三維CAD軟件在機械設計與制造中的應用分析

趙立勛

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

三維CAD軟件在機械設計與制造中的應用分析

趙立勛

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

隨著CAD技術的不斷發展，三維CAD軟件在機械設計與制造中的作用越來越重要。其優點就在于簡單、儲存方便和快捷等。本文從三維CAD技術概述出發，介紹了三維CAD軟件在機械設計與制造中的優勢，并對其實際應用進行總結。

三維CAD軟件；機械設計與制造；應用

隨著計算機技術的不斷發展，實現了在各行各業中的應用普及，并在三維軟件設計中發揮了重要作用，在機械設計與制造中，如果采用傳統設計和制造方式，容易浪費很多資源和時間。在機械設計和制造的創新發展中，人們通過利用三維CAD軟件，改善了傳統設計和制造方法的不足，有效提升了機械生產力。

1 三維CAD技術概述

三維CAD技術是三維CAD軟件的核心，以三維模型為基礎，經過多個發展階段而逐漸發展成型，如果在三維模型的建立中能夠達到清晰流暢，那么對二維模型建造來說，就變得非常簡單了。在機械設計與制造領域中，三維CAD技術也被人們稱之為建模技術，其主要技術內容包括：三維造型設計、圖像檔案管理、仿真圖像設計、三維模型轉換為二維模型等。在實際工作工作過程中，想要保證三維CAD技術有效實施，就必須保證幾何圖形的形狀和性能達到一定要求。目前，在機械設計與制造過程中運用三維CAD技術，主要是進行圖紙繪制和對產品虛擬和仿真設計，有效提高產品質量。因此，對于機械設計與制造領域來說，牢牢掌握三維CAD技術是所有工作人員必須具備的一種能力。

2 三維CAD技術在機械設計與制造中的應用優勢

在機械設計與制造過程中，在工作之初都會對作品有一個最初遐想，然而因為技術手段有限，工作人員很難在圖紙上將其整體呈現出來，對于技術比較先進的工程來說，可能會繪制出二維模型。但隨著三維CAD技術的不斷發展，并在CAD軟件輔助作用下，讓三維立體技術成為現實。通過該技術的應用，可以讓工作人員對作品的遐想變成現實，更有利于設計者進行直觀的檢查工作。另外，在機械設計與制造過程中，還可以通過三維CAD技術實現模擬裝配和模擬運轉，可以讓作品的功能在設計之前就能得到很好展現。

3 在機械設計與制造中三維CAD技術的具體應用

3.1 在設計方案形成過程中的應用

在機械設計與制造工作開始之前，首先需要確定好設計與制造過程需要哪些零部件，隨后對這些零部件進行加工和重組，按照設計和制造要求對所有零部件進行排列組合，確定最終設計階段的設計方案。在方案設計過程中，需要利用三維CAD技術中的編輯功能，把系統中原本獨立的一些零部件進行重組，來充分滿足設計者的設計要求。在排列過程中，如果遇到結構較為復雜的零部件，可以根據零部件自身結構，運用三維CAD技術將其拆分或者旋轉，使其變成符合設計意圖的新部件，確保三維設計與制造方案順利形成。與此同時，在運用三維CAD技術中，不能忽略三維CAD軟件中的其它功能，比如說平面設計、數據分析等，通過這些功能的使用，可以實現對應用數據的管理和使用，確保設計方案按時完成。

3.2 在建模過程中的應用

在三維CAD技術運用過程中，可以將機械設計方案通過三維立體圖像直觀顯示出來，便于工作人員對產品進行深刻了解，也能將方案中存在的不足有效顯示出來，并配合工作人員對合計方案進行改正，所以說，三維CAD技術在機械設計與制造過程中的建模工作中得到重要應用。而在建模工作中，主要有以下幾種應用模式：表面模型、實體模型以及線框模型。在CAD本身軟件中，就帶有一部分基本圖形，比如說圓形、球形以及圓柱體等等。CAD軟件在工作過程中首先對零件進行外形分析，隨后再根據外形不同，將零件分成幾個不同的基本體，再通過三維CAD技術來進行建模工作。上述建模方式是針對結構簡單的零部件建模方式，如果遇到復雜結構的零部件時，三維CAD技術也會根據設計人員的意圖進行布爾運算，從而實現零部件的合理分布和排序，并在最終得到三維模型，保證建模工作順利開展。在所有實體建模工作全部完成之后，根據分析其中運行資料，CAD軟體就會發揮出三維編輯功能，并根據系統中的零件位置和具體坐標，繪制出實體裝配圖，以保證裝配工作能夠順利開展。

