論CAD在機械設計中的運用

【摘 要】在機械設計中引入CAD技術，可以解決機機械企業中重復性設計多、信息資源利用率低的問題，縮短產品開發周期，具有巨大的經濟效益和利用前景，從而創造出高效、安全的產品。常規幾何模型通常難以勝任一些復雜曲面產品的計算機輔助設計、計算機輔助制造問題，為此，提出了應用于計算機輔助設計、計算機輔助制造的基于點的幾何模型概念， 給出了基于點的幾何模型的定義及其計算機輔助設計、計算機輔助制造應用流程， 研究了基于點的幾何模型的幾何特性、計算機輔助設計方法、計算機輔助制造方法及其計算機輔助設計、計算機輔助制造系統開發方法。

【關鍵詞】CAD技術；機械設計；基本功能；應用領域；發展前景

一、基于點的幾何模型

與逆向工程的流程不同， 基于點的幾何模型的CAD/CAM應用無需建立常規的CAD模型， 具體的應用流程如圖1所示。（1）對測量產品實物方式，測量產品實物后得到表面數據點集；（2）對測量數據進行處理， 直接得到基于點的幾何模型；（3）對點模型實施系列CAD操作， 完成點型的設計修改， 得到新的點模型；（4）直接針對點模型進行CAM操作， 生成數控加工程序， 進而完成產品制造。

二、CAD的功能

CAD是一個可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過菜單選項和工具按鈕等多種方式實現。它的工具欄、菜單設計、對話框、圖形打開預覽、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預覽為用戶的繪圖帶來很大方便。

（1）平面繪圖功能。可以作用多種方式創建直線、圓、橢圓、多邊形、樣條曲線等基本圖形對象，完成對實體的繪制，并對關鍵點進行編輯操作。

（2）繪圖輔助工具。CAD提供了正交、對象捕捉 極軸追蹤、捕捉追蹤等輔助繪圖工具正交功能是幫助用戶方便地繪制水平、垂直直線；對象捕捉是幫助用戶拾取幾何對象上的特殊點；極軸追蹤功能可以使所畫斜線及在不同角度上定位的點變得更加容易。

（3）編輯圖形。CAD具有強大的編輯功能，除基本的移動、復制、旋轉、修剪、縮放操作外，可以輕松地對圖形進行陣列、拉伸、延長對象、倒角、倒圓角等操作，變幻出更多豐富的效果。

（4）標注尺寸。可以創建多種類型尺寸，并對標注的外觀自行設定。

（5）書寫文字。能方便地在圖形的任何位置、沿任何方向書寫文字，設定字體、傾斜角度及寬度縮放比例等屬性。

（6）圖層管理。圖形對象都位于某一圖層上，可設定圖層顏色、線型、線寬等特性。圖層的定義，是整個CAD軟件最為關鍵的設置，合理的使用圖層功能，既可以為繪圖工作打下良好的基礎，又可以大大提升繪圖的質量。

（7）三維繪圖。可創建3D實體及表面模型，能對實體本身進行編輯。CAD具有較強的三維功能，可以很方便的繪制軸測圖，并可進行表面著色與陰影處理，使三維繪圖功能也更加完善。

三、計算機輔助設計的發展及重要性

機械設計是機械工程的重要組成部分，是機器生產的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質量及工作性能的好壞很大程度上取決于設計質量，狹義的機械設計僅指技術性的設計過程，廣義的機械設計是指設計者根據使用要求和現有的條件，對機械的工作原理、結構、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及潤滑方法、力和能量的傳遞方式等進行分析、構思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據的工作過程。這不僅是一個創造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經驗基礎上的工作，只有將兩者結合起來，才能設計出高質量的機器。

20世紀60 年代初，麻省理工學院的一名研究生發表了題為《人機對話圖形通信系統》的論文，首次提出了交互技術及計算機和圖形符號的存儲采用分層的思想，為CAD 技術的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業的領軍人物開始認識到計算機輔助技術的重大作用，并投入重金研發。美國的IBM公司開發了以大型機為基礎的CAD 系統，該系統具有繪圖、數控編制等功能，之后有關計算機輔助設計的研制與開發接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設計的DAC-1系統，洛克希飛機公司研發的CADAM系統，適用于不同階段的飛機設計。

四、結論

計算機輔助技術能夠使設計人員對本身的設計思維中的三維建模直接設計，設計理念中存在數據集合參數與設計的思路，便能在三維建模中研究、分析如何整體設計機械的過程，讓設計數據得到統一使用，爭取分析出更理想、完善的設計思想與方案。在使用CAD技術進行機械設計時，把已經建立且完全統一的數據庫作為基礎，對整體的零部件和設計進行各方面的探析，從長遠方向來觀察，CAD技術在以后的發展道路中必定取代其他的繪圖軟件。隨著計算機技術不斷的提高，網絡信息的便利性、普及化及多媒體的使用情況，CAD技術已經慢慢朝著標準、集成、開放、智能等多方面快速發展，如何正確對待CAD技術的發展，對目前技術領域CAD繪圖軟件的開發以及企業怎樣準確的應用規劃自身的CAD技術系統，具有思考的意義。

作者簡介：閆小磊，女，滿族，1982年12月生，籍貫：吉林省吉林市；2006年畢業于吉林師范大學計算機專業 遼寧工程技術大學碩士研究生。

參考文獻：

[1]發展前景展望[M].中國校外教育，2011（12）

[2]陳建良，童水光.應用于CAD_CAM的基于點的幾何模型[M].計算機集成制造系統，2006（12）