CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的應用研究

岳曉博

摘要：CAD技術是上個世紀80年代美國開發的繪圖程序軟件包，如今已經發展為國際廣泛應用的繪圖工具，能夠實現二維及三維圖形的高效繪制，繪圖效率更高、精度更高、個性化更強，在多個領域中都有著普遍應用。而CAD技術在機械設計與制造領域中的應用則有效解決了機械重復設計等問題，并提高了設計效率與效益，保障資源利用率等?；诖?，本文便圍繞CAD在機械設計中的應用展開論述，重點分析了CAD技術應用于機械設計及機械制造技術的應用策略。

Abstract： CAD technology is a drawing program software package developed by the United States in the 1980s. Now it has developed into a drawing tool widely used internationally， which can achieve efficient drawing of two-dimensional and three-dimensional graphics， with higher drawing efficiency， higher precision and personality. It is more intensive and widely used in many fields. The application of CAD technology in the field of mechanical design and manufacturing effectively solves the problems of mechanical repetitive design， improves design efficiency and benefits， and ensures resource utilization. Based on this， this article focuses on the application of CAD in mechanical design， focusing on the application strategy of CAD technology in mechanical design and mechanical manufacturing technology.

關鍵詞：CAD技術;機械設計;機械制造技術

Key words： CAD technology;mechanical design;mechanical manufacturing technology

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0193-02

0? 引言

在機械設計及機械制造技術方面，CAD技術的應用不僅能進一步改善機械設計效率，同時還能保障機械設計的質量，推動機械制造企業實現設計制造的標準化智能化，加強企業的綜合水平，更好地應對外部競爭。在我國機械制造領域逐漸轉型的時代背景下，單一的CAD平臺軟件也漸漸無法滿足企業越來越多樣的需求，所以CAD平臺軟件的多元化發展也成為了當下的迫切需求，只有全面掌握并應用CAD技術，靈活融合CAD技術，才能不斷提高我國機械設計與制造水平，并推動行業領域的發展。

1? 機械設計中CAD技術的應用優勢

1.1 縮短機械設計周期

三維CAD機械設計不但可以很好地改善復雜的幾何造型問題，同時還能通過簡易的集合實體和運算功能來構建靈活的復雜性集合實體，可以自動生成相貫線及截交線，進一步降低設計工作的整體工作量，還能將機械設計的周期進行縮減，提高機械設計效率和機械生產效率。三維CAD軟件的應用在機械開發和設計方面僅需重新設計或制造部分零散部件，可以承襲多數部件的設計參數信息，從而大大提高機械設計的整體效率。除此之外，CAD軟件還具有完善的變形設計能力，可以快速重建并產生新的機械產品。

1.2 便捷性的零件設計和修正

三維CAD軟件能夠在已裝配的條件下設計新的機械零件，利用原有裝配相鄰零件的位置信息和形狀信息等配置信息實現新零件的設計，并且新零件的適用性也能得到保障，新零件和舊零件的契合性也相對較高。通過這一方式設計新零件還可以規避獨立性機械設計可能面臨的誤差現象，避免裝配失敗等問題。如在裝配環境下實施零件設計時，可以進行實地考察，更為高效地獲取周邊零件的具體信息，基于此設計的零件可以很好地滿足周圍零件的需求，順利完成零件裝配。此外，三維CAD軟件還可以在零件修正方面發揮輔助作用，在零件修正時通過資源查找器尋找零件的設計步驟命令，結合這一命令了解零件的設計步驟及順序，通過查找器的有關指令完成零件修改，能夠直接點擊修改目標實現零件的修改。

1.3 加強機械產品的技術含量及質量水平

機械產品和信息技術能夠實現高效融合，并且CAD設計模式與CIMS組織生產使得機械產品的設計水準得到了進一步提高。三維CAD技術采取先進的設計理念，如優化、有限元受力分析等，這也能夠進一步提高產品的綜合質量。大型企業數控加工系統相對較為完善，在此基礎上應用CAD/CAM/CAPP等技術手段進行機械零件加工可以獲得較為顯著的收效，保證產品的生產質量。三維機械設計不但能提高對象形狀大小等幾何信息的描述便利性，而且還可以賦予設計對象體積、慣性矩等信息參數，實現設計對象幾何形狀的數學描述以及運作狀況的物理模擬等，能夠更加全面且精確地表現出設計意圖[1]。

2? CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的應用

2.1 CAD技術與機械制圖的結合，提高企業競爭實力

2.1.1 CAD技術和機械繪圖原理的結合應用

若想充分發揮CAD技術的應用優勢，機械設計制造人員需要將手工繪圖知識和CAD技術的繪圖原理、繪圖流程等理論內容實現有機融合，從而提高機械制圖的綜合水平。同時，機械設計制造人員還需要具備一定的空間想象能力與圖形分析能力，才能將機械制圖中的手工繪圖原理在CAD輔助設計中得以應用，充分發揮CAD技術的高效繪圖價值，繪制機械設計制造產品的三維模型，進一步加強機械產品生產的效率性與質量。基于此，將CAD技術和機械繪圖原理進行結合應用能夠為企業的產品制造構建更具高水平化的機械制圖技術和機械制圖標準。

2.1.2 CAD技術和機械繪圖的協調應用

企業若想保障機械產品的設計制造質量，關鍵便在于機械制造的制圖模塊，所以機械設計人員需要具備足夠的機械知識理論與機械設計專業知識，全面了解機械繪圖原理及CAD技術，實現機械產品設計制造繪圖的電子化，進一步提高機械設計產品的質量水平，將機械制圖和CAD技術兩種模式進行協調應用，需要嚴格根據圖紙設計的現有標準以及人工繪圖的機械設計模式實施設計規劃，并將CAD計算機技術進行統一結合，滿足機械制造企業產品設計應用以及發展需求。

