三維CAD技術在機械設計中的應用探究

張建巧

摘 要：CAD是計算機輔助設計，三維CAD技術則是更為深入的一種輔助設計技術，在機械設計中有較為廣泛的應用。基于此，筆者從三維CAD技術的概念與作用出發，分析了機械設計中三維CAD技術的具體應用，主要包括方案形成、方案建模以及機械CAE這三個方面，本文最后分析了三維CAD技術在機械設計中的應用趨勢，意在幫助設計人員有效應用三維CAD技術進行機械設計。

關鍵詞：三維CAD技術；機械設計；CAE

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0189-01

前 言

對于機械制造行業而言，要想確保機械產品具有較強的性能，需要能從機械設計環節出發，提高機械設計方案的科學性與合理性。在傳統的機械設計工作中，設計的工作量大且效率低下，設計方案的效果也不夠直觀，根本不能滿足用戶對機械產品的需求。三維CAD技術的應用有效解決了上述問題，能夠創新設計人員的設計思路，通過三維設計環境的創設，提高機械設計的準確性和合理性。因此，對于三維CAD技術的分析是很有必要的。

1 三維CAD技術的概述

CAD技術是通過計算機進行圖形的規劃與設計，能夠緩解設計人員的設計壓力。通常來說，機械設計人員在進行機械產品的設計時，會應用到大量的線條與圖形，如果僅通過手工操作來完成這項工作，很容易導致機械產品的設計出現偏差。CAD技術可以通過計算機來完成繁瑣的制圖工作，提高機械產品設計的準確性。作為CAD技術的重要分支，三維CAD技術在機械設計領域發揮著至關重要的作用。

①三維CAD技術能夠使機械產品更為直觀。在傳統的機械設計中，設計人員主要通過正投影形成二維，再進行三維構想圖的繪制，這種繪制方式不僅效率低下，產品的三維效果也不盡如人意，三維CAD技術的應用可以模擬機械產品的制作和裝配過程，能夠使機械產品更為直觀；②豐富機械產品設計的參數與變量，在傳統的機械設計中，設計人員只能通過重新繪制圖紙的方式進行相關參數的修改，而且只能夠應用固定尺寸來定義幾何元素，設計圖紙修改需要耗費較大的工作量，三維CAD技術的出現使機械產品設計的參數與變量更加豐富，在進行設計圖紙的修改時，設計人員只需要在參數設置中進行數值的變化，計算機就會自動進行圖紙的修改，大大提高了機械設計的效率[1]。

2 三維CAD技術在機械設計中的應用

2.1 方案形成中三維CAD技術的應用

在實際的機械設計中，經常會對機械產品的各個零部件進行組合，以此形成最終的設計方案，而這一過程需要三維CAD技術的編輯功能來實現。設計人員會根據客戶的要求和個人設計理念，進行方案的設計，并對零部件的最優化排列組合實現三維立體模型的呈現，CAM和CAD軟件開發系統會對零部件的平面數據與立體結構進行統一管理，保障方案設計工作的順利實施。

2.2 方案建模中三維CAD技術的應用

在設計方案的建模過程中，三維CAD技術能夠發揮出重要的作用，可以直觀且立體地展現出設計方案。就目前的應用狀況而言，三維CAD技術在設計方案建模過程中的應用主要有三種方法，線框模型、立體模型以及表面模型。在AutoCAD軟件的三維立體造型模型中，包含六種基本體系，如果設計方案中包含簡單的零件，在設計方案的建模過程中，三維CAD技術可以通過結構分析，將其分成多個基本體，并通過交或者并等布爾運算，以此形成設計方案的三維模型；如果設計方案設計較為復雜的零件，三維CAD技術很難將零件分解成基本體，現有的六種基本體系不能滿足復雜零件對于三維立體造型的要求，在進行復雜零件的建模時，設計人員需要通過二維幾何元素進行復雜零件截面輪廓的定義，再進行拉伸或者旋轉，獲取新的“基本體”，并通過交或者并等布爾運算，以此得出復雜零件的三維模型。

2.3 機械CAE中三維CAD技術的應用

對于CAE軟件來說，三維CAD技術是其基礎，該技術的應用可以實現機械設計方案數據的分析與對比，設計人員可以根據機械產品的實際使用狀況對結構設計進行優化，以此形成科學合理的機械設計方案。因此，在實際的機械設計工作中，CAE軟件主要是在機械模型建成之后，評估并分析該設計方案的可行性與合理性。CAE軟件不僅可以進行數據分析與評估，還能夠進行機械產品的結構優化、使用壽命預測等工作。三維CAD技術在確立機械產品的模型之后，CAE軟件會對機械產品進行材料、剛度等多種性能的檢測，以此提高機械產品設計的可行性。

2.4 三維CAD技術在機械設計中的應用趨勢

①智能化發展，科學技術的迅猛發展，使三維CAD技術可以被技術人員通過編程的方式寫入計算機中，三維CAD技術由計算機進行智能化操控，設計人員只需要進行相關參數的設置，計算機就會進行三維CAD技術相關數據的辨別，大大提升了數據的準確性；②規范化發展，隨著三維CAD技術功能的多樣化發展，機械設計產品更加滿足用戶的需求，通過計算機系統和生活實際的密切聯系，進一步規范三維CAD技術的應用制度，與此同時，技術人員需要在三維CAD技術進行STEP的推廣與普及，避免三維CAD技術應用的過程中出現參數化模型傳輸問題；③虛擬網絡化發展，三維CAD技術是將計算機技術和現代科學技術作為基礎的技術，其發展也會受到這兩種技術的影響，進行虛擬網絡化發展，通過虛擬機械產品模型的構建，幫助設計人員認識到機械設計方案的不足，使機械設計方案滿足行業標準和客戶的要求[2]。

3 結 論

綜上所述，對于機械設計中應用的三維CAD技術而言，我國制造企業還需要進行進一步的完善。通過對三維CAD技術的分析可知，三維CAD技術可以應用與機械設計的多個環節中，有助于機械設計工作的順利開展，能夠提升機械設計方案的可行性與準確性，為機械設計人員的工作帶來很大的便利。本文的分析仍舊存在不足之處，僅供參考。

參考文獻

[1]崔松華.CAD/CAM技術在機械設計制造中的應用研究[J].考試周刊，2014（35）：99～100.

[2]趙 楠.淺論CAD技術在現代機械設計中的應用[J].教師，2012（20）：116.

收稿日期：2018-3-15