淺談AutoCAD軟件的三維設(shè)計功能在機械設(shè)計中的應(yīng)用

摘 要：AutoCAD軟件繪圖功能完善，用戶界面友好，易學(xué)易用，受到了廣大機械工程設(shè)計人員的普遍歡迎，是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機繪圖軟件之一。本文介紹了利用AutoCAD軟件繪制三維機械圖形的優(yōu)勢和方法，在機械設(shè)計中具有一定的推廣價值和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：AutoCAD；計算機繪圖；機械設(shè)計

中圖分類號：TP391.7

機械工程是較早應(yīng)用計算機技術(shù)的領(lǐng)域之一，目前計算機技術(shù)取得飛速的發(fā)展，已經(jīng)深入到機械工程的各個分支。圖形是表達(dá)和交流技術(shù)思想的工具，特別在機械設(shè)計的過程中，圖形是工程技術(shù)人員不可缺少的交流工具。隨著AutoCAD軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的工程設(shè)計人員開始利用AutoCAD軟件進行計算機繪圖，從而解決了傳統(tǒng)手工繪圖中存在的效率低、繪圖準(zhǔn)確度差及勞動強度大等缺點，使AutoCAD成為機械設(shè)計領(lǐng)域使用最為廣泛的計算機繪圖軟件。

1 AutoCAD的概念和意義

AutoCAD是由美國Autodesk公司推出的專門用于計算機輔助設(shè)計的軟件。AutoCAD是指通過計算機來輔助設(shè)計人員對建立、修改，分析和優(yōu)化設(shè)計的過程。AutoCAD因具有出色的設(shè)計功能和用戶界面簡潔的特點而深受廣大工程設(shè)計人員的喜愛。AutoCAD在機械工程的設(shè)計里運用不僅改變了機械設(shè)計的傳統(tǒng)模式，而且提高了設(shè)計的質(zhì)量。我們知道在傳統(tǒng)的模式里，是通過人工繪畫圖紙，實體演示，模型和樣板來傳遞各種信息。這樣的做法，工程復(fù)雜，不易于理解，需要花費更多的時間去講解，最后由于各種原因，在傳遞信息的過程中，出現(xiàn)了偏差，信息不準(zhǔn)確，導(dǎo)致了整個工程的癱瘓，又要重新設(shè)計，修改。這不僅費時費力，還阻礙了機械工程的發(fā)展。而運用AutoCAD之后.通過計算機的平臺讓設(shè)計人員在同一時間接受各種信息，簡化了設(shè)計流程，讓更多的人清楚機械中各零件之間的聯(lián)系，不僅省時省力，而且在提高工作效率的同時保障了圖紙設(shè)計的質(zhì)量。

2 AutoCAD發(fā)展過程

AutoCAD的發(fā)展過程可分為初級階段（AutoCAD1.0—AutoCAD2.0）、發(fā)展階段（AutoCAD 2.17—AutoCAD 9.03）、高級發(fā)展階段（AutoCAD 10.0—AutoCAD12.0）、完善階段（AutoCAD R13—AutoCAD2000）和進一步完善階段（AutoCAD2002—AutoCAD2012）5個階段。1998年1月，推出劃時代的AutoCAD R14版本；從R14版本開始，AutoCAD已具備相當(dāng)?shù)娜S設(shè)計能力，市場上絕大部分機械零件都能通過AutoCAD的三維設(shè)計功能設(shè)計出來。

3 三維AutoCAD技術(shù)在機械設(shè)計中的優(yōu)點

通過實際應(yīng)用三維AutoCAD系統(tǒng)軟件，能體會到三維AutoCAD 系統(tǒng)軟件比二維AutoCAD在機械設(shè)計過程中具有更大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾點：

3.1 零件設(shè)計更加方便。三維AutoCAD系統(tǒng)，可以裝配環(huán)境中設(shè)計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件，既方便又快捷，避免了單獨設(shè)計零件導(dǎo)致裝配的失敗。

3.2 裝配零件更加直觀。在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確即予以顯示。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢驗行程是否達(dá)到要求，及時對設(shè)計進行更改，避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。

3.3 縮短了機械設(shè)計周期。采用三維AutoCAD 技術(shù)，機械設(shè)計時間縮短了近1/3，大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維AutoCAD 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，而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息，使機械設(shè)計的效率提高了3～5 倍。

3.4 提高機械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量。由于機械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時采用CADCIMS 組織生產(chǎn)，機械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維AutoCAD 技術(shù)采用先進的設(shè)計方法，如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、運動方針和優(yōu)化設(shè)計等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。

