CAD技術在機械工程設計中的發展與應用研究

李文杰　范晨飛

【摘要】CAD作為計算機繪圖工具，已成為推動機械工程設計發展的重要載體，借助 CAD技術，設計人員可以從多個角度進行零件的繪圖，既為設計人員提供了方便的繪圖服務，又提高了機械設計的精度。針對機械工程 CAD技術的發展和應用進行了深入的探討，要求設計者全面掌握 CAD技術，在機械設計過程中，通過 CAD技術的應用來提高繪圖質量。

【關鍵詞】CAD技術;機械工程;發展

一、CAD技術相關概述

CAD全稱為Computer Aided Design，中文翻譯為電腦輔助圖形設計，作為計算機輔助設計軟件，主要以二維繪圖和三維繪圖為主，并且具備詳細繪制圖形、設計文檔等功能。CAD作為制圖軟件，需要在計算機硬件基礎上進行，由于機械工程設計圖形較為復雜，為提高繪圖質量，計算機應配置專業的圖形處理器，這充分說明，CAD必須依靠硬件來實現。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，優化和完善計算機硬件，才能充分發揮CAD的繪圖功能。

二、CAD技術在機械工程設計中的發展

（一）CAD技術的標準化

CAD技術具有快捷、精準度高等設計優勢，已經成為設計人員常用的軟件，若用戶在使用CAD進行設計時，存在計算機硬件無法滿足使用需求的問題，會影響到設計質量和效率，并且未能按照標準化的流程進行設計，致使設計內容無法應用在機械零件生產中。所以，CAD技術的數據模型必須進行標準化的設計，從而可以進一步促進機械工程設計的完善。目前在工程機械設計領域，正在建立CAD技術標準化體系，一方面需要從業人員深入的研究，另一方面優化計算機硬件配置，才能更好的使CAD與計算機相互兼容。

（二）CAD技術的智能化

使CAD技術具備智能化特點，在工程機械設計期間，設計人員將數據輸入到CAD中，系統會自動生成模型，提高設計的效率，并且使設計人員投入更多的精力，用于研究機械工程設計標準化。為了使設計人員的思維得到拓展，在進行產品模型設計的環節中，應該對設計的內在聯系進行分析，但是不能過分的拘泥于設計之間的內在聯系。設計人員使用CAD技術進行設計時，借助模型可優化和完善設計內容，并且融入創新元素，使機械設計具有創新特點。

（三）CAD技術的網絡化

隨著近年來電子商務的高速發展，CAD技術逐漸朝著網絡化的方向發展。網絡化CAD技術，可以進行遠程交流，企業使用互聯網技術，將CAD技術設計的圖紙，通過互聯網進行傳遞，企業間通過互聯網對圖紙進行動態分析，有效提高工作效率，并且極大的降低成本。

三、CAD技術在機械工程設計中的應用優勢

（一）推進機械產品質量提升

機械工程設計應用CAD技術，設計人員將設定的數據輸入到圖形中，會根據數據形成機械生產的模型，并且設計模型與實際生產零件相同，所以CAD技術設計出的模型，會提高機械零件質量，同時滿足實際使用標準。

（二）CAD技術在機械工程設計中的智能化應用

機械工程設計融入智能化元素，需要CAD技術對機械工程設計進行分析以及優化結構，同時根據零件使用功能，分析零件的力學性能，以便零件符合使用標準的同時，還能延長使用壽命。同時考慮零部件的結構優化問題。在有限元分析技術以及動力學分析技術的支持下，CAD技術在工程分析和結構優化方面取得了進一步的提升，CAD技術具備三維立體繪圖功能，設計人員建立三維模型，可確定零件隱蔽位置的數值，防止零件尺寸出現偏差，影響到零件正常使用，同時并對其產品設計進行優化改革，分析其設計的可行性及優化方案，使設計的內容更加科學和實用。

四、CAD技術在機械工程設計中的具體應用

（一）計算機輔助繪圖

在機械工程設計時，設計人員使用CAD技術，主要用于輔助繪圖，在輔助繪圖過程中，設計人員應利用數據控制圖形。而在繪制復雜的圖形時，會涉及到較多的數據，從而延長繪圖時間，并且由于人工繪制的工程圖難免受到多方面因素的影響，導致其精確性或是美觀性難以保證，無法使繪圖質量滿足生產需求。對此，使用CAD軟件中自帶圖形庫與繪圖命令，就可以快速地完成繪圖，并且其準確性要大大超過人工繪圖。在CAD技術不斷優化發展過程中，CAD技術更加全面，可以提高繪圖質量，使機械設計更加科學合理。

（二）工程分析與結構優化

進入到機械工程的設計環節，需要設計人員分析機械零件的力學性能，結合力學性能優化結構，使機械零件更加穩定。在現代設計方法不斷更新換代的背景下，有限元分析與動力學分析得到了十分廣泛的應用，這也就要求CAD技術需拓展自身的工程分析和結構優化功能，從而滿足機械工程設計應用需求。

（三）建模應用

使用CAD技術進行機械工程設計時，首先應建立機械模型，模型以三維形式進行設計，設計人員通過分析模型，可以確定機械零件的功能，并且優化機械結構。工程設計中常用的建模有線框、表面、實體3種模型。完成機械模型設計后，設計人員應不斷調整模型參數，通過CAD技術構建機械基本模型，基本模型為六種，分別為立方體、圓柱體、圓錐體、球體、鍥形體以及環狀體。但對于實際的零件設計來說，這六種基本體系遠遠不能滿足設計需求，需要我們通過用在二維平面構造的輪廓在三維空間中拉伸或者旋轉等來構成新的體系，設計人員應按照布爾運算方法，設計與實際零件相符的模型。設計人員可以通過CAD對零件的任意部位進行修改和操作，最終實現零件的功能。使用CAD技術建立模型，可以提高設計效率。

（四）應用趨勢

現階段CAD技術使用數據繪制圖形，盡管廣泛應用在機械工程設計領域，但是實際的設計中因為零件的力學性能和結構優化等因素需要設計人員重新構思。智能化在CAD技術中的應用必將越來越廣，未來將會進入智能時代。這就需要研究人員加大對CAD關鍵技術的研究，使其和智能更好地融合。CAD技術智能化功能，主要融合ANSYS等有限元軟件，借助有限元軟件分析機械模型，以便機械模型的結構和力學性能，符合實際使用需求。

參考文獻：

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