CAD中應(yīng)用較為成熟、完善的領(lǐng)域。最初CAD僅局限在計(jì)算機(jī)輔助繪圖領(lǐng)域，隨著理念的創(chuàng)新與技術(shù)的進(jìn)步，CAD逐步發(fā)展為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)涵蓋了概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)仿真與分析、智能CAD、接口技術(shù)、CAD/CAM集成等。一個(gè)健全的CAD系統(tǒng)，還應(yīng)該包括工程數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形程序庫(kù)、應(yīng)用程序庫(kù)等。以下將對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析：

3.1 機(jī)械零件

在設(shè)計(jì)機(jī)械零件過程中，一般涉及到大量的計(jì)算。例如，在AutoCAD、Visual Basic平臺(tái)中開發(fā)參數(shù)化繪圖軟件、直線共軛內(nèi)嚙和齒輪泵輪設(shè)計(jì)，通過人機(jī)對(duì)話方式，修改設(shè)計(jì)的參數(shù)，提高齒輪泵的應(yīng)用性能。這種方法多在設(shè)計(jì)一般性機(jī)械零件中應(yīng)用。

3.2 機(jī)械設(shè)備

設(shè)計(jì)機(jī)械模具已成為機(jī)械設(shè)計(jì)中常應(yīng)用的問題。通過了解注塑模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提高應(yīng)用CAD的優(yōu)越性，了解現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢(shì)。另外，還應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到注塑模具的冷卻系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)以及成型零件工件尺寸的設(shè)計(jì)，提高模具設(shè)計(jì)的快捷性、準(zhǔn)確性。

3.3 機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)

機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)的一部分。例如，分析并計(jì)算全液壓推土機(jī)的行駛靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，可通過VB6.0平臺(tái)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。通過該軟件，除了計(jì)算傳統(tǒng)的牽引性能之外，還同時(shí)可以計(jì)算液壓系統(tǒng)的速度、剛度、參數(shù)校核、系統(tǒng)效率等等。

3.4 機(jī)器人

機(jī)器人設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合體現(xiàn)。例如，在應(yīng)用Pro/E動(dòng)態(tài)仿真原理的基礎(chǔ)上，利用CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，憑借SCARA機(jī)器人的速度快、精準(zhǔn)度高、反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)，研究下棋機(jī)器人的手臂操作以及手掌運(yùn)動(dòng)過程、運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)特性，最終確定下棋機(jī)器人的具體尺寸與型號(hào)結(jié)構(gòu)。通過利用Pro/E動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，可確保運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)性，提高安全性、可靠性。

4. 結(jié)束語

目前CAD 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展也在進(jìn)行著創(chuàng)新，與此同時(shí)設(shè)計(jì)師也要根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新自己的理念，在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的需求。另外由于我國(guó)的CAD 水平相對(duì)其他國(guó)家還比較低，所以目前的工作任務(wù)是加強(qiáng)對(duì)CAD 的研究工作，只有這樣才能使得CAD 更好的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，更好的為人民服務(wù)。

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作者簡(jiǎn)介：陳鵬沖： 鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生

李朋陽：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生

李寧：鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生