計算機輔助設計技術(shù)在機械設計中的應用

黃波平

（湖南電器檢測所有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)和新設備被廣泛應與各行各業(yè)，推動了人類文明的不斷發(fā)展。當前，利用計算機的某些軟件，可以對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、顏色以及外形等進行輔助設計，一定程度上解決了機械設計工作相對復雜，設計時間長等問題，推動了機械設計的智能化發(fā)展。因此，研究分析計算機輔助設計技術(shù)在機械設計中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 計算機輔助設計概述

所謂計算機輔助設計，就是在機械設計過程中，將一些復雜性的人工難以完成的設計工作，轉(zhuǎn)化成數(shù)字、圖像等格式，利用計算機的軟件，輔助相關(guān)設計人員完成設計工作。常見的計算機輔助設計技術(shù)包括圖形變化技術(shù)、實體造型技術(shù)、交互技術(shù)等，并在圖形輸入板、掃描儀等硬件設備的支持下，完成各類機械產(chǎn)品的設計模型制作。該技術(shù)的應用，不僅縮短了機械設計的時間，而且對機械設置的質(zhì)量和效率都有促進作用。

在機械工程當中，機械設計是實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)。而相關(guān)設計人員在進行機械設計過程中，需要根據(jù)產(chǎn)品本身的實際要求，來對整個產(chǎn)品的機械制造完成圖像化的描述。因此，機械設計對相關(guān)工作者的理論知識能力、實踐經(jīng)驗以及創(chuàng)造性都有著較高的要求。傳統(tǒng)的機械設計過程中，均依靠人工來完成所有的模型設計，需要消耗大量的人力和時間，而計算機輔助設計技術(shù)的應用，可以利用計算機強大的處理能力，建立機械產(chǎn)品相關(guān)的模型，并完成對產(chǎn)品性能和參數(shù)等方面的分析和研究，有助于幫助相關(guān)設計人員不斷的優(yōu)化設計方案，節(jié)省機械設計的時間。

2 計算機輔助設計在機械設計中的應用優(yōu)勢

為了提高機械設計的質(zhì)量，必須重視實踐與理論相結(jié)合的原則，尤其是計算機輔助設計技術(shù)的應用，有助于幫助相關(guān)設計人員更全面的對整個機械設計過程進行掌控，其主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 提高機械設計的質(zhì)量

對于機械產(chǎn)品而言，不僅要求其具有較高的硬度，而且還需要滿足不同的性能要求。通過計算機輔助設計的應用，可以利用軟件對機械產(chǎn)品的有限元受力情況展開分析，便于設計人員掌握機械產(chǎn)品的受力情況，進而對設計進行優(yōu)化，確保產(chǎn)品的設計符合客戶對其性能的要求。

2.2 便于觀察裝配零件

機械產(chǎn)品并非單獨的個體，而是由很多個零件組合而成，結(jié)構(gòu)相對復雜，在完成組裝之前，很難對組裝后的效果進行預計。利用計算機輔助設計，可以通過軟件的虛擬實驗功能，完成某些零件的虛擬組裝，通過對零件裝配后的效果進行觀測，便于設計人員修改不合理的設計方案，同時也減少了產(chǎn)品試驗的時間和費用支出。

2.3 提高了機械設計的速度

傳統(tǒng)的人工繪制方式，即便是在較為簡單的機械產(chǎn)品設計過程中，也需要消耗大量的時間，不利于產(chǎn)品的后期生產(chǎn)。尤其是一些復雜的零件，在人工設計過程中很容易出現(xiàn)誤差，導致產(chǎn)品性能方面存在問題，需要反復試驗進行設計優(yōu)化。而計算機輔助設計技術(shù)，通過二維繪圖以及三維設計的方式，給相關(guān)設計人員提供了極大的便利，在縮短了機械設計時間的同時，也簡化了機械設計的修改流程。

2.4 設計修改更加方便

對于機械設計而言，很難通過一次設計，就能滿足客戶對產(chǎn)品性能的要求。往往在設計過程中，會出現(xiàn)零件設計出錯，不滿足有關(guān)要求的情況，需要對機械產(chǎn)品設計進行優(yōu)化。傳統(tǒng)的機械設計，在優(yōu)化設計方案時，需要重新繪制產(chǎn)品的設計圖紙，耗時耗力。而采用計算機輔助設計技術(shù)，可以將零件的設計過程劃分為若干個不同的階段，通過對不同階段的調(diào)整，糾正其中存在的錯誤，簡化了機械設計修改的流程，提高了相關(guān)設計人員的工作效率。

