CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的發展分析

王晉剛

摘要：機械工業是一個國家的支柱產業之一，即使全世界已經進入了以“互聯網+”為標志的信息時代，機械產品的設計和制造水平仍是衡量一個國家工業發展水平和綜合競爭力的重要指標。當然，由于計算機信息技術的快速進步，現代化的機械設計和制造手段與過去相比都有了很大地進步，如何借力現代化信息技術手段來助推機械工業取得進一步發展，成為了世界范圍內的一個關鍵問題。三維CAD技術就是在這種背景下被開發出并不斷取得應用發展。

關鍵詞：CAD;機械設計;應用;機械制造技術

中圖分類號：TH122?文獻標識碼：A

引言

隨著我國機械行業的快速發展，機械市場的競爭也在不斷加速，對于機械制造與設計的要求也不斷提升，非常符合企業需求的CAD解決方案。在機械設計與機械制造技術中應用CAD，不僅能夠有效極高機械的設計效率，還可以提升機械設計的品質，并且能夠實現企業CAD設計規范化，標準化，從而提升企業的整體機械設計水平。尤其是在中國機械制造行業正在轉型的情況下，單純的CAD平臺軟件已經無法滿足企業多元化的需求。因此，發展多元化的CAD平臺軟件已經成了必然。只有及時掌握，并能夠熟練的運用CAD技術的新發展，才能夠提高我國的機械設計水平，降低我國與國外機械設計水平的距離。

1三維CAD技術的作用

1.1提高設計效率

目前三維CAD設計軟件已經廣泛支持參數化建模，即所設計模型可以通過參數修改來快速生成新的模型，這對系列化機械產品的設計具有重要意義。設計人員不用每次都重復所有設計步驟，僅需要對原有三維模型的一些關鍵參數進行修改就能生成新的方案，從而極大地提高了設計工作的開展效率。此外，當前的三維CAD平臺還具有功能強大的特征建模和曲面建模功能，可以迅速構建出一種全新的零件模型，這也能大大縮短產品的設計周期。

1.2提升設計質量

與二維CAD技術不同，三維CAD技術是在三維環境下進行產品建模，所構建的三維模型就是方案的實際效果展示，可以很方便地讓設計人員發現其中存在的不足，比如結構上的缺陷，這樣可以快速通過編輯加以修正，從而提升設計質量。此外，直接生成三維模型還為后續的工藝決策和制造規劃提供了便利，這對提升整個產品的研制質效都具有積極意義。

1.3便于設計成果的調用和保管

采用三維CAD技術生成的設計成果可以直接存儲在計算機硬盤上，這一方面便于保管，另一方面還可以通過模型文件名稱的檢索來實現快速調用，避免因資料保管不當而造成損失風險。

1.4實現一體化目標

機械制造業的發展是向著實現設計/制造一體化的目標前進。而采用三維CAD技術得到的成果可以與CAE、CAM等平臺共享，推動整個機械生產流程的改革和進步。

2CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的發展

2.1三維建模

CAD三維技術軟件在機械設計中運用最多的部分是三維建模和仿真測試，CAD三維技術軟件能夠根據設計師的指令順利制作出機械零件的三維圖形，相較于傳統二維平面設計而言，三維軟件形成的圖形更加直觀、準確，不是原本由設計師根據透視原則畫出的三視圖，而是直接由設計師的指令輸入和數據要求形成的三維模型，若需要三視圖則可通過軟件的生成功能成圖，較設計師手動畫出的三視圖更加準確，且角度更多，為機械零件的制造、生成發揮更多的輔助作用。目前，CAD三維技術軟件中可以支持的建模方式有：線框、表面、實體，能夠充分滿足設計師和制造方在不同需求情況下對模型的需求，設計師也可以根據不同部位上的設計、制造需求進行多種設計模型的組合，有效提高機械設計師的工作效率和質量。

