探討機械設計中三維CAD技術的應用

陳飛　陳斌嘉　朱燾

摘 要：近年來，三維CAD技術發展得較為迅速，其在機械設計領域可以發揮出極大的作用，本文在這一背景下，首先闡述了

三維CAD技術的相關內容，然后分析了應用該技術的優勢，最后以機械設計為例，從機械零件整體建模、零件裝配過程、檢驗零件設計問題、在機械CAE中的應用這幾個方面分析了機械設計中三維CAD技術的應用問題，希望能為相關人員帶來一定的啟示，提升三維CAD技術的應用水平。

關鍵詞：三維CAD技術;機械設計;機械零件;機械CAE

引言：隨著我國科技水平的逐步提高，機械設計領域都會廣泛應用到計算機技術，而其中三維CAD技術就是常用的一種計算機技術，人類對該技術的應用為機械設計帶來了先進的技術支持，推動了機械設計領域的發展，下面筆者就根據自身經驗談一談在機械設計中三維CAD技術的應用問題。

1.三維CAD技術

CAD屬于計算機輔助設計應用的一種，三維CAD技術是在其基礎上的一種先進建模技術，這種三維CAD技術是在二維設計基礎上衍生而來的。在應用這種技術時，設計人員可以充分發揮想象力，在計算機中輸入實際的物體屬性值，從而將自己頭腦中的形象轉化成三維立體的幾何圖形。三維CAD技術也可以將達成零件的最佳狀態，利用這種技術可以滿足設計的需求與性能，隨時更改圖形形狀，使設計變得更為完美。目前這種技術已被廣泛地應用在機械制造領域，可以提高機械設計的水平。近年來，三維CAD技術越來越成熟，其已經可以從線框建模發展為先進的特征建模，進一步提高產品設計更新的速度，這也為機械設計人員應用三維CAD技術提出了更高的要求，所以相關設計人員一定要提高應用水平，合理利用該技術進行機械設計。

2.三維CAD技術應用的的優勢

2.1零件設計方便

在機械設計領域，應用三維CAD技術具有十分強大的優勢，如果按照傳統的設計方法進行機械設計，設計人員需要經歷一系列復雜的流程，首先需要在圖紙中畫出自己頭腦中的設想，但是圖紙始終也無法呈現形象的3d效果。而三維CD技術的應用就可以有效的解決這一的問題，設計人員可以將自己頭腦的構想與設備規模參數輸入進行CAD軟件中，這樣就可以形象地反映出設計的樣貌。在進行零件裝配時，零件間的適配程度也可以通過三維技術反映出來，這樣就利于提升準備零件設計的科學準確性[1]。在具體設計完成之后，設計人員還可以利用該技術進行檢測，從而發現零件間的問題，及時修改。可見這種技術的應用不但使零件設計更加簡單直觀，也可以提高零件設計的標準性。

2.2設計周期短

按照傳統方式進行機械設計需要耗費一定的時間，而具有關調查顯示，有效應用該技術可以縮短大約三分之一的設計周期。因為在進行相鄰位置設計時，也可以結合零件的性能與形狀，為新的設計提供思路。另外，設計人員可以將設計的零件樣本保存起來，在后續的設計過程中重復使用，尤其是機械中存在與以往設計一樣的標準零件時，設計人員只需要簡單提取數據庫中的樣本進行復制，就可以快速設計出相關零件，之后再針對設計其他零件，就可以完成一臺全新的機械，這樣可以極大節省設計時間，縮短設計周期，提高設計人員的工作效率。

2.3利于保障數據安全

用傳統方式進行機械設計需要大量的圖紙，在整理、查找相關數據也容易造成文件容易丟失，而應用三維CAD技術可以通過計算機平臺開展設計環節，在設計期間，設計的樣式與數據可以存儲在計算機中，能夠為數據的安全提供保障，降低數據與參數丟失的機率。設計人員還可以采用加密技術，對設計數據提供屏障，防止數據被他人篡改和竊取，這樣可以大大提升機械設計數據的安全性。另外，應用該技術還可以提高數據資料查找的效率，使查找更為方便，可見利用三維CAD技術記性機械設計具有很大優勢。

