淺析計算機輔助設計技術在機械設計中的應用研究

摘要：計算機輔助設計為整個機械制造事業(yè)發(fā)展帶來了新的方向，計算機輔助設計可以加強一般產(chǎn)品的設計精度，能夠在整個設計周期上節(jié)約成本和時間，在機械制造中設計出來實用和安全的產(chǎn)品。本文通過對現(xiàn)階段計算機輔助設計的發(fā)展的現(xiàn)狀進行研究，認真研究計算機輔助設計對機械設計的重要性，并通過逆向工程技術中 CAD的應用、汽車覆蓋件模具的設計為研究重點，總結計算機輔助設計在機械設計中運用的程度，并提出相關建設性意見。

關鍵詞：計算機輔助設計；CAD的應用；機械設計；研究

引言

計算機輔助設計技術在我國主要是引用了計算機的計算精準與圖形良好的處理能力，對工作人員的工作起到輔助和幫助的作用，技術人員應用計算機輔助來進行機械設計，協(xié)助工程技術人員，對產(chǎn)品或者工程進行設計、分析，達到預期的效果。我國機械制造引用了計算機輔助設計技術（CAD），計算機和通訊業(yè)務飛速發(fā)展，CAD 技術也在不斷的完善，譬如上世紀出現(xiàn)的集成電路和微處理器， CAD技術應用在我國大中小企業(yè)中廣泛推廣，并相繼應用到飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業(yè)都在不斷的引用 CAD 技術。目前，計算機輔助設計技術已在機械制造業(yè)得到廣泛應用，而且現(xiàn)在的 CAD 應用系統(tǒng)可以將機械設計中的繪圖、分析、數(shù)據(jù)處理、仿真、加工修改等一系列環(huán)節(jié)集于一身，大大縮短了設計時間，提高了設計效率和質量，降低了生產(chǎn)成本與制造周期。CAD的設計和輔助軟件很多種類，主要有ParametricTechnology 公司推出的Pro/Engineer 產(chǎn)品，主要占據(jù)了計算機三維市場，引領著CAD 技術的新潮流。并把這一技術運用到制圖、設計、數(shù)據(jù)處理、仿真、加工修改等技術領域廣泛應用，提高了產(chǎn)品的設計效率與設計質量。

1.計算機輔助設計應用的重要性

機械設計是對機械的工作原理、結構、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及潤滑方法、力和能量的傳遞方式等進行分析、構思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據(jù)的工作過程。這是一個應用的具體過程，這一過程需要我們進行全方位的思維操作，能夠很好地將計算機和機械設計相互連接起來，最終能夠設計出來良好的產(chǎn)品。機械設計整過流程都將采用計算機來輔助設計。圖形的編輯、修改，大量數(shù)據(jù)的計算和比較，對零部件動力、強度等方面的精確測試，這些技術環(huán)節(jié)都是需要計算機來輔助的。傳統(tǒng)的這些工作流程都由計算機來完成，同時操作者可以充分利用計算機的功能，根據(jù)圖紙，在計算機上制造一個模擬樣機，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進行驗證，并根據(jù)實際情況記性修改，最終達到產(chǎn)品的要求。計算機在進行大力的推廣，計算機在機械設中的地位越來越重要，各個方面都涉及計算機知識，它在提高機械設計的質量和轉化為實際制造的效率方面，起到不可或缺的作用。計算機輔助設計機械設計的必然發(fā)展結果，結合了多種學科理論知識。

2.逆向工程中CAD的應用

逆向工程是一種消化、吸收先進設計的重要手段。技術的自主研發(fā)固然重要，但研發(fā)成本卻是相當高昂的，而且研發(fā)過程還受到科技人員的素質、國家財政的投入、現(xiàn)有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術的產(chǎn)生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術條件及設備相對落后的發(fā)展中國家而言是不可想象的。因而，充分利用他國的科技成果，在消化、吸收的基礎上再進行創(chuàng)新不失為一種加快科技發(fā)展的重要手段。逆向工程就是在只有產(chǎn)品或實物模型的條件下，在了解產(chǎn)品原設計的基礎上，逆向重構產(chǎn)品零部件的 CAD 模型，一定要達到創(chuàng)新的效果。以前的“逆向工程”技術的研究和應用都集中在實物方面，即在拆解原有產(chǎn)品的過程中，重建產(chǎn)品實物模型，以實現(xiàn)新產(chǎn)品的制造。隨著現(xiàn)在機械制造技術的發(fā)展，可以通過坐標測量設備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉化為 CAD模型，綜合利用 CAM（計算機輔助制造）、CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)） 等技術對其進行處理和再設計。

3. 汽車覆蓋件模具設計中的 CAD 應用

應盡量在設計環(huán)節(jié)排除這些問題。汽車覆蓋件模具的設計過程一般包括：根據(jù)市

場需求進行模具概念設計；對模具的結構、熱度、工藝問題等進行分析并畫出圖紙；根據(jù)圖紙進行 CAD模具結構造型設計；將 CAD 造型鑄造為實物，如有矛盾或不當之處，再返回 CAD 設計。CAD 造型設計是整個設計的關鍵環(huán)節(jié)，這些問題有可能影響到汽車生產(chǎn)， 所以CAD模型設計一定要精確到位。譬如：在汽車車門上做一些最基本的設計，首先需要獲得車門零件的幾何模型，然后運用三坐標測量機對零件的結構進行分析，再使用特定的測量方法采集數(shù)據(jù)，運用相關測量設備對數(shù)據(jù)進行處理，最后再利用 Pro/Engineer 軟件進行模型重建，通過Pro/Engineer 的模具設計及數(shù)控加工功能，迅速完成汽車車門的模具設計及零件的 NC加工。

4.結語

計算機輔助設計可以保證機械制造過程中的精確性、能夠較容易的處理好機械設計中的大數(shù)據(jù)、繪制復雜圖形等等相關方面發(fā)揮重要的作用，但這些計算機輔助設計的技術大都產(chǎn)自歐美等發(fā)達國家，我國自主產(chǎn)權很少，對引起來的先進技術并沒有很好地運用，我國機械行業(yè)與國外發(fā)達國家的水平還有一定差距，例如：在我國礦山機械應用中就存在一定問題，我國的輸送機特性研究只有理論，并沒有一整套的設計方案。因而，我們主要自主發(fā)展計算機輔助設計為目的，為我國的機械設計整體發(fā)展提供主導技術，讓我國機械行業(yè)健康發(fā)展。

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作者簡介：李麗（1982.06.05-），女，山東壽光人，畢業(yè)于西安科技大學，機械系老師，研究生，研究方向：計算機輔助工程分析。