2.2三維仿真測試

CAD在進行三維建模時主要通過數據輸入和指令由軟件直接勾勒出模型的線型框架，由設計師進行渲染形成完整的三維模型。因此CAD三維模型建立后需進行仿真測試來確定模型符合設計師的設計理念、要求，符合機械零件設計標準要求;仿真測試還要幫助設計師確定零件在設計上是否存在技術沖突或其他沖突，有效避免因技術沖突導致機械零件設計需要從制作方打回重繪，控制設計成本，增加設計單位的經濟效益。在三維模型通過仿真測試后，可以進行整體描繪和出圖，設計師此階段可根據機械制造所需進行細節數據標注，例如，高度、直徑、角度等，在與機械零件制造方進行交接時可選擇從多方面進行二維平面視圖的出圖，也可選擇將機械零件的三維模型直接交接給制造方，制造方根據制造所需進行視圖角度的選擇。

2.3計算機輔助設計CAD技術在圖形、符號設計和制造中的應用

在實際的機械設計及制造過程中，相關人員合理按照設計手冊中的相關要求和規定，然后應用一些特定的圖形和符號來將相關機械部件的特性充分表達出來，這樣可以起到很好的簡化設計內容的作用。在圖形、符號設計和制造中應用此技術，可以進行一些表格的編制，然后將設計含義、圖形以及符號之間的聯系建立起來。進而更好的幫助使用者，更快地了解和掌握這些符號以及圖形的意思，以免不同的設計人員在應用圖形和符號上出現不符合的情況。

計算機輔助設計系統中包含了很多建模體系，例如曲面體、圓柱體、立方體等。而機械工程師們在實際的設計制造過程中，通常都只需要按照相關要求來將這些模型進行組裝和分解，就能夠很好的完成相關的建模任務，這樣極大簡化了建模程序。此外，對于一些較為復雜的機械零件來說，機械工程師還能夠實現繪制零件的二維圖像，然后通過計算機輔助設計CAD技術來對其進行三維立體處理，最終合理的建立起三維模型?？梢赃@樣說，合理的應用計算機輔助設計CAD技術，不僅能夠有效的提升機械設計制造的規范化和高效率，同時還能夠有效提升機械設計制造模型的精準性。例如在汽車設計制造過程中，汽車的整體制造質量直接受到其覆蓋模具的設計質量的影響。如果在實際制造設計過程中，實體模型和圖紙存在著差異，那將會導致返工的出現，這將極大的浪費成本和時間。在這種背景下，合理的應用此技術來進行三維建模，則就能夠不斷的完善兩者之間存在的誤差，避免出現不必要的返工情況，進而有效提升設計制造的效率。

2.4零件設計與修正

三維CAD軟件可以在已經裝配的環境下開始設計新零件，可以通過原有裝配相鄰零件之間的位置，形狀更為詳細的設計新零件，能夠保證新零件的可應用性，以及新零件與舊零件之間的配合度。并且能夠避免單獨進行機械設計中存在的一些錯誤，從而有效的減少裝配失敗的情況。比如在裝配環境下進行設計，可以進行實地考察，能夠在最短時間內獲取最為詳細的周圍零件信息，如此，設計出來的零件滿足周圍零件的相關需求，能夠順利裝配。同時，使用三維CAD軟件也可以輔助零件修改，在修改時，直接點擊資源查找器，查找設計該零件的所有步驟命令，根據這些命令清楚的掌握設計的每一個步驟，并通過查找器的相關指令進行修改，可以直接點擊修改目標，進行詳細修改。

結束語

隨著科技的不斷發展，越來越多的行業需要計算機來輔助設計，提高設計水平和設計精度。本文以機械設計為例，進行CAD的相關討論。首先進行CAD的優點、應用現狀的分析，了解CAD在機械行業的實際應用。在相關了解的基礎上進一步進行CAD的發展預測和規劃，時代在不斷發展，CAD同樣需要進一步的提升，在未來，CAD的應用將更加廣泛，智能化、標準化和網絡化也將成為主流。

參考文獻：

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（作者身份證號碼：14048119750630681X）