3 計算機輔助設計在機械設計中的應用

3.1 二維繪圖

傳統(tǒng)的機械設計過程中，基礎(chǔ)的工作時就是進行產(chǎn)品的二維繪圖，而這一過程大多依靠相關(guān)設計人員手工繪制完成，一方面消耗大量的時間和人力，另外一方面如果在繪制過程中，出現(xiàn)差錯，整張圖紙的繪制將前功盡棄，需要重新繪制。計算機輔助設計軟件（例如CAD軟件、PROE軟件等）為機械設計提供了二維繪圖的功能，可以利用計算機軟件，幫助設計人員完成大多數(shù)的設計操作，同時還可以提供一些建議，極大的降低了繪圖的時間和工作量，提高了設計人員的工作效率，保障了機械設計的質(zhì)量。

3.2 三維設計

對于機械設計而言，就是利用簡單的幾何結(jié)構(gòu)完成復雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計的過程。而產(chǎn)品都是三維的，傳統(tǒng)的設計圖紙大多是二維的，不利于設計人員及時發(fā)現(xiàn)設計中存在的錯誤問題。計算機輔助設計技術(shù)為機械設計提供了三維設計功能，可以幫助相關(guān)設計人員更清晰、更直觀的了解機械設計的效果，并利用零部件模擬組裝功能，可以幫助設計人員在設計階段發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，從而采取有效的技術(shù)措施進行設計優(yōu)化，甚至可以實現(xiàn)產(chǎn)品的性能的優(yōu)化。

3.3 圖形符號

計算機輔助軟件擁有符號編輯數(shù)據(jù)庫，相關(guān)設計人員無需枯燥的對每一個基礎(chǔ)符號進行繪制，只需要在機械設計過程中，從符號編輯數(shù)據(jù)庫中調(diào)取所需的基本符合元素，就可以完成相關(guān)部位的設計，而且還可以根據(jù)實際情況的不同，借助一些工具對其進行微調(diào)，包括放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等，極大的提高了設計工作的效率。

3.4 逆向工程

所謂逆向工程，就是可以對已經(jīng)組合在一起的實物，通過技術(shù)手段對其進行拆分，從而對產(chǎn)品的內(nèi)部構(gòu)造進行詳細了解，獲取組成產(chǎn)品的各零部件的結(jié)構(gòu)和特點，為產(chǎn)品的升級優(yōu)化提供服務支持。利用計算機輔助設計技術(shù)，在機械設計時可以建立與產(chǎn)品相關(guān)的虛擬模型，并通過計算機對其進行逆向轉(zhuǎn)換，獲得組成產(chǎn)品的各零部件的幾何參數(shù)，然后基于當前產(chǎn)品性能的要求，對部分關(guān)鍵參數(shù)進行修改和優(yōu)化，最終獲得滿足客戶要求的產(chǎn)品機械設計方案。

3.5 零部件觀察

對于機械產(chǎn)品而言，其由多個零部件裝配而成，而零部件結(jié)構(gòu)的不同，所采用的裝配技術(shù)工藝也不盡相同，對機械設計也會產(chǎn)生巨大的影響。計算機輔助設計提供了零部件觀察功能，可以借助計算機強大的計算能力，對不同的裝配工藝進行演示，相關(guān)工作者只需要從中選擇最佳的設計組合方案，不僅有助于提高機械設計的質(zhì)量，而且縮短了零部件裝配的成本支出。

3.6 汽車覆蓋件模具設計應用分析

對于汽車而言，它是人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ咧?，其產(chǎn)品的設計質(zhì)量關(guān)系著人們出行的安全。而汽車又是由多個不同的零部件組合而成，在汽車生產(chǎn)制造過程中，引入計算機輔助設計技術(shù)，對推動汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

以汽車覆蓋件的設計為例，其滿足了人們對汽車外形的個性化追求，也保護了汽車的重要部件的安全。因此，在對其進行機械設計時，不僅需要確保其具有強大的功能，而且還要大方、美觀，滿足人們的審美要求。傳統(tǒng)的汽車覆蓋件在設計時，大多依靠實物模型來參考設計，很容易因為實物模型變形、設計誤差等問題，導致最終的覆蓋件設計質(zhì)量無法到預期的精度和質(zhì)量。

因此，在汽車覆蓋件設計過程中，通過CAD技術(shù)的應用，可以在設計覆蓋件實體模具之前，先對數(shù)控刀具的具體路徑進行規(guī)劃設計，通過模擬加工過程，驗證汽車覆蓋件的加工可行性。從而確保汽車覆蓋件的最終設計滿足產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀要求。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日漸復雜，傳統(tǒng)的人工設計方式已經(jīng)無法滿足當前機械設計的要求。計算機輔助設計技術(shù)大大簡化機械設計的流程，縮短了設計周期，提高了相關(guān)工作者的設計質(zhì)量，相關(guān)設計人員應重視該項技術(shù)的應用和推廣。當前，在計算機輔助設計技術(shù)方面，我國尚處于起步階段，仍存在一定問題限制了計算機輔助設計的具體應用，因此，設計人員必須積極學習，吸取國外先進的技術(shù)和應用經(jīng)驗，結(jié)合我國的實際情況，提高計算機輔助設計技術(shù)的應用質(zhì)量，推動我國機械設計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。