論CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

陳格

（云南工業(yè)技師學(xué)院 云南省曲靖市 655000）

引言

近些年來(lái)，CAD以其諸多優(yōu)勢(shì)在很多行業(yè)中獲得了普遍的運(yùn)用，且得到了極佳的成效與經(jīng)濟(jì)效益。CAD技術(shù)掌控了當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的新趨勢(shì)，并研發(fā)與應(yīng)用先進(jìn)方式和先進(jìn)技術(shù)，在革新原有設(shè)計(jì)和制造方式上，具備極為關(guān)鍵的作用。因此，CAD必定會(huì)在當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面具備廣闊的發(fā)展空間。

1 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

1.1 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式

CAD屬于機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用相對(duì)廣泛的技術(shù)，且在機(jī)械設(shè)計(jì)方面通常應(yīng)用于如下幾點(diǎn)：設(shè)計(jì)幾何建模、工程項(xiàng)目分析研究、設(shè)計(jì)方案的審核與評(píng)估、計(jì)算機(jī)制圖輔助、設(shè)立工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)操作以及工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的處置、檢索、更換等等。當(dāng)前時(shí)期，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，CAD的運(yùn)用重點(diǎn)集中在計(jì)算機(jī)二維制圖與三維造型、性能研究、結(jié)構(gòu)改善這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）在CAD出現(xiàn)的早期僅可以實(shí)現(xiàn)部分簡(jiǎn)單的二維制圖，發(fā)展到現(xiàn)在，CAD出現(xiàn)了質(zhì)的跨越，自己研發(fā)最初的計(jì)算機(jī)輔助制圖，變成了具備重要意義上的輔助設(shè)計(jì)。當(dāng)前，機(jī)械制造業(yè)中運(yùn)用相對(duì)較多的CAD技術(shù)二維繪圖工具為：AutoCAD，CAXA電子圖版（機(jī)械版2009）、開(kāi)目CAD軟件、機(jī)械設(shè)計(jì)師CAD軟件以及TH-PCCAD軟件。如今的機(jī)械設(shè)計(jì)師己逐漸具備有效且全方位的實(shí)行計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的理念。與此同時(shí)，當(dāng)前大部分機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)用的CAD技術(shù)經(jīng)過(guò)持續(xù)的探索與運(yùn)用，整體機(jī)械設(shè)計(jì)成效獲得了很大程度的提升。此外，也逐步意識(shí)到了具備圖形的研究分析、資料共享以及信息集成化程度較高的CAD技術(shù)的關(guān)鍵地位。

（2）進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用CAD設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品的性能與優(yōu)化設(shè)計(jì)方面均可以獲得有效的提升，就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE），卻并非僅替代簡(jiǎn)單且復(fù)雜的人為工作。機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，機(jī)械設(shè)計(jì)師能夠?qū)嵭袡C(jī)械的性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，且將機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械性能有效整合，通過(guò)有關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行對(duì)機(jī)械各重要構(gòu)件的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)研究以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。雖然CAD具備其優(yōu)越性，可當(dāng)前，設(shè)計(jì)師運(yùn)用CAD實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)成效與設(shè)計(jì)質(zhì)量依然處在初期階段，因此，需在實(shí)際工作中進(jìn)行不斷的分析和實(shí)踐。

1.2 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)階段的優(yōu)勢(shì)非常明顯，不僅可以使機(jī)械設(shè)計(jì)人員的能力獲得充分發(fā)揮，還可以縮短機(jī)械設(shè)計(jì)階段消耗的時(shí)間，最終提升機(jī)械設(shè)計(jì)工作的整體成效，以下為具體分析：

（1）對(duì)機(jī)械人員能力的有效發(fā)揮有利

進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員往往需針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)行構(gòu)思，之后在頭腦中構(gòu)成具體的模型，可這個(gè)模型僅僅為一類(lèi)理想化的表現(xiàn)模式，頭腦中形成的設(shè)計(jì)模式可否在實(shí)際的設(shè)計(jì)操作中有效執(zhí)行，依然需深入分析和研究。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)階段，需將重視的方面放在機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際設(shè)計(jì)上，卻并非限制在怎樣將頭腦中的設(shè)計(jì)模型實(shí)行表述，而忽視了設(shè)計(jì)本身的內(nèi)涵。CAD的運(yùn)用可以使機(jī)械設(shè)計(jì)人員越來(lái)越重視設(shè)計(jì)方面，而并非工程設(shè)計(jì)模型的表達(dá)方面。此外，CAD技術(shù)的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)操作，把機(jī)械設(shè)計(jì)人員頭腦中的設(shè)計(jì)理念更直觀準(zhǔn)確地表達(dá)在立體圖像上，以便和別人實(shí)行溝通分析，確保機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)一步地進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采取擴(kuò)展性的機(jī)械設(shè)計(jì)研討。

