三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中應(yīng)用探討

劉小雄

摘 要：隨著三維CAD 技術(shù)的發(fā)展，三維圖形已由過去的輔助作用，迅速擴大到現(xiàn)在貫穿于設(shè)計和生產(chǎn)的全過程。針對當(dāng)前三維CAD 技術(shù)在機械設(shè)計領(lǐng)域發(fā)展的實際情況，現(xiàn)對三維CAD 設(shè)計技術(shù)作了系統(tǒng)、全面、深入的分析。根據(jù)三維CAD設(shè)計的技術(shù)特點，探討了現(xiàn)代機械設(shè)計人員必備的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞：三維CAD；機械設(shè)計；信息化設(shè)計

三維造型設(shè)計技術(shù)是利用計算機模擬一個三維空間，設(shè)計人員直接在這個三維空間里設(shè)計物體的模型，描述自己的設(shè)計意圖。三維CAD造型技術(shù)設(shè)計理念的興起，對傳統(tǒng)的機械設(shè)計模式帶來了極大的沖擊。與平面二維CAD技術(shù)是利用投影圖描述物體相比，過去軸測圖、透視圖等三維圖形一般是作為機械設(shè)計的輔助圖樣，而三維機械設(shè)計三維圖形卻貫穿于整個設(shè)計以及制造過程中。幾何形體的三維空間描述比傳統(tǒng)的二維空間描述表現(xiàn)的更真實、更準(zhǔn)確、更全面。由于三維設(shè)計具有傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計所無法比擬的優(yōu)越性，目前三維造型設(shè)計技術(shù)在機械設(shè)計中己成為主流。

1 三維CAD設(shè)計的特點與優(yōu)勢

1.1 三維CAD設(shè)計的特點

三維設(shè)計中對于任何一個位置的特定的點和空間的圖形對象，CAD都具有一個相對應(yīng)的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，該坐標(biāo)系具有可移動的用戶坐標(biāo)系統(tǒng)，以便于局部區(qū)域的操作。同時可在計算機模擬空間的任何位置設(shè)置視點，從任意視點和方向觀察所設(shè)計對象。能將三維模型轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的多個視圖，生成帶有標(biāo)注尺寸的產(chǎn)品圖。然后通過內(nèi)置渲染器所配有的各種光源及表面材質(zhì)，可根據(jù)三維模型制作真實感著色圖。

1.2 三維CAD設(shè)計的優(yōu)勢

人們頭腦中所構(gòu)思的設(shè)計對象就是三維形態(tài)，因此，直接用三維實體形式來描述設(shè)計對象是最直觀的描述方式。采用三維CAD 技術(shù)，使機械設(shè)計周期縮短了近1/3，提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD 系統(tǒng)進行新機械的開發(fā)設(shè)計時，只需對其中部分零部件進行重新設(shè)計和制造，可以在裝配環(huán)境中設(shè)計新零件；利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件，可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨設(shè)計零件出現(xiàn)錯誤而導(dǎo)致裝配的失敗。同時還可以進行運動仿真，能清楚地看到機器運動的全過程，檢驗行程是否達到要求，對于在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運動中出現(xiàn)碰撞的也可檢驗出來，從而及時對設(shè)計進行更改。由此可見，三維CAD 系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力，能夠通過快速、精確重構(gòu)及仿真，得到一種全新的機械產(chǎn)品。

2 三維CAD 技術(shù)對機械設(shè)計的影響

三維CAD 技術(shù)在機械設(shè)計中的特點及優(yōu)勢，從根本上改變了機械設(shè)計方法，現(xiàn)代設(shè)計概念的引進，克服了傳統(tǒng)二維設(shè)計的弊端，使機械設(shè)計發(fā)生了深刻的變化。具體表現(xiàn)一下幾點：

2.1 三維機械設(shè)計充分發(fā)揮機械設(shè)計創(chuàng)新性

傳統(tǒng)機械設(shè)計偏重經(jīng)驗，設(shè)計過程中多依靠經(jīng)驗設(shè)計，且主要以機械改型設(shè)計為主，忽視了創(chuàng)新性的機械設(shè)計，使得機械設(shè)計產(chǎn)品無法實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。而三維CAD 技術(shù)使設(shè)計在方案設(shè)計階段，即可充分利用設(shè)計專家系統(tǒng)及現(xiàn)代科技新理論，建立多元系統(tǒng)進行設(shè)計造型對比，實施產(chǎn)品創(chuàng)新，同時由于三維設(shè)計立體表現(xiàn)的特點，能更加逼真的反映設(shè)計人員新穎的設(shè)計構(gòu)思，進而得到更高科技含量的設(shè)計產(chǎn)品。

2.2 實現(xiàn)機械制造過程全面信息化

三維CAD設(shè)計系統(tǒng)中先進的信息處理技術(shù)不僅使設(shè)計全程計算機化，而且在設(shè)計產(chǎn)品加工制造之前，即可利用三維設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)虛擬組裝及動態(tài)仿真，在設(shè)計產(chǎn)品加工前就可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計是否缺陷并進行針對性改進，進而極大地提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)通信的快速普及，信息傳輸技術(shù)已進入高速交流時代，使異地設(shè)計成為現(xiàn)實，甚至設(shè)計方案的實時異地討論、異地現(xiàn)場修改都已成為現(xiàn)實。

3 三維CAD設(shè)計展望

三維CAD 技術(shù)徹底更新傳統(tǒng)二維設(shè)計手段及設(shè)計方法，這就要求從事機械設(shè)計工作的設(shè)計人員提出更高的要求，不僅要具備扎實的設(shè)計理論知識、豐富的設(shè)計經(jīng)驗等基本機械設(shè)計素質(zhì)，還應(yīng)具備熟練的計算機相關(guān)知識及科學(xué)的設(shè)計思想?？傊SCAD 設(shè)計技術(shù)在目前機械設(shè)計中已發(fā)揮了重要的作用，使機械設(shè)計提高到全新的階段。它的迅速發(fā)展必將能滿足現(xiàn)代化機械設(shè)計越高的需求，為機械設(shè)計提供強有力的支持。

參考文獻

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