三維CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的應(yīng)用研究

張立新 叢文靜 趙敏

（海軍航空大學(xué)，煙臺(tái) 475099）

CAD技術(shù)應(yīng)用之前，機(jī)械制圖是以復(fù)雜煩瑣的手工制圖為主。手工制圖需要通過(guò)二維形式表現(xiàn)出機(jī)械實(shí)物的三維立體化關(guān)系，相應(yīng)地加大了手工繪圖的難度。CAD技術(shù)簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖流程，結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)資源，提高設(shè)計(jì)效率[1]。

1 CAD技術(shù)與機(jī)械制圖的關(guān)系

多數(shù)人員對(duì)于CAD技術(shù)、機(jī)械制圖的認(rèn)識(shí)誤區(qū)較大，認(rèn)為CAD技術(shù)只需要識(shí)別物理圖像就可以完成機(jī)械制圖。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中必須重視機(jī)械制圖的相關(guān)問(wèn)題，學(xué)習(xí)和了解CAD技術(shù)機(jī)械理論、技巧，合理應(yīng)用CAD技術(shù)優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)，通過(guò)多元化設(shè)計(jì)指令，準(zhǔn)確繪制機(jī)械圖樣。在傳統(tǒng)機(jī)械制圖中，設(shè)計(jì)人員需要利用大量時(shí)間繪圖。若可查閱和借鑒的資料與方法少，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖被頻繁修改，降低了后期繪制圖像的清晰度。應(yīng)用CAD技術(shù)可以有效規(guī)避上述問(wèn)題，利用計(jì)算機(jī)與顯示器繪圖立體化展示設(shè)計(jì)效果。

2 機(jī)械制圖中CAD技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 CAD技術(shù)精確度高

在建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械模具設(shè)計(jì)中，人們對(duì)尺寸、規(guī)格精度要求嚴(yán)苛，導(dǎo)致傳統(tǒng)手工繪圖的方式已不能滿(mǎn)足繪圖需求。三維CAD技術(shù)可以精密繪制設(shè)計(jì)圖紙，將精確度控制在毫米級(jí)。在機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中，合理應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以降低設(shè)計(jì)生產(chǎn)難度，提升設(shè)計(jì)速度，加強(qiáng)項(xiàng)目效果[2]。

2.2 技術(shù)應(yīng)用的便捷性

在傳統(tǒng)機(jī)械繪圖中，當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)問(wèn)題時(shí)，必須返工修改圖紙內(nèi)容，此時(shí)需要重新開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。但是，應(yīng)用CAD技術(shù)可以準(zhǔn)確控制繪圖過(guò)程，在繪圖出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)可以及時(shí)修改優(yōu)化，減少機(jī)械制圖的時(shí)間成本。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的應(yīng)用

3.1 技術(shù)精密度

應(yīng)用CAD技術(shù)可以高效且精準(zhǔn)繪圖，降低后期工序操作難度。相比于傳統(tǒng)手工制圖技術(shù)，三維CAD技術(shù)具備高效、誤差低、便捷等優(yōu)勢(shì)。

3.2 存儲(chǔ)和傳播圖像文件

在常規(guī)機(jī)械制圖操作中，需要應(yīng)用工具進(jìn)行處理，且紙質(zhì)制圖的存儲(chǔ)與保管難度大。然而，CAD可以直接利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工，還可以方便快捷地傳輸、交流和存儲(chǔ)圖紙資料。完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)后，圖紙文件、資料、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)上，可以將數(shù)據(jù)刻錄為光盤(pán)，便于長(zhǎng)期存儲(chǔ)與保管。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖紙與設(shè)計(jì)資料進(jìn)行存儲(chǔ)，不僅可以減少資源浪費(fèi)，還可以防止紙張受損、資料丟失。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，只要確保電能供應(yīng)，就可以持續(xù)運(yùn)行。所以，機(jī)械制圖和CAD制圖相結(jié)合，不僅可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，而且可避免產(chǎn)生繪圖誤差。

3.3 制圖資源可重復(fù)利用

傳統(tǒng)機(jī)械制圖繪制問(wèn)題較多，項(xiàng)目結(jié)束后，存儲(chǔ)紙張與文件無(wú)法被重復(fù)利用。然而，在應(yīng)用CAD技術(shù)時(shí)，機(jī)械制圖圖紙可以建設(shè)多類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)，便于后續(xù)設(shè)計(jì)。當(dāng)遇到類(lèi)似機(jī)械制圖任務(wù)時(shí)，能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)選擇相應(yīng)圖形與制圖技巧，修改相關(guān)參數(shù)就可得到新的繪圖，提高了機(jī)械制圖效率。采用此方式可以確保機(jī)械制圖能夠長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)保管，不斷豐富資源庫(kù)內(nèi)容，為后續(xù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供資源保障。

4 CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的具體應(yīng)用

4.1 在幾何制圖中的應(yīng)用

機(jī)械制圖中包含多種元素，因此在頁(yè)面設(shè)計(jì)與布局時(shí)，通過(guò)科學(xué)化技術(shù)，確保點(diǎn)線(xiàn)面分布的合理性。通過(guò)CAD技術(shù)輸入控制點(diǎn)位坐標(biāo)，建設(shè)多形式視圖，快速完成點(diǎn)線(xiàn)面刻畫(huà)。通過(guò)幾何制圖，反映出不同點(diǎn)的位置，呈現(xiàn)出立體化視覺(jué)效果。