4 AutoCAD三維繪圖在機械設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 AutoCAD三維繪圖與編輯

AutoCAD允許用戶創(chuàng)建各種形式的基本曲面模型和實體模型。其中，可創(chuàng)建的曲面模型包括長方體表面、棱錐面、楔體表面、球面、上半球表面、下半球表面、圓錐面、圓環(huán)面、旋轉(zhuǎn)曲面、平移曲面、直紋曲面、復(fù)雜網(wǎng)格面等；可以創(chuàng)建的基本實體模型有長方體、球體、圓柱體、圓錐體、楔體、圓環(huán)體等，還可以通過拉伸或旋轉(zhuǎn)二維對象來創(chuàng)建三維實體。AutoCAD提供了專門用于三維編輯的功能，如三維旋轉(zhuǎn)、三維鏡像、三維陣列；對實體模型的邊、面以及體進行編輯；對基本實體進行布爾操作等。AutoCAD的三維設(shè)計方法簡單易學(xué)，設(shè)計者可以通過對二維封閉線進行拉伸、旋塑的方法生成特殊實體；也可以直接創(chuàng)建方塊、圓柱、球、圓錐、圓環(huán)等基本實體；通過對實體之間的相加、相減、求交集以及切割、鏡像、陣列、旋轉(zhuǎn)等方法就可以構(gòu)造出各種零件的三維實體模型，由于AutoCAD的二維和三維功能結(jié)合緊密，如果已具備了一定的二維繪圖基礎(chǔ)，在很短的時間里就可以掌握從構(gòu)造模型到形成圖紙的三維設(shè)計的全部過程及各種方法。

綜合運用AutoCAD 以上的優(yōu)勢和特點， 下文給出了直齒錐齒輪系三維建模方法。

4.2 直齒錐齒輪系三維建模的實現(xiàn)

4.2.1 直齒錐齒輪系輪廓線的形成

在AutoCAD的坐標(biāo)系統(tǒng)中，以（0，0）坐標(biāo)為起始點，根據(jù)直齒錐齒輪的基本尺寸用多段線（PLINE）和矩形（RECTANG）命令繪制出直齒錐齒輪的基本的剖面輪廓線。在此過程中， 將要通過變換用戶坐標(biāo)（UCS）和旋轉(zhuǎn)圖形或則旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)來獲得簡易的繪圖方法。

4.2.2 建立直齒錐齒輪系三維模型

以Y 軸為旋轉(zhuǎn)軸對多段線進行“旋轉(zhuǎn)”（REVOLVE）。拉伸（EXTRUDE）矩形生成實體后對其執(zhí)行“三維陣列”（3DARRAY）命令。以（0，0，0）為中心，繪制圓柱體（CYLINDER），最后運用差集（SUBTRACT）或并集（UNION）命令得到直齒錐齒輪的實體形狀。

對上述兩個實體進行移動（MOVE）和“三維旋轉(zhuǎn)”命令并調(diào)整到合適位置。最后選擇合適的材質(zhì)對實體加以渲染。利用AutoCAD基本繪圖命令獲得直齒錐齒輪的外部輪廓，在此基礎(chǔ)上利用“旋轉(zhuǎn)”、“拉伸”、“并集”、“交集”、“三維鏡像”、“三維陣列”等命令實現(xiàn)直齒錐齒輪的三維建模。同樣在設(shè)計其它更為復(fù)雜機械零件時，采用仿真加工方法可以實現(xiàn)對機械產(chǎn)品的三維建模， 能提高設(shè)計的效率。

5 結(jié)束語

計算機繪圖的目標(biāo)就是要使設(shè)計的結(jié)果在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮作用。雖然計算機輔助設(shè)計的發(fā)展方向是達(dá)到設(shè)計、生產(chǎn)的無紙化，但除了極少數(shù)大型的企業(yè)外，絕大多數(shù)普通的設(shè)計生產(chǎn)單位還是以紙基圖作為組織設(shè)計生產(chǎn)的依據(jù)。所以從事機械設(shè)計的人員如果繼續(xù)使用AutoCAD軟件設(shè)計機械零部件，那么你就應(yīng)該學(xué)會使用AutoCAD的三維方法來設(shè)計，它會使你的工作高效、準(zhǔn)確，并且能讓你及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的錯誤，提高機械產(chǎn)品試制的成功率，解放并提高生產(chǎn)力。

參考文獻：

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[2] 趙國增主編的《計算機繪圖--AutoCAD2004》，2004年

[3] 張潛.《華夏星火》.2010年

作者單位：唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院