淺談機(jī)械設(shè)計中計算機(jī)輔助設(shè)計

馬徐茂

（身份證號：130627198209272233）

淺談機(jī)械設(shè)計中計算機(jī)輔助設(shè)計

馬徐茂

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本文介紹了計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性，探討計算機(jī)輔助設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用情況。

計算機(jī)輔助設(shè)計；應(yīng)用；機(jī)械設(shè)計

1 計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性

機(jī)械設(shè)計是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)器生產(chǎn)的前提，同時也是決定機(jī)械性能的最主要因素，一部機(jī)器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計質(zhì)量，狹義的機(jī)械設(shè)計僅指技術(shù)性的設(shè)計過程，廣義的機(jī)械設(shè)計是指設(shè)計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、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(jìn)行分析、構(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機(jī)械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機(jī)器。

機(jī)械設(shè)計的所有步驟幾乎都需要計算機(jī)的幫助。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，都需要相應(yīng)的計算機(jī)軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計算機(jī)替代外，設(shè)計者還可以利用計算機(jī)進(jìn)行虛擬樣機(jī)的構(gòu)建，也就是根據(jù)圖紙，在計算機(jī)上制造一個模擬樣機(jī)，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進(jìn)行驗證，根據(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設(shè)計，從而達(dá)到完善的程度。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)正在越來越廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計的各個方面以及各種各樣的機(jī)械設(shè)計中，它在提高機(jī)械設(shè)計的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計算機(jī)輔助設(shè)計便是伴隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于多種學(xué)科的一種方法。計算機(jī)輔助設(shè)計又被稱作“CAD”，是由計算機(jī)幫助設(shè)計人員完成機(jī)械設(shè)計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復(fù)驗證的基礎(chǔ)上，輸出滿意的設(shè)計結(jié)果和最后的產(chǎn)品圖紙的一門技術(shù)。

2 逆向工程中CAD的應(yīng)用

逆向工程是一種消化、吸收先進(jìn)設(shè)計的重要手段。技術(shù)的自主研發(fā)固然重要，但研發(fā)成本卻是相當(dāng)高昂的，而且研發(fā)過程還受到科技人員的素質(zhì)、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(shù)的產(chǎn)生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術(shù)條件及設(shè)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(chǔ)上再進(jìn)行創(chuàng)新不失為一種加快科技發(fā)展的重要手段。日本在二戰(zhàn)結(jié)束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規(guī)模引進(jìn)美國、英國等歐洲發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)，并做了很好地消化吸收，從而轉(zhuǎn)化為本國生產(chǎn)力的一部分。逆向工程就是在只有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ偷臈l件下，在了解產(chǎn)品原設(shè)計的基礎(chǔ)上，逆向重構(gòu)產(chǎn)品零部件的CAD模型，已達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新的目的。隨著現(xiàn)在機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，可以通過坐標(biāo)測量設(shè)備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉(zhuǎn)化為CAD模型，綜合利用計算機(jī)輔助制造、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)等技術(shù)對其進(jìn)行處理和再設(shè)計。

3 汽車覆蓋件模具設(shè)計中的CAD應(yīng)用

汽車覆蓋件模具設(shè)計不僅影響到汽車車型，也是汽車個性化和更新?lián)Q代的標(biāo)志。然而在現(xiàn)實的汽車覆蓋件模具設(shè)計中，經(jīng)常發(fā)生設(shè)計人員的設(shè)計與制造、工藝人員的工作相沖突的情況也就是設(shè)計者的設(shè)計不能很好地進(jìn)入生產(chǎn)、制造環(huán)節(jié)，甚至還會進(jìn)行返工、再設(shè)計，這不僅增加了設(shè)計成本，拖延了生產(chǎn)時間，還可能造成失去市場競爭力的嚴(yán)重后果。為避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)盡量在設(shè)計環(huán)節(jié)排除這些問題。

汽車覆蓋件模具的設(shè)計過程一般包括：根據(jù)市場需求進(jìn)行模具概念設(shè)計；對模具的結(jié)構(gòu)、熱度、工藝問題等進(jìn)行分析并畫出圖紙；根據(jù)圖紙進(jìn)行CAD模具結(jié)構(gòu)造型設(shè)計；將CAD造型鑄造為實物，如有矛盾或不當(dāng)之處，再返回CAD設(shè)計。CAD造型設(shè)計是整個設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，此處出現(xiàn)問題將會影響后期的汽車生產(chǎn)，因而必須要做好CAD的造型設(shè)計。比如對某款汽車的車門做一些設(shè)計上的更新，首先需要獲得車門零件的幾何模型，然后運用三坐標(biāo)測量機(jī)對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，再使用特定的測量方法采集數(shù)據(jù)，運用相關(guān)測量設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后再利用Pro/Engineer軟件進(jìn)行模型重建，通過Pro/Engineer的模具設(shè)計及數(shù)控加工功能，迅速完成汽車車門的模具設(shè)計及零件的NC加工。

4 結(jié)語

算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)在確保機(jī)械設(shè)計的精度、處理機(jī)械設(shè)計中的大量數(shù)據(jù)、繪制復(fù)雜圖形等方面發(fā)揮著重要作用，但這些計算機(jī)輔助設(shè)計的技術(shù)大都產(chǎn)自歐美等發(fā)達(dá)國家，我國自主研發(fā)的較少，加之對引進(jìn)他國的技術(shù)沒有完全消化，致使我國的機(jī)械制造業(yè)水平同國外相比，還存在較大差距，僅以目前的礦山機(jī)械設(shè)備為例，我國的輸送機(jī)特性研究只有理論，還沒有成熟的安全設(shè)計方法。因而，應(yīng)加強計算機(jī)輔助設(shè)計的自主研發(fā)能力，為我國的機(jī)械設(shè)計提供必要的技術(shù)支撐，從而提高我國的機(jī)械裝備水平。

[1]劉書君.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2008（11）.

[2]張瀟云.淺談計算機(jī)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].陜西煤炭，2001（01）.

[3]李秋娟，張兵.論CAD在機(jī)械設(shè)計中的應(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）.

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2015-7-25