CAD技術在機械工程設計的應用探索

郭建輝

【摘 要】近年來，隨著計算機和電子技術的飛速發展，越來越多的高新技術被應用于各行各業。CAD技術就是在這種背景下發展起來的，特別是隨著其功能的不斷完善，它逐漸被廣泛應用于機械、建筑、汽車等領域。其中，CAD技術在機械設計中的應用比例最高，為廣大設計人員提供了方便快捷的設計平臺。復雜的分析、計算和繪圖都由計算機輔助完成，這不僅保證了設計質量和效率，而且降低了工作強度。

【關鍵詞】CAD技術；機械工程；設計；應用

1 CAD技術概況

CAD，即計算機輔助設計，它是利用先進的計算機計算和圖形處理技術，根據設計者的設計創造對工程進行設計和分析，來完成要實現的目的和得到要設計的成果，是一門新興的、與計算機和工程設計技術相結合的、能提高工作效率和精準度的學科。CAD技術由硬件部分和軟件部分組成，硬件系統是支持CAD發揮功用進行運作的物質支持，CAD技術的運用建立在硬件系統之上。軟件系統則是CAD技術的核心，它決定了CAD技術所具有的功能，軟件部分越完善先進，CAD能夠發揮的功用就更加強大。CAD技術能夠以計算機圖形處理能力、產品造型技術、參數設計原理等為基礎，實現設計、生產、管理一體化。同時CAD能將復雜的問題較簡便的呈現出來，一些模糊的問題能夠通過圖示的分析研究做到可視化，從而減少問題的困難度，便于更好的理解，不僅能夠解決問題，還能大大節省實驗步驟和時間，提高經濟效益，對試驗過程進行良好的控制。CAD繪圖不同于傳統的繪圖方式，用CAD繪圖更快捷，繪畫結果更準確，能夠進行剖面填充、尺寸標注、圖像編輯、調用圖塊等用途，功能十分強大。CAD技術能夠滿足現今社會，快速發展的科學技術對高科技產品提出的高要求，能夠實現產品的高質量和高效率，達到快速更新換代的要求，在應用領域中得到不斷的推廣和產生新的延伸。

2 CAD技術在機械工程設計的發展

2.1標準化

每個軟件都有一定數量的用戶人群。但是，大部分軟件的數據模型與其他軟件是不兼容的。這嚴重限制了行業內部的技術交流，給CAD資源的交互帶來了不小的障礙。所以數據模型的標準化和交換資源格式的標準化是未來CAD技術的必然要求，也是機械設計行業發展的必備條件。盡管CAD技術在標準化的進程上并未取得很大進展，但相信在不久的將來，設計人員可以利用不同的CAD軟件進行自由的交流，而這也必然會促進整個機械設計領域的蓬勃發展。

2.2集成化

隨著數控加工技術以及現代設計方法的跳躍性發展，單純的計算機輔助設計已經不能滿足信息化時代的發展要求。人們迫切希望CAD技術可以與工程分析、工藝分析和設計以及產品制造之間擁有良好的接口，也就是所謂的CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。目前的部分CAD軟件已經具備了這些集成功能。設計人員可以直接導入利用CAD技術設計的模型，進行結構力學性能的分析，并結合數控機床進行加工工藝的分析和設計，并最終生產制造。集成化的CAD技術充分利用了現代計算機優秀的計算能力，將設計人員從繁瑣的分析計算中解脫出來，進一步提高了設計效率，縮短了產品的設計周期。

2.3智能化

如同編程方法的不斷進步一樣，智能化是CAD技術將設計人員進一步從傳統設計方法中解脫出來的又一必然趨勢。產品模型的設計中，采用特征造型和參數設計的方式，可以使設計人員自由的發散自己的思維，而不用去考慮其中的內在聯系。在一些三維CAD軟件中，用戶可以直觀的看到自己設計的成果，既方便了創造性設計思維的產生，又可以輕易地發現設計不合理的地方。

3 CAD技術在機械工程設計的應用

3.1 CAD在機械工程設計中繪圖的應用

CAD技術最早進入機械工程設計工作就是在利用CAD繪圖，這也是CAD技術在機械工程設計領域最基礎的應用，CAD繪圖也改變了傳統的繪圖方式。CAD繪圖軟件的主要功能包括交互式繪圖、圖形編輯、標準尺寸、文字、填充剖面、調用圖塊、區分層次以及實現圖形交換等。利用CAD技術的豐富強大的繪圖功能，可以非常輕松的繪制出清晰、符合工程要求的設計圖。這使得繪圖人員不再因為繁多龐大的繪圖工作而發愁，減輕了工作量，提高了繪圖工作的工作效率。

3.2 CAD技術在機械工程設計中建模的應用

機械建模是CAD技術在機械工程設計中的重要應用。建模也是機械工程設計的核心內容。線框模型、表面模型和實體模型是CAD技術建模的三種常見的三維建模。在三維設計中，其基本思想之一就是實現參數化、變量化設計，但傳統的二維建模體系中實現不了參數化設計，但CAD技術擁有一些基本的體系，通過這些體系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三維實體建模中，系統提供了立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體這6種基本體系。對于一些簡單設計的零件會被分解成幾個小塊的不同的基本體，這些基本體通過三維實體造型和布爾運算，就會產生一個零件的模型。對于稍復雜的零件模型，首先會先繪制出圖像的二位幾何輪廓，之后在通過三維造型得到零件的模型。利用CAD技術的建模功能，設計人員可以根據產品的需要建立起與實際尺寸相同的模型。CAD建模是機械工程設計人員發揮創造性的良好平臺，設計人員可以通過三維空間利用簡便快捷靈活的操作來控制、修改零部件或者重新設計零部件。而且，當零件的一個部分發生變化時，其它部分也會隨之變化。由此可知，在CAD技術的支持下，零件的設計更加活泛、真實，設計出的零部件也可以更好的應用于實際生產中，減少了設計帶來的誤差，提高了零部件設計的成功率，縮短了設計工作周期，極大地提高了機械工程設計的效率。

3.3 CAD技術的智能化

CAD的智能在機械工程設計工作中的表現是工程分析和結構優化。零部件的力學性分析和結構優化是設計零部件時設計人員必須要思考的內容。隨著有限元分析和動力學分析等現代化分析方法的發展，使得CAD技術在零部件的力學性分析和結構優化進行了進一步的深入拓展。現在，CAD技術已經實現ansys等有限元分析軟件的無障礙對接。設計人員可以將通過CAD技術設計出來的三維零件模型導入有限元軟件分析中，通過工程分析的原理對進行力學性分析和結構優化分析，驗證所設計的零件是否滿足力學的要求以及其結構是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生產前對模型進行適當的修改，以達到要求。這種分析和優化設計的方法在復雜結構零件時，體現了更為巨大的優勢。

4結束語

在社會經濟與國民經濟不斷壯大的情況下機械制造行業也將會迎來新的發展高峰。中國制造行業怎樣提升自主創新能力與挖掘創新意識成為了重要的難點。CAD技術就是解決這一問題的重要因素。在今后的發展過程中，CAD技術將會成為轉變傳統機械工程設計工作的重要工具，推動我國機械工程設計更好更快的發展。

參考文獻：

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