探討機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

陳飛　陳斌嘉　朱燾

摘 要：近年來，三維CAD技術(shù)發(fā)展得較為迅速，其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域可以發(fā)揮出極大的作用，本文在這一背景下，首先闡述了

三維CAD技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，然后分析了應(yīng)用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最后以機(jī)械設(shè)計(jì)為例，從機(jī)械零件整體建模、零件裝配過程、檢驗(yàn)零件設(shè)計(jì)問題、在機(jī)械CAE中的應(yīng)用這幾個(gè)方面分析了機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用問題，希望能為相關(guān)人員帶來一定的啟示，提升三維CAD技術(shù)的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：三維CAD技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);機(jī)械零件;機(jī)械CAE

引言：隨著我國(guó)科技水平的逐步提高，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域都會(huì)廣泛應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)，而其中三維CAD技術(shù)就是常用的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，人類對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用為機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了先進(jìn)的技術(shù)支持，推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，下面筆者就根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)談一談在機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用問題。

1.三維CAD技術(shù)

CAD屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用的一種，三維CAD技術(shù)是在其基礎(chǔ)上的一種先進(jìn)建模技術(shù)，這種三維CAD技術(shù)是在二維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上衍生而來的。在應(yīng)用這種技術(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以充分發(fā)揮想象力，在計(jì)算機(jī)中輸入實(shí)際的物體屬性值，從而將自己頭腦中的形象轉(zhuǎn)化成三維立體的幾何圖形。三維CAD技術(shù)也可以將達(dá)成零件的最佳狀態(tài)，利用這種技術(shù)可以滿足設(shè)計(jì)的需求與性能，隨時(shí)更改圖形形狀，使設(shè)計(jì)變得更為完美。目前這種技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造領(lǐng)域，可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平。近年來，三維CAD技術(shù)越來越成熟，其已經(jīng)可以從線框建模發(fā)展為先進(jìn)的特征建模，進(jìn)一步提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)更新的速度，這也為機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)用三維CAD技術(shù)提出了更高的要求，所以相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要提高應(yīng)用水平，合理利用該技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。

2.三維CAD技術(shù)應(yīng)用的的優(yōu)勢(shì)

2.1零件設(shè)計(jì)方便

在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，應(yīng)用三維CAD技術(shù)具有十分強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，如果按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的流程，首先需要在圖紙中畫出自己頭腦中的設(shè)想，但是圖紙始終也無法呈現(xiàn)形象的3d效果。而三維CD技術(shù)的應(yīng)用就可以有效的解決這一的問題，設(shè)計(jì)人員可以將自己頭腦的構(gòu)想與設(shè)備規(guī)模參數(shù)輸入進(jìn)行CAD軟件中，這樣就可以形象地反映出設(shè)計(jì)的樣貌。在進(jìn)行零件裝配時(shí)，零件間的適配程度也可以通過三維技術(shù)反映出來，這樣就利于提升準(zhǔn)備零件設(shè)計(jì)的科學(xué)準(zhǔn)確性[1]。在具體設(shè)計(jì)完成之后，設(shè)計(jì)人員還可以利用該技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)零件間的問題，及時(shí)修改。可見這種技術(shù)的應(yīng)用不但使零件設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單直觀，也可以提高零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性。

2.2設(shè)計(jì)周期短

按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，而具有關(guān)調(diào)查顯示，有效應(yīng)用該技術(shù)可以縮短大約三分之一的設(shè)計(jì)周期。因?yàn)樵谶M(jìn)行相鄰位置設(shè)計(jì)時(shí)，也可以結(jié)合零件的性能與形狀，為新的設(shè)計(jì)提供思路。另外，設(shè)計(jì)人員可以將設(shè)計(jì)的零件樣本保存起來，在后續(xù)的設(shè)計(jì)過程中重復(fù)使用，尤其是機(jī)械中存在與以往設(shè)計(jì)一樣的標(biāo)準(zhǔn)零件時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需要簡(jiǎn)單提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的樣本進(jìn)行復(fù)制，就可以快速設(shè)計(jì)出相關(guān)零件，之后再針對(duì)設(shè)計(jì)其他零件，就可以完成一臺(tái)全新的機(jī)械，這樣可以極大節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率。

2.3利于保障數(shù)據(jù)安全

用傳統(tǒng)方式進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)需要大量的圖紙，在整理、查找相關(guān)數(shù)據(jù)也容易造成文件容易丟失，而應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)開展設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)的樣式與數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的安全提供保障，降低數(shù)據(jù)與參數(shù)丟失的機(jī)率。設(shè)計(jì)人員還可以采用加密技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)提供屏障，防止數(shù)據(jù)被他人篡改和竊取，這樣可以大大提升機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的安全性。另外，應(yīng)用該技術(shù)還可以提高數(shù)據(jù)資料查找的效率，使查找更為方便，可見利用三維CAD技術(shù)記性機(jī)械設(shè)計(jì)具有很大優(yōu)勢(shì)。

