三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

范盈圻

摘 要：在改革開放春風(fēng)的沐浴下，我國經(jīng)濟(jì)水平顯著提升，科技迅猛發(fā)展，在人們?nèi)粘９ぷ魃钪校娮佑?jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛普及應(yīng)用，為人們的生活、工作、學(xué)習(xí)提供了相當(dāng)多的便利。其中，在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)三維CAD技術(shù)的有效使用，為機(jī)械設(shè)計(jì)及制造創(chuàng)造了有利條件，旨在更為便捷地完成機(jī)械作業(yè)，意義深遠(yuǎn)。在此，該文將針對(duì)三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 三維CAD技術(shù) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0026-02

1 簡述三維CAD技術(shù)的相關(guān)概念

分析CAD技術(shù)可知，三維CAD技術(shù)為其的核心內(nèi)容，該技術(shù)是將三維模型作為基礎(chǔ)，歷經(jīng)多年不斷發(fā)展其逐步發(fā)展成型，若可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)三維結(jié)構(gòu)的良好構(gòu)建，則可簡單地構(gòu)建二維模型，通常能夠把三維CAD技術(shù)稱作建模技術(shù)。三維CAD技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容包括三維設(shè)計(jì)以及三維造型、圖樣檔案管理以及仿真、三維轉(zhuǎn)換二維、分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等。健全完善的三維CAD技術(shù)一般可充分滿足幾何圖形相關(guān)的形狀及性能需求，使得多方指標(biāo)得以保持完美狀態(tài)。通過三維CAD技術(shù)的合理應(yīng)用能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造想象力充分發(fā)揮出來，其跟創(chuàng)造者的實(shí)際設(shè)計(jì)思維是較為相符的?？v觀優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，基于三維CAD技術(shù)的合理應(yīng)用，可使產(chǎn)品虛擬仿真設(shè)計(jì)能夠達(dá)到做好最好狀態(tài)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量及其對(duì)應(yīng)的繪圖質(zhì)量問題得以優(yōu)化解決。可見，在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，深入了解掌握三維CAD技術(shù)可謂是機(jī)械設(shè)計(jì)工作者必備技能之一。

2 在機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢分析

該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢為，設(shè)計(jì)作品更為形象直觀、可完成變量化及參數(shù)化設(shè)計(jì)、針對(duì)零部件實(shí)施有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)分析等。

2.1 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)擁有較強(qiáng)直觀特性

傳統(tǒng)意義上的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段通常在紙上難以把產(chǎn)品立體效果繪制出來，若運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品，則可向客戶展示機(jī)械產(chǎn)品的立體實(shí)體效果，使得設(shè)計(jì)工作者可更為直觀地針對(duì)產(chǎn)品實(shí)施檢查工作，基于三維CAD技術(shù)完成機(jī)械產(chǎn)品的模擬裝配運(yùn)轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的相應(yīng)階段，使之能夠跟生活實(shí)際應(yīng)用更為貼近。

2.2 有效完成機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)設(shè)計(jì)工作

研究表明，傳統(tǒng)意義上的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)若需實(shí)施畫圖修改工作則必須重新進(jìn)行繪制，然而對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，從其設(shè)計(jì)階段開始直至最終完成必須歷經(jīng)多次修改過程，必將會(huì)造成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期及開發(fā)周期不斷延長。三維CAD技術(shù)自身擁有變量化板塊及參數(shù)化設(shè)計(jì)板塊，進(jìn)而能夠結(jié)合設(shè)計(jì)工作者實(shí)際需求自動(dòng)修改產(chǎn)品整體，若是設(shè)計(jì)進(jìn)程當(dāng)中產(chǎn)品某個(gè)零件發(fā)生變化，使用三維CAD軟件可對(duì)應(yīng)合理調(diào)整機(jī)械產(chǎn)品其他零件尺寸。

2.3 實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)工作

針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品零部件實(shí)施設(shè)計(jì)的進(jìn)程當(dāng)中能夠選擇使用三維CAD技術(shù)就其開展有限元分析工作，在有限元網(wǎng)絡(luò)中輸入經(jīng)過參數(shù)化的零部件，進(jìn)行振動(dòng)以及受力變形、形狀優(yōu)化等處理分析作業(yè)，若在有限元分析進(jìn)程中出現(xiàn)零部件參數(shù)跟產(chǎn)品實(shí)際需求難以相符的問題，此時(shí)三維CAD軟件會(huì)重新計(jì)算設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品零部件，如此一來，在日后的機(jī)械產(chǎn)品使用過程中可確保其擁有較強(qiáng)可靠性。