除此之外，三維CAD技術在對零部件質量檢查過程中也能發揮重要作用。在CAD軟件中，一般都會配有資源查找器，相關工作人員可以根據這種功能，對零部件進行動態回放，將零部件整體造型和制作過程全部演示出來，及時發現設計和制造過程中存在的問題，并做好預防和改正措施。另外，在機械設計與制造過程中，有些設計必須在保證原裝情況下，才能完成設計工作，這對于傳統設計制造方式來說，是一個巨大考驗。但是通過三維CAD技術的使用，能夠將左右相鄰零部件很好結合在一起，實現了在這種復雜裝配條件進行相關工作操作，將裝配成功率大幅度提升。

3.3 在C A E軟件中的應用

在機械工程設計過程中，很多情況下都會應用到計算機輔助工程，CAE軟件就是其輔助工程中的一種，具有優化產品設計、縮短設計和分析周期等功能。對于機械設計與制造來說，此軟件就是針對優化結構設計來提升整體制作效率，并在數據經過對比和分析之后，制定出最合理的設計方案。對于CAE軟件來說，三維CAD的應用體現在模型建立之后，以模型為基礎進行分析，當然，CAE軟件會通過三維CAD技術得到零部件的具體尺寸和造型，從而得到零部件的實際設計和制造尺寸。這樣，可以有效提升機械設計與制造效率，同時降低了關鍵零部件的損耗情況，對機械設備的使用期延長起到很好推動作用。

4 三維CAD技術未來發展趨勢

隨著科技水平的不斷進步，三維CAD建模技術經歷了從線框建模到實體曲面建模，再到特征建模的發展過程，又逐漸向直接建模、實體建模等多種建模技術發展。越來越多的三維CAD系統擁有了自己的集成化數據管理以及機電協同一體化功能，最終形成了新的三維CAD發展趨勢。

4.1 三維CAD技術將會更加規范

三維CAD技術規范化發展是未來機械設計與制造行業不可缺少的發展動力，而且更加接近與機械行業未來發展規律。單純從CAD技術發展角度考慮，如果技術發展過于單純，在實際工作中并不能起到太多促進效果，尤其是在與機械設計與制造相結合過程中，需要注重與現實機械制造相結合，來突出自己的作用。在機械設計中，三維CAD技術的規范化發展主要體現在以下幾個方面：數據模型標準化、交換格式規范化以及計算機輔助資源規范化。在實際三維CAD技術運用過程中，應該根據總結機械設計與制造中的特點，著重開發STEP體系，在這種體系中包含了很多解機械工程數據和幾何模型建設思想，已經成為了三維CAD軟件開發中主要指導系統，如果將CAD技術和STEP體系充分集合在一起，能夠有效解決機械設計與制造過程中的參數化模型建立和傳輸問題。

4.2 三維CAD技術將會更加集成

通過在機械設計與制造領域中的應用總結，三維CAD技術在應用過程中并不是一種孤立技術，但在實際設計制造過程中，這種孤立情況存在被無限放大的可能。在三維CAD技術設計過程中，不僅集成了計算機、外圍設備、數據庫等多個領域技術，同時還實現了計算機輔助制造、管理信息系統、制造資源管理系統等多個系統的系統集成。隨著網絡科技的不斷發展，越來越多技術集成在三維CAD技術中，讓CAD軟件功能更加完善，對機械領域生產力提升有較大促進作用。

4.3 三維CAD技術將更加智能

三維CAD技術的形成，主要是人們將實踐經驗進行整合，通過計算機網絡編程技術，從而實現智能化應用。在上述過程中，由于計算機具有較強識別和判斷信息能力，從而對三維CAD的建模工作起到重要推動作用，尤其加深了在機械設計與制造領域的應用。隨著科技的迅速發展，三維CAD技術通過軟件的輔助，并不是只能進行建模和畫圖工作，在機械設計和與制造領域中的參數設計和零部件造型中也會逐漸使用三維CAD技術。而且在未來，三維CAD軟件能夠在最大程度上收集工程中的數據，并將數據在模型中全部體現出來，從而讓工作人員在使用CAD軟件時操作更加便捷，工作效率也得到了有效提升。

5 結語

綜上所述，三維CAD技術由于自身性和安全性等優勢，被廣泛能應用與機械設計與制造中，對產品質量以及生產力的提升具有較高促進作用，隨著科學技術的不斷發展，三維CAD技術還會在機械領域中得到更廣泛應用，其自身作用也會得到明顯提升。因此，對于機械設計行業來說要做到對三維CAD技術的積極引入，保證自身發展。

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1671-0711（2017）10（上）-0147-02