三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

溫月祥

（秦皇島市海港區(qū)迎賓路廣播電視臺(tái)視聽(tīng)之友報(bào)社，河北 秦皇島 066001）

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一，它對(duì)整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)鏈起著至關(guān)重要的作用，而機(jī)械設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量很大程度上都體現(xiàn)在技術(shù)水平上。文章將通過(guò)分析三維技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響、舉例說(shuō)明三維技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、指出三維技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)以及尚還存在的問(wèn)題來(lái)說(shuō)明三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 三維技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

（1）打造信息化的制造過(guò)程。設(shè)計(jì)人員可以利用現(xiàn)代信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的機(jī)械設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以運(yùn)用三維CAD實(shí)現(xiàn)動(dòng)感仿真以及虛擬組裝，也就是說(shuō)在產(chǎn)品完工之前甚至加工之前就找到問(wèn)題，盡早解決問(wèn)題，這樣不僅提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平，也縮短了設(shè)計(jì)的時(shí)間。目前機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)從以往的繪圖發(fā)展到如今的虛擬制造、智能設(shè)計(jì)、三維建模以及CAD/CAE/CAM集成階段，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一體化流程。

（2）營(yíng)造創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)氛圍。相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，新型設(shè)計(jì)依靠三維CAD技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段根據(jù)一些新的科技理念和理論及相關(guān)的專(zhuān)家系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，不僅可以建立多種機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)比構(gòu)型，同時(shí)由于設(shè)計(jì)的效果好、立體感強(qiáng)還可以更加激發(fā)設(shè)計(jì)人員的構(gòu)思，促使設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品。

2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用

（1）零部件設(shè)計(jì)檢查。設(shè)計(jì)人員能夠在三維CAD系統(tǒng)的裝配環(huán)境中運(yùn)用簡(jiǎn)單快捷的操作來(lái)設(shè)計(jì)新的零部件，同時(shí)也可以通過(guò)操作相關(guān)的零部件來(lái)設(shè)計(jì)新的零部件。這樣，在三維CAD技術(shù)的支持下，相鄰的零部件之間可以更好地結(jié)合，減少了誤差，降低了設(shè)計(jì)的失敗率。

（2）零件與裝配圖的實(shí)體生成。線框模型、表面模型和實(shí)體模型是CAD的三種三維建模方法，擁有實(shí)體建模功能的CAD系統(tǒng)中都有一些基本的體系：簡(jiǎn)單的零件可以在結(jié)構(gòu)分析的功能下分解成不同的基本體，這些基本題通過(guò)三維實(shí)體造型和布爾運(yùn)算，就可以得出零件的三維實(shí)體模型；復(fù)雜的零件，通常是先在二維幾何元素構(gòu)造中定出零件的幾面輪廓，之后再在三維造型中通過(guò)一些操作得到基本體，最后通過(guò)布爾運(yùn)算得到三維實(shí)體造型。

3 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

（1）提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)含量?，F(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)在三維CAD技術(shù)的支持下，利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法來(lái)提高機(jī)械設(shè)計(jì)的水平保證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，如優(yōu)化、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、有限元受力分析、運(yùn)動(dòng)方針等。機(jī)械產(chǎn)品本身就是與信息技術(shù)相融合的，再加之采用CAD、CIMS組織生產(chǎn)，如此一來(lái)，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就有了新的發(fā)展。

（2）促進(jìn)零件的裝配更加方便與直觀。由于CAD軟件的發(fā)展，三維設(shè)計(jì)形象、直觀設(shè)計(jì)人員再設(shè)計(jì)零件的時(shí)候可以運(yùn)用三維實(shí)體甚至是帶有相當(dāng)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)關(guān)系的三維實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段的模擬裝配、模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使設(shè)計(jì)更加接近實(shí)際過(guò)程。

