三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用

　　摘 要：作為計(jì)算機(jī)技術(shù)較早應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)，在隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，其設(shè)計(jì)手段也發(fā)生了革命性的變化。三維CAD技術(shù)的運(yùn)用將機(jī)械設(shè)計(jì)推向一個(gè)日漸成熟的高度。本文對(duì)三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)用進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的闡述，以促進(jìn)人們對(duì)三維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)有一個(gè)更好的把握。
　　關(guān)鍵詞：三維CAD 機(jī)械設(shè)計(jì) 參數(shù)化
　　中圖分類號(hào)：TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0010-01
　　機(jī)械設(shè)計(jì)作為工科類學(xué)生的必修課程，在工科類學(xué)生的學(xué)習(xí)體系中占有舉足輕重的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容就是基本理論、基本知識(shí)以及基本方法，將這些書(shū)本知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中，在實(shí)踐過(guò)程中，更多側(cè)重于設(shè)計(jì)技能與設(shè)計(jì)構(gòu)思能力的培養(yǎng)。在機(jī)械學(xué)習(xí)教學(xué)中，將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐進(jìn)行緊密結(jié)合，讓學(xué)生在實(shí)踐中加強(qiáng)對(duì)專業(yè)課程與專業(yè)技能的鞏固與運(yùn)用成為了最主要的目的。因此加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教學(xué)方式的改革是勢(shì)在必行的。目前機(jī)械行業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了從手工繪圖向二維CAD技術(shù)過(guò)渡。二維CAD技術(shù)已經(jīng)成為了目前我國(guó)機(jī)械行業(yè)最為普遍的技術(shù)。但是隨著時(shí)間的推進(jìn)，二維CAD技術(shù)的弊端也日益突出，如其只能起到一個(gè)電子圖板的功能，容易出現(xiàn)尺寸漏標(biāo)、投影線生成過(guò)程復(fù)雜等問(wèn)題。因此二維CAD并沒(méi)有真正起到一個(gè)計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)作用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的提高，信息處理方式的不斷智能化，機(jī)械設(shè)計(jì)也逐漸開(kāi)始向三維CAD邁進(jìn)，并且在實(shí)踐中獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)受住了實(shí)踐的考驗(yàn)。三維CAD技術(shù)開(kāi)始成為機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。
　　1 三維CAD技術(shù)概念
　　三維CAD技術(shù)也稱之為建模技術(shù)。作為CAD技術(shù)的核心，三維CAD技術(shù)經(jīng)過(guò)了多個(gè)發(fā)展階段才逐漸發(fā)展成型，它是以三維模型為基礎(chǔ)的，只要建造好了三維結(jié)構(gòu)，那么二維模型也是信手捏來(lái)的。三維CAD技術(shù)主要包括三維轉(zhuǎn)二維、三維造型與三維設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與仿真、圖樣檔案管理等。完備的三維CAD技術(shù)不僅能夠滿足幾何圖形的形狀與性能要求，而且能夠使其各方面的指標(biāo)都達(dá)到一個(gè)完美的狀態(tài)。三維CAD技術(shù)符合創(chuàng)造者的設(shè)計(jì)思維，能夠使設(shè)計(jì)者充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用不僅解決了工程繪圖質(zhì)量與產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量等問(wèn)題，而且能夠使產(chǎn)品的運(yùn)功仿真、虛擬設(shè)計(jì)等達(dá)到最佳狀態(tài)。在目前的時(shí)代，掌握好三維CAD技術(shù)成為了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)人員的一種基本技能。
　　2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械技術(shù)中運(yùn)用優(yōu)勢(shì)
　　2.1 變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
