改進(jìn)的CAD技術(shù)在機(jī)械工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉澤華

LIU Ze-hua

（北京郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京 100876）

0 引言

人類(lèi)在進(jìn)化的同時(shí)就已經(jīng)學(xué)會(huì)了使用工具，只不過(guò)是當(dāng)時(shí)的工具的加工技術(shù)較為粗糙，而現(xiàn)在加工工具更具有科學(xué)性、實(shí)用性和細(xì)致性，但是兩者的共同特性就是能夠應(yīng)付當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)與生活。正是因?yàn)樯鐣?huì)的發(fā)展才帶動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而機(jī)械的加工也伴隨著科技的發(fā)展而在不斷的更新?lián)Q代中，CAD這款軟件正是伴隨著機(jī)械業(yè)的發(fā)展而誕生的，它使得原始的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了巨大的變革，使得設(shè)計(jì)工作由原來(lái)的“被動(dòng)式”變?yōu)榱恕爸鲃?dòng)式”，機(jī)械設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)也得到了降低。經(jīng)過(guò)了二十多年的發(fā)展與多次的升級(jí)改版，它已經(jīng)成為了一款更為成熟與易用的軟件。現(xiàn)在這款軟件已經(jīng)涉及到了機(jī)械設(shè)計(jì)、土木建筑設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、測(cè)繪、工業(yè)設(shè)計(jì)、包裝與服裝設(shè)計(jì)、繪制軍事地圖等領(lǐng)域。

產(chǎn)品最終的銷(xiāo)量與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有著很大的關(guān)聯(lián)，是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中比較重要的一個(gè)步驟，可以決定產(chǎn)品的形狀、成本等各個(gè)方面。隨著步入21世紀(jì)，對(duì)于CAD技術(shù)的要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止在初值的設(shè)計(jì)和數(shù)值的運(yùn)算上面，而是要更加注重圖像的立體與智能，將基本的CAD技術(shù)進(jìn)行改造，使之具備更加新穎和廣泛的發(fā)展方向，是適應(yīng)市場(chǎng)變化等各種新時(shí)代的要求，針對(duì)CAD技術(shù)本身具有的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，本文將重點(diǎn)闡述一下改造后的新技術(shù)在機(jī)械方面的應(yīng)用。

1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介

CAD技術(shù)是由美國(guó)Autodesk公司研發(fā)的一種應(yīng)用型的軟件，主要針對(duì)圖像的設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)便地形象地繪畫(huà)出圖像，正是由于在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作，因?yàn)榭梢院?jiǎn)單地進(jìn)行修改，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)體系對(duì)外開(kāi)放的程度又十分的高，故掌握起來(lái)也相對(duì)地方便，設(shè)計(jì)人員的操作也更加地便捷，因此它很快成為設(shè)計(jì)領(lǐng)域必備的技術(shù)之一，受到了廣大設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)。CAD主要的三維技術(shù)建模方法有三種，分別是線條、構(gòu)架和表面，同時(shí)在這個(gè)實(shí)體構(gòu)架模型中的主要體系有下面四種，分別是立法體、球體、圓椎體和楔形體，因此對(duì)于復(fù)雜的建筑物體可以進(jìn)行分體，將其改造為各種簡(jiǎn)要的體系，然后再進(jìn)行三維體造型，最后通過(guò)各種運(yùn)算，就可以構(gòu)造出各種三維模型。同時(shí)也可以通過(guò)各種截面的輪廓進(jìn)行虛擬化地拉升和旋轉(zhuǎn)，就可以得到全新的基本體，然后在通過(guò)各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)將其分析，按照特定的位置進(jìn)行裝配，從而實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)的三維編輯功能。

從上面的三維CAD系統(tǒng)技術(shù)可以看出，CAD技術(shù)主要具有的優(yōu)勢(shì)在于，可以根據(jù)整個(gè)環(huán)境中的設(shè)計(jì)、位置以及形狀對(duì)應(yīng)地相仿地構(gòu)造出其他的零件，使之與其他零件相一致，這樣就不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置的設(shè)備被一個(gè)單獨(dú)的零件所破壞，且在這個(gè)裝配的過(guò)程中，也可以根據(jù)不同的要求將不同的零部件進(jìn)行隱藏或者顯示，來(lái)突出各個(gè)零件之間的關(guān)系，清晰化內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，這樣就充分使得設(shè)計(jì)過(guò)程也呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)化，非常地清楚，一目了然，這種即使出現(xiàn)錯(cuò)誤，也能在產(chǎn)品生產(chǎn)之前就發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修改設(shè)計(jì)，不會(huì)增加成品的成本。

從上面的說(shuō)明可以看出雖然CAD技術(shù)有著非常優(yōu)越的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是目前許多的單位往往利用CAD技術(shù)做出的模型僅僅是效果圖，沒(méi)有從整體上進(jìn)行分析和考慮整個(gè)空間的設(shè)計(jì)，單純地停留在平面的設(shè)計(jì)上面，實(shí)現(xiàn)的是從圖紙轉(zhuǎn)化到計(jì)算機(jī)屏幕上，沒(méi)有真正地實(shí)現(xiàn)CAD的作用，只是成為了一種輔助設(shè)計(jì)的工具。同時(shí)，通常使用CAD技術(shù)的人員對(duì)這個(gè)技術(shù)也沒(méi)有一個(gè)十分全面的了解，更多的深層功能沒(méi)有挖掘出來(lái)。

