CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用探究

摘 要：隨著我國經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計領(lǐng)域也有了重大突破，這為機械工程設(shè)計工作提供了強大的技術(shù)支持。近年來，隨著CAD技術(shù)在機械工程制造領(lǐng)域中的不斷深入，掌握CAD技術(shù)成為機械科研人員的必備技能之一。因此，熟練的掌握CAD技術(shù)對我國機械工程設(shè)計工作有著重大的推進作用。文章就CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計工作中的應(yīng)用及其優(yōu)勢進行分析，希望CAD技術(shù)能夠更好的應(yīng)用于機械工程設(shè)計中，以促進我國經(jīng)濟的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)；機械工程設(shè)計；優(yōu)勢

近年來，CAD技術(shù)集標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化的優(yōu)點在機械、航空航天、造船、建筑、電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并取得了良好的效果和巨大的經(jīng)濟利益。隨著科技的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)應(yīng)用于機械工程設(shè)計之中，使得機械工程設(shè)計人員從原本單調(diào)的工作中解放出來，充分發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用有利于提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)含量、優(yōu)化零件裝配，促成CAD/CAM技術(shù)的集成。

1 CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計的應(yīng)用

1.1 CAD在機械工程設(shè)計中繪圖的應(yīng)用

CAD技術(shù)最早進入機械工程設(shè)計工作就是在利用CAD繪圖，這也是CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計領(lǐng)域最基礎(chǔ)的應(yīng)用，CAD繪圖也改變了傳統(tǒng)的繪圖方式。CAD繪圖軟件的主要功能包括交互式繪圖、圖形編輯、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、文字、填充剖面、調(diào)用圖塊、區(qū)分層次以及實現(xiàn)圖形交換等。利用CAD技術(shù)的豐富強大的繪圖功能，可以非常輕松的繪制出清晰、符合工程要求的設(shè)計圖。這使得繪圖人員不再因為繁多龐大的繪圖工作而發(fā)愁，減輕了工作量，提高了繪圖工作的工作效率。

1.2 CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中建模的應(yīng)用

機械建模是CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計中的重要應(yīng)用。建模也是機械工程設(shè)計的核心內(nèi)容。線框模型、表面模型和實體模型是CAD技術(shù)建模的三種常見的三維建模。在三維設(shè)計中，其基本思想之一就是實現(xiàn)參數(shù)化、變量化設(shè)計，但傳統(tǒng)的二維建模體系中實現(xiàn)不了參數(shù)化設(shè)計，但CAD技術(shù)擁有一些基本的體系，通過這些體系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三維實體建模中，系統(tǒng)提供了立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體這6種基本體系。對于一些簡單設(shè)計的零件會被分解成幾個小塊的不同的基本體，這些基本體通過三維實體造型和布爾運算，就會產(chǎn)生一個零件的模型。對于稍復(fù)雜的零件模型，首先會先繪制出圖像的二位幾何輪廓，之后在通過三維造型得到零件的模型。利用CAD技術(shù)的建模功能，設(shè)計人員可以根據(jù)產(chǎn)品的需要建立起與實際尺寸相同的模型。CAD建模是機械工程設(shè)計人員發(fā)揮創(chuàng)造性的良好平臺，設(shè)計人員可以通過三維空間利用簡便快捷靈活的操作來控制、修改零部件或者重新設(shè)計零部件。而且，當(dāng)零件的一個部分發(fā)生變化時，其它部分也會隨之變化。由此可知，在CAD技術(shù)的支持下，零件的設(shè)計更加活泛、真實，設(shè)計出的零部件也可以更好的應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，減少了設(shè)計帶來的誤差，提高了零部件設(shè)計的成功率，縮短了設(shè)計工作周期，極大地提高了機械工程設(shè)計的效率。

1.3 CAD技術(shù)的智能化

CAD的智能在機械工程設(shè)計工作中的表現(xiàn)是工程分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。零部件的力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化是設(shè)計零部件時設(shè)計人員必須要思考的內(nèi)容。隨著有限元分析和動力學(xué)分析等現(xiàn)代化分析方法的發(fā)展，使得CAD技術(shù)在零部件的力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了進一步的深入拓展?，F(xiàn)在，CAD技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)ansys等有限元分析軟件的無障礙對接。設(shè)計人員可以將通過CAD技術(shù)設(shè)計出來的三維零件模型導(dǎo)入有限元軟件分析中，通過工程分析的原理對進行力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，驗證所設(shè)計的零件是否滿足力學(xué)的要求以及其結(jié)構(gòu)是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生產(chǎn)前對模型進行適當(dāng)?shù)男薷?，以達到要求。這種分析和優(yōu)化設(shè)計的方法在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時，體現(xiàn)了更為巨大的優(yōu)勢。