（3）減少機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間、提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率。在三維設(shè)計(jì)中，其基本思想之一就是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)。無(wú)論是傳統(tǒng)的CAD繪圖軟件還是現(xiàn)有的二維繪圖軟件都實(shí)現(xiàn)不了參數(shù)化設(shè)計(jì)。但在三維CAD的參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)版塊中，零件可以根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的變化而自行更改以達(dá)到合適的效果；同樣，當(dāng)零件的尺寸和形狀發(fā)生變化的時(shí)候，其他相關(guān)結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之變化。這樣，三維CAD技術(shù)就可以幫助機(jī)械設(shè)計(jì)減少大量的工作量，使工作時(shí)間減少了近三分之一，而工作效率卻提高3～5倍，縮短機(jī)械設(shè)計(jì)的周期，從而提高了生產(chǎn)的效率。

（4）促進(jìn)實(shí)現(xiàn)CDA/CAM集成。由于三維設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成，這就意味著在三維CAD的技術(shù)下，產(chǎn)品在從設(shè)計(jì)到制造的整個(gè)全過(guò)程，通過(guò)信息集成和信息流自動(dòng)化，可以保證加工的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)完全精確吻合，使CAM可以直接獲取CAD的信息進(jìn)行加工。而按照傳統(tǒng)做法，工作人員是根據(jù)CAD設(shè)計(jì)出來(lái)的圖紙進(jìn)行數(shù)控加工編輯的，因此不可避免地造成了在CAD和CAM中有兩套一樣的零件數(shù)據(jù)，很容易導(dǎo)致管理上的混亂。

4 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足及分析

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，三維CAD技術(shù)的確具有很大的優(yōu)勢(shì)。但該技術(shù)在實(shí)際的推廣使用中，并不是所有的企業(yè)效果都很好，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）缺乏三維CAD技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人才。首先，三維CAD系統(tǒng)本事就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不是所有設(shè)計(jì)人員都很熟練地掌握的，甚至很多接受過(guò)CAD系統(tǒng)應(yīng)用培訓(xùn)的設(shè)計(jì)人員都對(duì)CAD的部分功能還很模糊，這種情況對(duì)設(shè)計(jì)人員完成機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)很大的障礙。其次，由于在現(xiàn)代社會(huì)人才的流動(dòng)性很大，而且三維CAD技術(shù)的培訓(xùn)成本很高，這難免打擊了某些企業(yè)對(duì)培育CAD人才的積極性。因此造成了精通三維CAD的技術(shù)人員缺乏的情況。

（2）未實(shí)現(xiàn)真正的輔助設(shè)計(jì)。就目前而言，很多企業(yè)在CAD軟件的選擇上表現(xiàn)出很多錯(cuò)誤的觀點(diǎn)。有些企業(yè)采用三維CAD技術(shù)運(yùn)用CAD軟件只是簡(jiǎn)單地為了追求三維效果，并沒(méi)有真正的意識(shí)到三維CAD軟件的潛能和三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)，他們還只是停留在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法上，也僅僅只是利用計(jì)算機(jī)制圖，如此一來(lái)，CAD軟件也就失去了它真正的意義和功能。還有些企業(yè)的錯(cuò)誤表現(xiàn)在軟件的選擇上，他們盲目追求那些高端的CAD軟件，如Pro/Engineer、UG等。對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，這些功能強(qiáng)大的軟件價(jià)格不菲而且難掌握，這樣一來(lái)投入過(guò)大而軟件的功能卻未必完全發(fā)揮。因此，企業(yè)在選擇CAD軟件的時(shí)候一定要實(shí)事求是，根據(jù)自身的情況、實(shí)際需求以及企業(yè)近期的發(fā)展目標(biāo)來(lái)選擇適宜的軟件，不要盲目追求功能強(qiáng)的軟件，要考慮到性比價(jià)、服務(wù)、軟件商的技術(shù)支持度等各因素。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的制造業(yè)正隨著技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展壯大，中國(guó)制造如何轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊?guó)創(chuàng)造這有賴(lài)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)是重中之重也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，它是企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中立足的法寶。未來(lái)計(jì)算機(jī)不斷完善的功能、信息的智能化處理，這都使CAD三維技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景良好。