2 改進(jìn)的CAD技術(shù)在機(jī)械工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)的產(chǎn)生技術(shù)也在不斷地提升，因?yàn)槠胀C(jī)床、數(shù)控機(jī)床和加工中心的構(gòu)造正不斷地發(fā)展，必然要求CAD技術(shù)不斷地進(jìn)行更新，從傳統(tǒng)簡(jiǎn)單地制圖發(fā)展到現(xiàn)今數(shù)值化、智能化和高度化的技術(shù)，如今已經(jīng)出現(xiàn)了各種CAM、CAE等衍生的技術(shù)，或者將兩種技術(shù)相兼容的新技術(shù)，其中CAD/CAM技術(shù)就是一種必然產(chǎn)生的新技術(shù)，它通過(guò)知識(shí)化和信息化先搭建起一種設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)，而這種倉(cāng)庫(kù)可以及時(shí)地向設(shè)計(jì)人員提供準(zhǔn)確的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)和知識(shí)，達(dá)到了智能化地幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)方案，充分地理解畫(huà)圖人員的意圖，從而可以自動(dòng)地檢測(cè)錯(cuò)誤率，通過(guò)推理功能為設(shè)計(jì)人員提供更好的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也將創(chuàng)新意識(shí)融入到了設(shè)計(jì)功能中去，科學(xué)地指導(dǎo)人員利用這種改進(jìn)型的CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，智能化地設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程更具有即時(shí)性，也十分符合機(jī)械工藝的發(fā)展方向和要求。

由于一個(gè)完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)具有的功能十分地完善，克服了原有CAD技術(shù)功能的缺陷，充分保證機(jī)械工藝的操作流程，故在這個(gè)方面的應(yīng)用比較有優(yōu)勢(shì)。眾所周知，機(jī)械工藝接觸的零部件比較多且雜，形狀各異，而這種改進(jìn)型的CAD技術(shù)可以通過(guò)曲面造型和仿真模擬在三維上展示每一個(gè)零部件的形狀和構(gòu)造，且形象清晰。因?yàn)樵跇?gòu)造機(jī)械整體時(shí)也要充分地考慮各個(gè)部件之間的感應(yīng)力，就可以通過(guò)分析有限元之間的受力來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，再結(jié)合虛擬的運(yùn)動(dòng)仿真，就可以使得機(jī)械各個(gè)部件得到進(jìn)一步的完善，使得一致性保持的非常良好。同時(shí)這個(gè)軟件是以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，同信息技術(shù)相融合，這種方式可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)體的共享，保證工程數(shù)據(jù)的完整性。再有就是這種改進(jìn)技術(shù)在機(jī)械工程上面的改造可以采用許多先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行分析，像是工程數(shù)據(jù)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)和壽命評(píng)估等，就可以使得CAD技術(shù)在解決原有的實(shí)體構(gòu)造的問(wèn)題之后，就可以使用CAE技術(shù)進(jìn)行合理性、強(qiáng)韌度、材料組成和碰撞問(wèn)題上的動(dòng)態(tài)分析，這樣就可以保證成本控制在計(jì)劃之內(nèi)，使得設(shè)計(jì)人員容易學(xué)會(huì)，在機(jī)械工藝上的實(shí)用性非常的強(qiáng)。且不同的CAD/CAM軟件可以針對(duì)不同的機(jī)械工藝實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械工藝上的計(jì)算機(jī)輔助工程分析、設(shè)計(jì)、管理、計(jì)劃與控制，使得機(jī)械工藝上的技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度地集成,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造及生產(chǎn)管理的一體化。

在應(yīng)用這種改進(jìn)的CAD技術(shù)的實(shí)踐過(guò)程中，可以看出機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間就將近減少了1/3,很大幅度地提高了整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。同時(shí)在使用這種改進(jìn)的CAD技術(shù)系統(tǒng)對(duì)新機(jī)械進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí),只需要考慮其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造,而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息,使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3～5倍。同時(shí),改進(jìn)的CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力,能夠通過(guò)快速重構(gòu),得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。

3 結(jié)束語(yǔ)

CAD/CAM技術(shù)是在原有CAD技術(shù)上進(jìn)行的改進(jìn)，這種改進(jìn)技術(shù)使得傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)畫(huà)圖更加智能化和科學(xué)化，更能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程，保證了機(jī)械加工的準(zhǔn)確性和精度，使得零部件的設(shè)計(jì)更加地細(xì)致。雖然現(xiàn)在我們國(guó)家在CAD技術(shù)領(lǐng)域上雖然還沒(méi)達(dá)到世界化的尖端水平，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，通過(guò)在機(jī)械工藝上面的應(yīng)用顯示出將來(lái)會(huì)有更多的改進(jìn)技術(shù)將會(huì)應(yīng)用到很多的方面，且涉及的深度還會(huì)更廣。

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