3.機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

3.1機(jī)械零件整體建模中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展，其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，首先其可以在機(jī)械零件整體建模中發(fā)揮作用，設(shè)計(jì)人員通過CAD系統(tǒng)可以進(jìn)行線狀、表面和立體這三種形式的進(jìn)行建模，而三維CAD軟件中也會(huì)帶有圓形、楔形圓柱體等圖形，并且系統(tǒng)中具有的布爾運(yùn)算功能可以將這些圖形進(jìn)行簡(jiǎn)單搭配，設(shè)計(jì)人員只需要運(yùn)用系統(tǒng)軟件就可以將自己的設(shè)計(jì)想法呈現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)上通過模型排列組合構(gòu)建出一定的結(jié)構(gòu)，在一系列操作后即可形象生動(dòng)的展現(xiàn)立體的零件設(shè)計(jì)效果。

3.2零件裝配過程中的應(yīng)用

在生成立體模型之后，設(shè)計(jì)人員還可以應(yīng)用三維CAD技術(shù)生成實(shí)體裝配圖，具體可以采用軟件中的三維編輯功能來達(dá)成這一效果，可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)方案對(duì)獨(dú)立的機(jī)械零件進(jìn)行排列組合，分析復(fù)雜零件的坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)位置，得到新的零件。另外，應(yīng)用三維CAD技術(shù)還可以模擬零件裝配的過程，通過對(duì)造型和數(shù)據(jù)分析等功能生成實(shí)體裝配圖，這樣就可以進(jìn)一步檢測(cè)設(shè)計(jì)方案的可行性，確保設(shè)計(jì)的零件可以順利裝配，為下一環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。

3.3檢驗(yàn)零件設(shè)計(jì)問題

通常情況下，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，為了使設(shè)計(jì)更加完美合理，避免零件出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行反復(fù)修改。而三維CAD技術(shù)具有檢查功能，應(yīng)用起來可以對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)人員只需要借資源查找器，就可以快速分析出有問題的零件，然后對(duì)問題進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整[2]。同時(shí)，還可以通過動(dòng)態(tài)演示的過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在動(dòng)態(tài)過程中分析存在偏差的零部件。這兩種檢測(cè)途徑都可以快速準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤的零件，這樣的自動(dòng)化形式，既可以節(jié)省設(shè)計(jì)人員的時(shí)間與精力，也可以提高機(jī)械構(gòu)建的成功率，具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法達(dá)到的效果。另外，三維CAD技術(shù)可以憑借在線調(diào)試和自動(dòng)檢測(cè)功能，減少資源的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)人員無需等到機(jī)械生茶以后才能知曉設(shè)計(jì)的誤差情況，可以應(yīng)用該技術(shù)自動(dòng)化查找錯(cuò)誤，進(jìn)行局部調(diào)整。而在計(jì)算機(jī)軟件上操作，也可以避免設(shè)計(jì)人員反復(fù)修改草稿紙，這樣可以提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益。

3.4在機(jī)械CAE中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)可以與CAM技術(shù)相結(jié)合，尤其在機(jī)械CAE中應(yīng)用三維CAD技術(shù)有更豐富的效果，其可以優(yōu)化調(diào)整機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，將多項(xiàng)數(shù)據(jù)信息提取出來，并進(jìn)行分析比較，為設(shè)計(jì)新方案提供基礎(chǔ)。同時(shí)，在機(jī)械CAE種應(yīng)用三維CAD技術(shù)還可以評(píng)估機(jī)械方案的合理性，通過實(shí)時(shí)評(píng)估，比較數(shù)據(jù)信息，可以對(duì)機(jī)械模型進(jìn)行調(diào)整修改，為后續(xù)的生產(chǎn)提供保障。還可以對(duì)機(jī)械產(chǎn)品使用強(qiáng)度與質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，促進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改善和提高。總之，在機(jī)械CAE中應(yīng)用三維CAD技術(shù)能夠發(fā)揮體系中的各功能，全面提升機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性和精確性，達(dá)成設(shè)計(jì)、制造、裝配的一體化統(tǒng)一，在未來這是應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

結(jié)束語：綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展，三維CAD技術(shù)越來越成熟，而其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用的也更加廣泛，所以我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)人員都應(yīng)該提高應(yīng)用水平，充分掌握三維CAD技術(shù)，利用這種技術(shù)進(jìn)行機(jī)械整體建模與設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平，從而設(shè)計(jì)出完美的，高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品，帶動(dòng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐承意.關(guān)于CAD技術(shù)在機(jī)械工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（24）：129.

[2]蘇蕓，劉明德，王江.淺談機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中Inventor三維建模技術(shù)的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（11）：43-44.