2.1.3 機械設計制造的標準化制圖

CAD技術是融合機械制圖的現代化繪圖技術，包含了有關的繪圖原理及繪圖技巧等，從而在整體上達到了機械設計制造制圖標準化的目標。機械制造企業的產品大多具有一定的獨特性特征，所以在結合應用過程中需要進一步協調并優化模塊設計，確保整體效果與作用能夠在機械產品的設計及生產中得以展現，使得機械制圖和CAD技術在內容上實現更深一步的優化。所以設計人員需要不斷提高自身的機械制圖設計專業水平，合理操作CAD技術軟件，利用CAD技術來提高機械制圖設計的可行性。機械制造企業需要結合產品開發目標來為設計人員普及有關的制圖技巧和知識，并進行CAD軟件應用與更新的培訓活動，讓機械設計人員能夠按照自身的專業水平掌握CAD軟件的繪圖功能操作程序，也了解軟件繪圖的有關規律。機械制造企業還需要為設計人員創設和諧穩定的工作設計環境，保證設計人員能夠在這一環境下提高自身的設計動力和三維空間想象力，不斷提高設計規劃的創新力，實現兩種模式的有效融合，提高產品設計及制造的創造力[2]。

2.2 CAD技術在機械設計制造產品中的應用

2.2.1 應用CAD技術進行產品建模

CAD技術中的三維建模具有多種功能工具可以做到零件的實體建模，針對零件的結構和規格進行分析，并將其拆分為多個構建體，再通過三維CAD技術將構建體進行組建，運用布爾運算分析構建體，繪制出產品零件的三維實體組建模型。面對一些較為復雜的零件，也可以通過三維CAD軟件的草圖繪制工具建立實體模型，需要先描出產品零件的截面圖，之后利用CAD軟件進行抽殼拉伸等操作，繪制零件的幾何圖形，之后按照產品的有關參數信息進行模型的調整，確保幾何圖形的外形和數據能夠與零件達成一致。如對于葉輪產品零件的設計便可以將原本的二維CAD繪圖導入到三維CAD軟件草圖中，之后通過變形拉伸等操作工具繪制出三維實體，能夠有效改善繪圖的效率與準確性，提高繪圖與產品的契合性。

2.2.2 應用CAD進行產品修改

根據產品系列劃分類別是機械制造生產過程中區別產品的重要方法，同時根據不同系列新開發產品和換代產品間的實際改變進行劃分，可能只是添加某一項性能部件或在外形規格上有所差異，都會對產品的參數帶來影響。應用CAD技術則可以實現產品參數的快速變更，實現產品的換代設計。CAD技術在產品建模期間通常會應用參數化建模的形式，通過參數來關聯產品建模過程中的各項步驟以及產品外形規格、結構特征等，若對產品設計中的尺寸或結構進行部分變更，通常修改產品設計建模中的有關參數即可實現產品的更新。通過CAD來實現產品修改不僅能快速實現精確化的變更，而且產品的結構及其他部分并不需要重新設計，有效降低了設計工作量，并提高設計效率[3]。

2.2.3 應用CAD軟件生成實體零件圖及裝配圖

在零件裝配方面，根據產品裝配技術流程，應用CAD技術實現零件的裝配模擬，或應用CAD技術實現產品裝配路徑的存儲、查找，在CAD軟件中保存記錄，在后續機械運作期間若發現模擬裝配中有存在異常的零件，那么可以在軟件中針對裝配模擬過程來查找零件裝配流程，其他零件不需要進行拆卸便可以快速找到零件異常的成因和發生位置。在找到故障源后，也可以應用CAD技術對有關零件進行修改，提高設計精確性，更加直觀地實現零件裝配，使得零件圖和裝配圖的制圖效率大大提高。

2.3 CAD技術在實體生成中的應用

對于機械產品設計與制造來說，CAD技術的應用也能夠在實體生成中發揮巨大優勢，CAD技術應用于實體生成中的優勢主要體現在實體建模中，針對目前機械產品的實體建模來說，能夠選擇的模型類型較為靈活，而應用較為廣泛的主要有立方體和球形兩種。在機械零件三維實體模型構建期間，CAD技術的應用只需要明確零件的內部結構特征即可，可以實現零件結構的劃分，使零件形成多種結構體，在這一條件下對基本模型進行三維實體構造，之后應用立體學和有關的布爾運算進行模型拼接，形成零部件的整體構造。在機械零件的設計與生成方面，一般不會沿用單一的模型結構類型，而是通過集中模型結構進行結合，實現模型的結合應用，保證零件模型的生成質量[4]。

3? 結束語

隨著我國機械制造領域的不斷發展，CAD技術也在不斷進步與更新，在機械設計與制造中CAD技術的應用也越來越廣泛，這不僅促進了機械設計水平的進步，同時也加強了機械制造企業的競爭能力。但CAD技術的研發與應用與發達國家仍然具有一定差距，因此還要進一步提高CAD技術的研究深度，為機械設計和制造中的應用提供更有利的條件，促進機械制造領域的長遠發展。

參考文獻：

[1]趙元.淺析CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的新發展[J].中外企業家，2018（21）：124.

[2]王治海.CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的新發展探討[J].四川水泥，2016（12）：109.

[3]張麗.機械設計制造中的CAD技術應用分析[J].山東工業技術，2017（03）：35.

[4]陳格.論CAD在機械設計中的應用及機械制造技術的應用實踐[J].建材與裝飾，2015（45）：245-246.