2 使用CAD技術(shù)在機械工程設(shè)計領(lǐng)域中的優(yōu)勢

2.1 提升了機械產(chǎn)品的質(zhì)量

CAD技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了機械零件設(shè)計的質(zhì)量，利用了先進的技術(shù)保障零件設(shè)計的水平，提高零件設(shè)計的檔次，突破了傳統(tǒng)的設(shè)計理念。如優(yōu)化產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、有限元受力分析、運動方針等。機械零件本身就是與信息技術(shù)相融合的，這提高了零件的科技含量。現(xiàn)代機械生產(chǎn)在CAD技術(shù)的支持下，提高了機械工程設(shè)計的水平。CAD技術(shù)的應(yīng)用極大程度的保證了機械產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。隨著數(shù)控技術(shù)加工手段的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)在進行零件加工時，能夠更好的使模型與零件相統(tǒng)一，保障機械零件的生產(chǎn)質(zhì)量。同時，運用CAD技術(shù)增加了機械設(shè)計的創(chuàng)新性。傳統(tǒng)的機械設(shè)計更加注重實踐，限制了人們的創(chuàng)新思維，而CAD技術(shù)的運用，可以增強零件設(shè)計的立體效果，開通設(shè)計人員的思維，使設(shè)計者能開發(fā)出更加具有新意、靈活的新產(chǎn)品。CAD技術(shù)是機械設(shè)計信息化的基礎(chǔ)。因為CAD技術(shù)通過三維構(gòu)圖將零件設(shè)計出來，呈現(xiàn)立體化的效果，能夠使設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)零件在設(shè)計階段的缺陷與不足，及時進行改良，不僅提高了設(shè)計的效率，也改善了設(shè)計質(zhì)量。

2.2 縮短設(shè)計時間，提高設(shè)計質(zhì)量

CAD技術(shù)改善了傳統(tǒng)繪圖中的缺陷，實現(xiàn)了設(shè)計的參數(shù)化。通過建立起來的三維模型實體調(diào)整尺寸、結(jié)構(gòu)的變化，達到理想中的效果。同時，當(dāng)零件的尺寸和形狀發(fā)生變化時，與其相關(guān)的結(jié)構(gòu)也會進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這樣，通過三維技術(shù)的應(yīng)用減輕了設(shè)計零件的工作量，縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計的效率和生產(chǎn)效率。同時，CAD技術(shù)能夠記錄裝配過程中各個零件的關(guān)系，可以根據(jù)相鄰的零件之間的形狀和位置來調(diào)整、改善新零件，降低了因為零件之間的不匹配而帶來的麻煩。此外，CAD技術(shù)通過三維技術(shù)可以實現(xiàn)設(shè)計階段的模擬裝配、模擬運轉(zhuǎn)，從而使設(shè)計更加接近實際過程。這樣，通過三維技術(shù)的應(yīng)用減輕了設(shè)計零件的工作量，縮短了設(shè)計周期，提高了設(shè)計的效率和生產(chǎn)效率。

2.3 促成CAD/CAM技術(shù)集成

隨著CAD技術(shù)的不斷升級發(fā)展，機械制造業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備也從過去的普通機床逐步向數(shù)控機床進行轉(zhuǎn)變。一個零件的設(shè)計生產(chǎn)更加集中化。CAD/CAM系統(tǒng)是由三維繪圖、圖形編輯、數(shù)控加工、曲面造型、動態(tài)顯示、仿真模擬、圖形編輯以及有限元分析等這些模塊組成的，這些模塊以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源，其主要功能有圖形編輯、三維繪圖、仿真模擬、曲面造型、有限元分析、數(shù)控加工以及動態(tài)顯示等等。CAD/CAM系統(tǒng)的集成可以避免傳統(tǒng)做法中工作人員根據(jù)CAD技術(shù)設(shè)計的零件進行數(shù)控加工而導(dǎo)致的CAD和CAM中有兩套一樣的零件數(shù)據(jù)，造成工作上的混亂。兩者的集成能夠真正讓模型實現(xiàn)數(shù)字化、集成化，實現(xiàn)零件設(shè)計和實際生產(chǎn)應(yīng)用的無縫對接。

3 結(jié)束語

隨著我國機械制造業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，中國制造業(yè)如何增強自主創(chuàng)新能力，樹立創(chuàng)新意識是當(dāng)前我國的發(fā)展難題。CAD技術(shù)無疑是解決這一難題的鑰匙，它將成為機械工程設(shè)計的核心技術(shù)，是企業(yè)立足于市場的制勝利器。CAD技術(shù)的應(yīng)用改善了傳統(tǒng)的機械工程設(shè)計理念，使其更具有突破性，優(yōu)化了機械工程設(shè)計的質(zhì)量，提高了機械工程設(shè)計的核心。希望CAD技術(shù)在我國能夠更廣泛的應(yīng)用到機械工程設(shè)計中去，推動我國制造業(yè)的發(fā)展，使中國制造轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊鴦?chuàng)造。

參考文獻

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[2]董超.Auto CAD三維制圖在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].試驗技術(shù)與試驗機，2012（9）.

作者簡介：趙陽，男，2012年6月畢業(yè)于吉林大學(xué)，主要從事計算機輔助設(shè)計與工藝。