CAD技術(shù)在工業(yè)零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及發(fā)展*

李 熠

(甘肅建投裝備制造有限公司，甘肅蘭州 730050)

0 引言

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡稱CAD，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能和高效的繪圖處理能力，輔助工程設(shè)計(jì)人員對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)分析、修改和優(yōu)化。它綜合了計(jì)算機(jī)知識和工程設(shè)計(jì)知識，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能和軟件功能的不斷提高而逐步完善。目前在繪圖領(lǐng)域，以美國Autodesk公司開發(fā)的AutoCAD軟件應(yīng)用最為廣泛。它具有強(qiáng)大的繪制平面圖形和三維圖形、尺寸標(biāo)注、圖形渲染及圖形輸出功能，利用它能方便、快捷、準(zhǔn)確的繪制出要求的圖形。CAD技術(shù)應(yīng)用比例最大，為實(shí)現(xiàn)無圖紙制造提供了可能，設(shè)計(jì)人員以計(jì)算機(jī)為工具，對產(chǎn)品進(jìn)形設(shè)計(jì)和繪圖，既降低了勞動強(qiáng)度，也提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1 AutoCAD繪圖軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)工具集中化

計(jì)算機(jī)作為設(shè)計(jì)工具代替了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具，如圖紙、筆、直尺、圓規(guī)、三角板等。其工作界面顯示了常用的繪圖命令、編輯命令和標(biāo)準(zhǔn)工具條，只要鼠標(biāo)點(diǎn)擊所需命令就可以進(jìn)行圖形繪制，其他命令可通過菜單直接調(diào)用。

1.2 提高工作效率

計(jì)算機(jī)是善于復(fù)制和修改的能手，可減少大量的重復(fù)性工作，提高作圖速度。改變了傳統(tǒng)手工作圖中既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的缺點(diǎn)，無需在制圖之前進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，改變了手工修改圖紙擦出和重新繪制的繁瑣過程。只需要設(shè)計(jì)人員熟練掌握軟件的操作方法，熟悉其命令的用法并能將其靈活應(yīng)用就可以了。

1.3 管理方便

利用計(jì)算機(jī)軟件對圖形可進(jìn)行不留痕跡的修改，傳統(tǒng)的圖紙修改往往會影響圖紙的美觀性及清晰性。圖紙的保存方便永久節(jié)省空間，只需要建立合適的文件夾和正確的文件名，將相關(guān)聯(lián)的圖形文件集中管理，便于查找和改進(jìn)。改變了傳統(tǒng)圖紙保存容易破損的命運(yùn)，并節(jié)約了圖紙所占的儲存空間［1］。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

2.1 提高質(zhì)量

應(yīng)用CAD技術(shù)可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，無需對著大量的圖紙尋找相關(guān)要素。產(chǎn)品設(shè)計(jì)者只需考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、功能是否滿足要求，不需花費(fèi)大量時(shí)間和精力去考慮設(shè)計(jì)圖紙的線型、剖切位置等設(shè)計(jì)要素?？赏ㄟ^三維CAD與二維對的相互轉(zhuǎn)換功能，直接由三維自動生成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的二維視圖，利用設(shè)計(jì)中心可方便的完成裝配圖的繪制。

2.2 節(jié)約成本

利用CAD技術(shù)可以降低產(chǎn)品裝配修改次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。對有些加工精度要求特別高的制造業(yè)，產(chǎn)品數(shù)量大、規(guī)格種類多，應(yīng)用三維CAD設(shè)計(jì)軟件裝配，可直觀地反應(yīng)各組成零件的配合情況，也可以通過觀察模擬裝配的運(yùn)動過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做以糾正，不僅提高了裝配裝設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，而且減少了修模次數(shù)，從而節(jié)省了生產(chǎn)成本。

2.3 靈活性、便利性高

利用三維CAD技術(shù)可以快速完成裝配體的變型設(shè)計(jì)，因?yàn)樗辛慵Ｐ途詳?shù)據(jù)的形式儲存在計(jì)算機(jī)中，只需在其基礎(chǔ)上，根據(jù)系列產(chǎn)品的不同要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修改、增加、刪除，就可以準(zhǔn)確地完成新裝配的設(shè)計(jì)。利用三維CAD的設(shè)計(jì)軟件高級渲染功能和仿真模擬動畫輸出功能，把已經(jīng)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品和各零部件模型以實(shí)體結(jié)構(gòu)真實(shí)呈現(xiàn)，或者將產(chǎn)品各構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系以仿真動畫形式表現(xiàn)出來，模擬產(chǎn)品的實(shí)際工作狀態(tài)。客戶通過觀察零件效果圖和裝配運(yùn)動動畫，可更深刻了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，彌補(bǔ)利用傳統(tǒng)圖紙進(jìn)行描述所帶來的不便，有助于產(chǎn)品銷售，樹立企業(yè)品牌形象［2］。