　　進(jìn)行變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)是進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的主要思想。傳統(tǒng)性CAD技術(shù)知識(shí)用固定尺寸進(jìn)行幾何元素的定義，如果要進(jìn)行圖畫(huà)修改的話就要進(jìn)行重畫(huà)，而設(shè)計(jì)作品往往都是在進(jìn)行多次修改后才能生成，因此這就給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)很大的麻煩與浪費(fèi)，二維CAD雖然能夠具有一定程度的參數(shù)化功能，但是對(duì)于實(shí)現(xiàn)建立于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計(jì)還是有一定的難度。三維CAD設(shè)計(jì)中的變量化與參數(shù)化板塊就能夠?qū)α慵O(shè)計(jì)因某些尺寸變化而產(chǎn)生的變化進(jìn)行自動(dòng)修改，也可以對(duì)基于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行裝配，及時(shí)是其中的某個(gè)零件尺寸出現(xiàn)變化，它也會(huì)使得其他的零件尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。這就很大程度上減少了修改的工作量與工作時(shí)間，減輕了設(shè)計(jì)人員的修改工作量，大大節(jié)省了時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)速度，也避免了信息的過(guò)于繁冗。
　　2.2 設(shè)計(jì)作品更形象與直觀
　　作品設(shè)計(jì)時(shí)，最原始的設(shè)想是一種立體的實(shí)體?？墒且?yàn)樵O(shè)計(jì)手段的有限，所以設(shè)計(jì)人員很難在平面圖紙上將其作品繪畫(huà)出立體效果，通常是用正投影所形成的二維法來(lái)繪畫(huà)三維構(gòu)想。但是現(xiàn)在隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，在軟件的輔助下，將構(gòu)想中的三維作品繪畫(huà)出來(lái)變得可能了。其中能使作品更形象更直觀的就是三維CAD技術(shù)了。利用該技術(shù)創(chuàng)作出的作品能讓人一目了然，并且有利于設(shè)計(jì)者進(jìn)行更直觀的檢查工作，利用該技術(shù)還可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行模擬運(yùn)轉(zhuǎn)與模擬裝配，使作品更適合實(shí)際運(yùn)用。
　　2.3 可以對(duì)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與有限元分析
　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能保證設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的數(shù)據(jù)與實(shí)際工作數(shù)據(jù)的高度接近，容易導(dǎo)致零部件的可靠性降低，加大了危險(xiǎn)系數(shù)，尤其是對(duì)一些形狀收禮復(fù)雜的重要零件的數(shù)據(jù)。三維CAD技術(shù)能夠?qū)α悴考M(jìn)行有限元分析，能夠?qū)χ匾牧悴考臄?shù)據(jù)經(jīng)參數(shù)化后輸入到有限元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行受力變形分析、形狀優(yōu)化分析以及振動(dòng)分析。一旦結(jié)果不符合實(shí)際要求就要進(jìn)行重新計(jì)算與設(shè)計(jì)，一直到符合為止。這樣也就大大提高了設(shè)計(jì)效率與安全系數(shù)，降低了材料的浪費(fèi)，提高產(chǎn)品的可靠性。
　　3 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)用趨勢(shì)
　　隨著三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不斷發(fā)展，它也正朝著集成化、規(guī)范化與智能化的方向發(fā)展。
　　3.1 集成化
　　三維CAD技術(shù)不是一種孤立的技術(shù)，它集成了外圍設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等。與此同時(shí)，它又與CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、MRP（制造資源管理）等相關(guān)系統(tǒng)的集成。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD技術(shù)也開(kāi)始逐漸實(shí)現(xiàn)CAD＼CAM的集成，這也是今后人們發(fā)展的一個(gè)重要熱點(diǎn)。
　　3.2 規(guī)范化
　　規(guī)范化趨勢(shì)主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)模型規(guī)范化以及CAD資源規(guī)范化。三維CAD技術(shù)講工程數(shù)據(jù)模型與幾何數(shù)據(jù)作為自身系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的依據(jù)。
　　3.3 智能化
　　參數(shù)設(shè)計(jì)與特征造型是三維CAD智能化的重要進(jìn)步與表現(xiàn)。系統(tǒng)軟件不僅為人們提供一種繪畫(huà)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且也不再把占有線面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一起而忽略他們的內(nèi)在聯(lián)系。參數(shù)設(shè)計(jì)與特征造型的引進(jìn)已經(jīng)成為了軟件作為人們好幫手的重要依據(jù)。
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