3.機械設計中三維CAD技術的應用

3.1機械零件整體建模中的應用

現階段，隨著三維CAD技術的發展，其在機械設計領域中得到越來越廣泛的應用，首先其可以在機械零件整體建模中發揮作用，設計人員通過CAD系統可以進行線狀、表面和立體這三種形式的進行建模，而三維CAD軟件中也會帶有圓形、楔形圓柱體等圖形，并且系統中具有的布爾運算功能可以將這些圖形進行簡單搭配，設計人員只需要運用系統軟件就可以將自己的設計想法呈現出來，在計算機上通過模型排列組合構建出一定的結構，在一系列操作后即可形象生動的展現立體的零件設計效果。

3.2零件裝配過程中的應用

在生成立體模型之后，設計人員還可以應用三維CAD技術生成實體裝配圖，具體可以采用軟件中的三維編輯功能來達成這一效果，可以根據實際設計方案對獨立的機械零件進行排列組合，分析復雜零件的坐標和運動位置，得到新的零件。另外，應用三維CAD技術還可以模擬零件裝配的過程，通過對造型和數據分析等功能生成實體裝配圖，這樣就可以進一步檢測設計方案的可行性，確保設計的零件可以順利裝配，為下一環節奠定基礎。

3.3檢驗零件設計問題

通常情況下，設計人員在進行機械設計時，為了使設計更加完美合理，避免零件出現問題，需要進行反復修改。而三維CAD技術具有檢查功能，應用起來可以對機械零件進行檢查，設計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，然后對問題進行針對性的調整[2]。同時，還可以通過動態演示的過程進行數據分析，在動態過程中分析存在偏差的零部件。這兩種檢測途徑都可以快速準確地找出錯誤的零件，這樣的自動化形式，既可以節省設計人員的時間與精力，也可以提高機械構建的成功率，具有傳統設計無法達到的效果。另外，三維CAD技術可以憑借在線調試和自動檢測功能，減少資源的浪費，設計人員無需等到機械生茶以后才能知曉設計的誤差情況，可以應用該技術自動化查找錯誤，進行局部調整。而在計算機軟件上操作，也可以避免設計人員反復修改草稿紙，這樣可以提高資源利用率，實現社會效益。

3.4在機械CAE中的應用

三維CAD技術可以與CAM技術相結合，尤其在機械CAE中應用三維CAD技術有更豐富的效果，其可以優化調整機械產品的設計過程，將多項數據信息提取出來，并進行分析比較，為設計新方案提供基礎。同時，在機械CAE種應用三維CAD技術還可以評估機械方案的合理性，通過實時評估，比較數據信息，可以對機械模型進行調整修改，為后續的生產提供保障。還可以對機械產品使用強度與質量進行綜合分析，促進機械結構設計的進一步改善和提高。總之，在機械CAE中應用三維CAD技術能夠發揮體系中的各功能，全面提升機械設計的合理性和精確性，達成設計、制造、裝配的一體化統一，在未來這是應用機械設計領域應用的重點發展方向之一。

結束語：綜上所述，隨著時代的發展，三維CAD技術越來越成熟，而其在機械設計領域中應用的也更加廣泛，所以我國機械設計的相關人員都應該提高應用水平，充分掌握三維CAD技術，利用這種技術進行機械整體建模與設計，提高設計水平，從而設計出完美的，高質量的機械產品，帶動我國機械行業的全面發展。

參考文獻：

[1]徐承意.關于CAD技術在機械工藝設計中的應用研究[J].山東工業技術，2018（24）：129.

[2]蘇蕓，劉明德，王江.淺談機械產品設計中Inventor三維建模技術的應用[J].南方農機，2018，49（11）：43-44.