4.2 在組合視圖中的應(yīng)用

機(jī)械制圖中，組合體通常由多個(gè)幾何圖組成。在應(yīng)用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與繪制時(shí)，利用三維建模功能優(yōu)化繪制組合體造型，確定構(gòu)件造型平面，建設(shè)幾何結(jié)構(gòu)。按照自身設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)幾何體找尋適宜方向，同時(shí)將幾何體布設(shè)在對(duì)應(yīng)位置建設(shè)三維模型。應(yīng)用CAD設(shè)計(jì)方法后，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量多的機(jī)械構(gòu)件，設(shè)計(jì)人員可以短時(shí)間完成，提高了機(jī)械制圖的效率[3]。

4.3 在剖視圖中的應(yīng)用

在機(jī)械制圖中，剖視圖非常重要，且應(yīng)用廣泛。多數(shù)構(gòu)件細(xì)部的設(shè)計(jì)與處理，都需要借助剖視圖展示其復(fù)雜的空間形態(tài)，同時(shí)幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)復(fù)雜線(xiàn)條，如曲線(xiàn)、投影等。剖視圖無(wú)法建立交叉線(xiàn)條和重合線(xiàn)條。利用CAD技術(shù)可建立對(duì)應(yīng)的幾何模型，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)解剖展示構(gòu)件平面，詳細(xì)觀(guān)察機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)與形狀，通過(guò)三維視圖多角度、多方位觀(guān)察圖像，為后續(xù)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

4.4 在裝配圖中的應(yīng)用

機(jī)械制圖的內(nèi)容不僅包含機(jī)械結(jié)構(gòu)與部件繪制，而且涉及到多機(jī)械部件裝配組合，利用CAD技術(shù)模擬機(jī)械部件狀態(tài)。在裝配過(guò)程中，合理設(shè)置三維圖紙可更好地展現(xiàn)各部件結(jié)構(gòu)與關(guān)系，掌握機(jī)械裝配流程與方式。三維CAD技術(shù)能夠模擬不同構(gòu)件的裝配過(guò)程，確保操作人員了解裝配流程。

4.5 零部件實(shí)體建模

將CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制圖，能夠?yàn)槿S實(shí)體建模提供建模方式，簡(jiǎn)化零件建模過(guò)程。對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的零件，通過(guò)制圖知識(shí)將零件劃分為多個(gè)基礎(chǔ)幾何體。建立模型后，合理應(yīng)用草圖工具繪制平面輪廓。使用實(shí)體編輯工具，生成實(shí)體模型。建設(shè)三維實(shí)體模型，設(shè)計(jì)人員基于各角度觀(guān)察和調(diào)整零部件，充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

4.6 集成制造系統(tǒng)

通過(guò)CAD技術(shù)編寫(xiě)程序完成產(chǎn)品的模型，利用程序控制數(shù)控加工裝置。通過(guò)CAD軟件模擬加工刀具路徑，待設(shè)計(jì)人員檢查無(wú)誤后，可以生成數(shù)控程序，并利用數(shù)據(jù)接口將程序傳輸至數(shù)控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)設(shè)備高效準(zhǔn)確地完成產(chǎn)品加工，提高生產(chǎn)效率。

5 CAD技術(shù)的發(fā)展前景

5.1 集成化

對(duì)于生產(chǎn)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)制造管理屬于重要的生產(chǎn)活動(dòng)。三維CAD技術(shù)朝著集成化方向發(fā)展，可以提升產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。集成化主要是系統(tǒng)內(nèi)部模塊集成，包括工程領(lǐng)域計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）和CATD集成。軟件標(biāo)準(zhǔn)化可以保障CAD集成化的效果，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提升軟件開(kāi)放度，實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)高度集成[4]。

5.2 信息化

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中，CAD能夠制造標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，將動(dòng)態(tài)三維模型集成到自動(dòng)目錄中。利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)交流，確保設(shè)計(jì)人員能直接應(yīng)用產(chǎn)品模型，減少重復(fù)性工作。按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)作模式，能夠加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)化

建立統(tǒng)一化產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)高度集成。復(fù)雜產(chǎn)品由不同企業(yè)及部門(mén)協(xié)作完工。機(jī)械產(chǎn)品部件信息存儲(chǔ)于不同計(jì)算機(jī)CAD系統(tǒng)，在后期裝配制造環(huán)節(jié)極易產(chǎn)生產(chǎn)品信息表達(dá)差異的問(wèn)題。為了消除差異影響，在各系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)當(dāng)科學(xué)應(yīng)用數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式國(guó)際化。

5.4 智能化

設(shè)計(jì)屬于創(chuàng)造性活動(dòng)內(nèi)容，所要求的智能化水平非常高，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)無(wú)法完成。人工智能技術(shù)的快速發(fā)展將使CAD技術(shù)更加完善，其設(shè)計(jì)不僅是將CAD技術(shù)與智能技術(shù)結(jié)合起來(lái)，而是注重對(duì)人類(lèi)思維過(guò)程的研究，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化思維模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)模擬表達(dá)，確保CAD系統(tǒng)的高效性，提高三維CAD技術(shù)繪圖的效率[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

三維CAD技術(shù)在繪圖中的應(yīng)用極大地提高了繪圖質(zhì)量和精確度，減少了繪圖時(shí)間，降低了出錯(cuò)率，比傳統(tǒng)圖紙更方便保存、查閱。