3 機(jī)械制圖中三維向二維轉(zhuǎn)換的案例

以繪制軸承座為例，設(shè)計(jì)者可根據(jù)設(shè)計(jì)要求在AutoCAD三維繪圖環(huán)境中進(jìn)行建模，獲得如圖1所示的效果圖。為了加工方便，利用關(guān)聯(lián)關(guān)系，將三維模型直接轉(zhuǎn)換為二維視圖，其轉(zhuǎn)換過程如下:打開模型空間，將左下角移至坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)，轉(zhuǎn)換至布局并雙擊視口內(nèi)部，調(diào)出實(shí)體工具欄和視圖工具欄。

圖1 CAD繪制的軸軸承座三維效果圖和三視圖

將當(dāng)前視口轉(zhuǎn)換為頂視圖，點(diǎn)擊“設(shè)置輪廓”命令，再選中實(shí)體，確認(rèn)后三次回車，這樣就生成了主視圖，用相同的方法完成俯視圖和左視圖的繪制，此時(shí)生成的三個(gè)視圖不在同一平面上，應(yīng)用“對齊”命令將其修改至同一平面，就成功的完成了軸承座三視圖的轉(zhuǎn)換。在生成的二維圖形中完成剖視圖，然后進(jìn)行尺寸標(biāo)注和必要的文字注寫，完成如圖2所示的圖形。整個(gè)繪圖過程只需要正確進(jìn)行軸承座的建模操作，掌握三維向二維轉(zhuǎn)換的方法和技巧，就可以快速的完成軸承座零件圖的繪制。這樣既節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，也大大提高了作圖的準(zhǔn)確率。繪出的圖形清晰，結(jié)構(gòu)明確，方便了后續(xù)的加工，加工技術(shù)人員可以結(jié)合三維模型結(jié)構(gòu)正確操作。

4 CAD技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

我國制造業(yè)的設(shè)計(jì)思路由中國制造轉(zhuǎn)向中國創(chuàng)造，CAD技術(shù)在產(chǎn)品創(chuàng)造設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。具有先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)品在企業(yè)競爭的浪潮下才具有生命力，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)不斷完善，信息處理的智能化，CAD技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

4.1 集成化

CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)多角度、多層次。利用現(xiàn)代數(shù)字化和信息化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的集成，或者是多個(gè)CAD系統(tǒng)之間的集成，也可以是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中CAD與CAPP、CAM之間的集成。對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)生命周期的進(jìn)行集成化，即把計(jì)劃、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、仿真、制造、組裝、測試以及文檔生成等各個(gè)環(huán)節(jié)集成到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源和信息共享，提高系統(tǒng)管理水平和運(yùn)行效率。

4.2 智能化

設(shè)計(jì)本身是一個(gè)含有高度智能的創(chuàng)造性活動，智能CAD是發(fā)展的必然方向。CAD技術(shù)智能化是一種新型的高層次計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。它將人類智慧與CAD技術(shù)相結(jié)合，使計(jì)算機(jī)具有支持設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維、推理決策及模擬人的思維方法與智能行為的能力，從而把設(shè)計(jì)自動化推向更高層次。用智能設(shè)計(jì)，智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)［3-4］。

5 結(jié)語

只有不斷探索、開發(fā)和創(chuàng)新，才能更充分發(fā)揮軟件的功能和作用，高效、精確地繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的機(jī)械圖樣。同時(shí)CAD技術(shù)在生產(chǎn)中正扮演著重要角色，為了使我國的CAD技術(shù)在將來能趕上發(fā)達(dá)國家的水平并能同步增長，必須加強(qiáng)CAD技術(shù)的開發(fā)研究［5］。展望未來，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是無止境的，每一位工程設(shè)計(jì)人員都將以此先進(jìn)的技術(shù)為手段，在各自崗位上發(fā)揮最佳能力，并以熱忱的服務(wù)、優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)、敬業(yè)的精神，為工程設(shè)計(jì)行業(yè)做出貢獻(xiàn)。

［1］ 趙國增.計(jì)算機(jī)繪圖——AutoCAD2004［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 王曉光.張 華.CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中的雙重性［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007(8):283-285.

［3］ 單春陽.CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2015(4):52-53.

［4］ 張 磊.劉東學(xué).杜 剛.機(jī)械CAD發(fā)展方向［J］.化工裝備機(jī)術(shù)，2004(1):60-62.

［5］ 馬書生.AutoCAD技術(shù)在隧道施工中的運(yùn)用［J］.陜西水利，2008(z2):44-45.