（2）降低了設(shè)計(jì)周期

機(jī)械設(shè)計(jì)屬于一類(lèi)相對(duì)復(fù)雜的工作，僅僅實(shí)行人為設(shè)計(jì)工作必定需消耗更多的時(shí)間，但通過(guò)CAD技術(shù)可以把那些比較繁雜的設(shè)計(jì)工作交給CAD軟件進(jìn)行制作，且可以在進(jìn)行設(shè)計(jì)階段很大程度降低設(shè)計(jì)人員的任務(wù)量。借助邏輯運(yùn)算把相對(duì)簡(jiǎn)單的幾何體實(shí)行重新結(jié)合構(gòu)成需要的復(fù)雜幾何體，進(jìn)而縮短機(jī)械設(shè)計(jì)花費(fèi)的周期。進(jìn)行機(jī)械革新的時(shí)候，也可以借助三維CAD對(duì)新式機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，且此類(lèi)更新設(shè)計(jì)無(wú)需太多的改動(dòng)，由于CAD可以充分考慮機(jī)械產(chǎn)品的繼承問(wèn)題，可以繼承機(jī)械產(chǎn)品本具備的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，所以，僅需針對(duì)原有的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)行小規(guī)模的改動(dòng)。此舉能夠切實(shí)提升機(jī)械設(shè)計(jì)工作成效，縮短進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的周期。

2 CAD技術(shù)機(jī)械制造中的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用價(jià)值

（1）便于進(jìn)行構(gòu)件的修改與裝配

進(jìn)行機(jī)械制造過(guò)程中，通過(guò)三維CAD軟件針對(duì)裝配條件下的構(gòu)件實(shí)行設(shè)計(jì)工作，確保機(jī)械設(shè)計(jì)的有效便捷。明確相鄰構(gòu)件實(shí)行部位和形狀，進(jìn)而設(shè)計(jì)新的構(gòu)件，很大程度提升了機(jī)械設(shè)計(jì)成效，并保證了部件彼此的匹配，減少了機(jī)械制造階段構(gòu)件安裝失敗的可能性。于CAD中安裝查找系統(tǒng)，當(dāng)一個(gè)機(jī)械部件設(shè)計(jì)完畢，查找系統(tǒng)就可以顯示出設(shè)計(jì)的全部指令，此類(lèi)指令均可以清楚地顯示在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程中。也可以應(yīng)用回放功能，通過(guò)動(dòng)畫(huà)方式展示總體機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，更加便捷。針對(duì)機(jī)械部件實(shí)行修改的時(shí)候，僅需選取查找系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的指令就可以實(shí)行更改。但在機(jī)械制造安裝部件的時(shí)候，查找系統(tǒng)內(nèi)的安裝路徑查找系統(tǒng)可以針對(duì)全部安裝環(huán)節(jié)實(shí)行記錄，如果安裝發(fā)生問(wèn)題，查找系統(tǒng)就可以顯示出不正確的安裝，以便進(jìn)行修改，更好地反映出了運(yùn)用CAD技術(shù)之后，對(duì)機(jī)械制造形成的優(yōu)勢(shì)。

（2）有效提高了機(jī)械制造質(zhì)量

應(yīng)用CAD技術(shù)具備的優(yōu)化設(shè)計(jì)模式，實(shí)行先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作，有效提高了機(jī)械制造質(zhì)量。尤其在部分大型企業(yè)，通過(guò)數(shù)控技術(shù)、CAD技術(shù)和部分集成性有關(guān)技術(shù)的結(jié)合針對(duì)機(jī)械構(gòu)件實(shí)行制造加工，可以提升機(jī)械制造的一致性，進(jìn)而提高機(jī)械制造的質(zhì)量。但在機(jī)械設(shè)計(jì)階段通過(guò)三維CAD技術(shù)，不但可以針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)格持續(xù)實(shí)行準(zhǔn)確描述，還可以對(duì)機(jī)械產(chǎn)品實(shí)行更加細(xì)致的描述。

2.2 CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用實(shí)踐

在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中，本文以圓柱凸輪進(jìn)行舉例，實(shí)行測(cè)量工作。圓柱凸輪的分度數(shù)是12，動(dòng)程角290°，動(dòng)盤(pán)節(jié)圓直徑150mm，中心距72.44mm，滾子半徑12.5mm，圓柱凸輪旋為左旋方向。于Pro/ENGINEER中的功能實(shí)行運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，把得到的凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)行無(wú)量綱化處置，運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)分別如圖1～3所示。

圖1 無(wú)量綱位移曲線(xiàn)圖

圖2 無(wú)量綱速度曲線(xiàn)圖

圖3 無(wú)量綱加速度曲線(xiàn)

由上述無(wú)量綱運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)，能夠看出圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)則為正弦。該方式能夠迅速地反求得出圓柱凸輪的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)則，且實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造，減少了機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。且不但在圓柱凸輪機(jī)中能夠運(yùn)用，在平面凸輪機(jī)構(gòu)以及其他凸輪機(jī)中也可以應(yīng)用。

3 結(jié)論

綜上所述，由于我國(guó)CAD技術(shù)和機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展，CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的運(yùn)用更加普遍，一方面推進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步，另一方面切實(shí)提升了機(jī)械制造行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力?？墒窃摷夹g(shù)的研發(fā)運(yùn)用效果和西方發(fā)達(dá)國(guó)家比較，依然有不小的差距。所以，需加強(qiáng)對(duì)CAD的研發(fā)力度，為其在機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造中的應(yīng)用奠定良好的根基，最終推進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)健康、快速、穩(wěn)定地發(fā)展。

[1]李秋娟，張兵.論CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展[J].化學(xué)工程與裝備，2010（03）：140～141.

[2]高 雄.CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2012（09）：116～117.