CAD在機械設計中的實際應用研究

摘 要：隨著CAD技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為機械設計工作中必不可少的輔助工具。本文首先簡單概述了CAD技術，其次提出了幾點CAD在機械設計中的實際應用，最后分析了利用CAD進行機械設計的幾點優(yōu)勢以及未來發(fā)展方向。

關鍵詞：CAD；機械設計；圖形；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.094

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，開發(fā)出了很多功能性極強的軟件。CAD是一款輔助設計軟件，其擁有強大的繪圖、建模功能，能清晰、形象的表達設計師的創(chuàng)意。這種趨勢下，機械設計工作也逐漸應用起CAD軟件進行輔助，并取得了顯著的效果。

1 CAD技術概述

CAD意為計算機輔助設計，該項技術是采用計算機的圖形處理功能以及數(shù)值計算功能來幫助相關技術人員進行分析和設計的。該項技術的功能隨著計算機的不斷發(fā)展，也越來越豐富了，并成功用于各種行業(yè)，如在建筑行業(yè)中，利用CAD進行規(guī)劃設計等工作。

CAD由最初的系統(tǒng)發(fā)展成如今的智能CAD系統(tǒng)，是信息時代革新的結果，也是設計行業(yè)的福音。初級CAD系統(tǒng)具有簡單的輔助設計功能，但在某些方面還是有所欠缺，滿足不了人們對CAD高性能的追求。而目前的智能CAD則是結合的了人工智能技術，能夠迅速響應市場變化，動態(tài)掌握市場變化，有利于CAD技術向更廣闊的空間發(fā)展。智能CAD技術能夠解決特殊問題，滿足個性化發(fā)展要求，對設計行業(yè)來說更具有針對性。同時，隨著技術的向前推進，三維CAD系統(tǒng)也逐漸走向市場。三維CAD系統(tǒng)是從人類的思維中出發(fā)，建設三維模型，能夠有效的實現(xiàn)全部集合參數(shù)和設計構圖，通過三維模型進行分析研究，最終建立完整而有效的數(shù)據(jù)庫。技術更深層次發(fā)展，三維CAD則會向著更加開放、集成、智能化以及規(guī)范化的方向完善，這對CAD軟件行業(yè)和系統(tǒng)設計提出了更高的要求[1]。

2 CAD在機械設計中的實際應用

2.1 實體建模

進行實體建模是利用CAD進行機械設計的應用之一。設計師通過把CAD軟件提供的基礎形體進行排列組合，組成出一些簡單的機械零件。如環(huán)狀體及立方體，通過運算可以組合成常見的齒輪形狀。而這些簡單的形體交并差運算應用具有很大的局限性，一些稍微復雜的形體建模還需要運用到其他運算方式。如彎曲型的鋼管，無法把其分解成基礎圖形組合方式，或用基礎體建模相對困難。此時，可現(xiàn)在二維平面上繪畫出該形體的剖面圖，在按照特定的路線進行拉伸或旋轉，便可得出復雜的形體[2]。

2.2 多維繪圖

機械設計中，設計師需要通過繪制工程圖來表現(xiàn)出自己的設計成果，所以二維繪圖也是CAD技術在機械設計中的主要應用功能之一。現(xiàn)階段，CAD軟件開發(fā)已經(jīng)相對成熟，具有較高水準的繪圖功能，對各類圖形都可以精準繪制，并且能夠進一步加工處理。如添加文字，改變圖形尺寸等，還可以把不同類別的圖形劃分到不同圖層中，通過隱藏、凍結圖層等操作來方便設計師制圖。目前，CAD軟件逐漸朝著自動化繪圖模式發(fā)展，設計師可通過龐大的圖形符號數(shù)據(jù)庫來自動生成圖像，并且利用參數(shù)化設計自動調節(jié)圖形大小、尺寸，為機械設計工作帶來了極大便捷。

2.3 其他方面的應用

CAD技術在機械設計中不僅可以進行實體建模和多維繪圖，還有其他多個方面的應用。具體有以下幾點：（1）對工程設計進行合理分析。一方面，CAD可對不同設計成果進行比較，從而得出更優(yōu)化的設計方案。另一方面，可對模擬出接近真實的物理系統(tǒng)，從而對機械工程進行其他方面的分析工作，如工程結構是否合理、材料硬度剛度是否滿足實際需要等[3]。（2）生成設計參數(shù)和文檔說明。一些機械設計參數(shù)無法通過數(shù)據(jù)或圖像直觀的變現(xiàn)出來，此時就需要借助其他軟件，生成出這些數(shù)據(jù)的表現(xiàn)圖像，如曲線圖等[4]。

3 運用CAD技術進行機械設計的優(yōu)勢和未來發(fā)展方向

運用CAD技術進行機械設計具體可分為以下幾點優(yōu)勢：（1）效率高。CAD軟件制圖不同于手工繪圖，一個簡單的機械零件可能幾步操作就可完成，提高了繪圖效率。并且，同種圖形可以進行復制，通過放大、縮小等功能就可調節(jié)零件尺寸。（2）更精準。手工繪圖模式下，難免會產(chǎn)生一定的誤差，而利用CAD制圖，可以把這種誤差控制在最小范圍。（3）功能更多。上文所述，CAD軟件還可以分析出機械工程設計結構是否合理，選用材料是否適用，設計成果是否最優(yōu)化等。總之，CAD軟件為機械設計工作帶來了很大的便捷，同時，使機械設計不再那么抽象，便于設計師發(fā)散思維，開拓視野。

隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術的不斷發(fā)展，CAD軟件結合信息技術已成為必然趨勢。并且，在機械工程中，設計端和制造施工端的有效連接已成為提高企業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的關鍵，設計端輸出設計結果，制造施工端的數(shù)控機床接受設計結果，從而自動生成加工，使整個生產(chǎn)流水線實現(xiàn)全自動化。結合信息技術以后，機械設計必將打破傳統(tǒng)枷鎖，突破時間、空間的限制，使不同區(qū)域的設計師可以相互協(xié)作，共同參與設計。

4 總結

CAD軟件為機械設計工作帶來了極大的便捷，設計師可以通過CAD把各類創(chuàng)意表現(xiàn)出來。同時CAD軟件還具有諸多分析功能，設計師利用這些功能可以進一步優(yōu)化設計方案。近些年來，隨著CAD軟件的不斷發(fā)展，已然成為機械設計工作中必不可少的工具。

參考文獻：

[1]白晶.CAD 技術在農(nóng)業(yè)機械行業(yè)中的應用現(xiàn)狀和存在問題[J].價值工程，2010（30）.

[2]陳曉紅.基于CAD在機械設計中應用的探索性研究[J].制造業(yè)自化，2011，33（04）：49-51.

[3]徐悅.三維CAD技術對機械設計的影響分析[J].價值工程，2014（19）：51-51，52.

[4]馬波.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].電子測試，2016（06）：138，132.

作者簡介：錢廣竣（1991-），男，云南安寧人，本科，研究方向：先進機械裝備設計及加工技術、CAD/CAM集成及相關技術、數(shù)字化產(chǎn)品設計與制造、機械動力學。