3 在機(jī)械設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用三維CAD技術(shù)

3.1 應(yīng)用于建模進(jìn)程

研究可知，三維CAD技術(shù)的主要優(yōu)勢在于確保設(shè)計(jì)方案更為立體直觀，所以該項(xiàng)技術(shù)可廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)方案建模進(jìn)程當(dāng)中?；谌SCAD技術(shù)的建模方式涵蓋有表面方式以及框架方式、立體方式三方面主要內(nèi)容，同時(shí)，此技術(shù)普遍自帶有設(shè)計(jì)方案中所需的橢圓形以及圓形、圓柱形等一些簡單圖形。針對(duì)復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)形狀，此項(xiàng)技術(shù)可基于布爾運(yùn)算，排列組合系統(tǒng)自帶圖形，結(jié)合實(shí)際需求，基于計(jì)算，進(jìn)而構(gòu)筑設(shè)計(jì)人員所圖案，使得設(shè)計(jì)方案建模進(jìn)程快速完成。譬如說，設(shè)計(jì)央視大樓圖案時(shí)，在計(jì)算機(jī)設(shè)備用使用CAD技術(shù)，在其他類型設(shè)計(jì)軟件的幫助下，歷經(jīng)一系列預(yù)算獲取簡單模型圖案，努力為日后完成設(shè)計(jì)方案奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)零件實(shí)體建模之后，基于機(jī)器運(yùn)動(dòng)特定位置，結(jié)合機(jī)器實(shí)際運(yùn)動(dòng)進(jìn)程當(dāng)中涉及的對(duì)應(yīng)資料，參考零件具體坐標(biāo)實(shí)施裝備工作，可利用三維CAD軟件中的三維編輯功能完成實(shí)施此項(xiàng)工作進(jìn)程。

3.2 應(yīng)用于方案形成進(jìn)程

近年來，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的顯著提升，制造行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)獲得深化改革，制圖方式由傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃AM/CAE/CAD技術(shù)應(yīng)用，由普通機(jī)床趨向于數(shù)控機(jī)床及加工中心轉(zhuǎn)變，目前制造行業(yè)發(fā)展方向主要為計(jì)算機(jī)數(shù)字化。做好方案中涉及的基本零部件設(shè)計(jì)工作之后，應(yīng)加工重組零部件，歷經(jīng)排列組合，旨在優(yōu)化完成設(shè)計(jì)方案?；谌SCAD技術(shù)的應(yīng)用，利用其編輯功能，結(jié)合設(shè)計(jì)工作者設(shè)計(jì)意圖，把原本互相獨(dú)立且不存在有聯(lián)系的部件排列組合在一起，就復(fù)雜程度部件，可采用現(xiàn)代化三維技術(shù)中涉及的旋轉(zhuǎn)等模式獲取新型更適應(yīng)排列組合的新部件，盡可能便捷實(shí)現(xiàn)三維方案實(shí)施，充分確保設(shè)計(jì)方案高質(zhì)完成。在設(shè)計(jì)方案形成進(jìn)程當(dāng)中可重點(diǎn)應(yīng)用CAD/CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)，運(yùn)用曲面造型以及平面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析以及立體構(gòu)筑等有效措施，統(tǒng)一管理應(yīng)用具體數(shù)據(jù)，保障方案順利開展。

3.3 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)

實(shí)踐證明，三維CAD技術(shù)同樣適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。譬如說設(shè)計(jì)聯(lián)合收割機(jī)的進(jìn)程中，可將軸流釘齒脫粒分離裝置當(dāng)作設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合Motion works系統(tǒng)展開開發(fā)工作，參考數(shù)控加工模塊Cam works加工設(shè)計(jì)三維系統(tǒng)，基于CAD技術(shù)或者是API技術(shù)等細(xì)化劃分系統(tǒng)，完成各個(gè)部分之后最終自動(dòng)生成實(shí)際方案。分離的各個(gè)部分主要是基于數(shù)據(jù)傳輸維持聯(lián)系的，進(jìn)而滿足數(shù)據(jù)共享需求。

3.4 應(yīng)用機(jī)械CAE軟件

機(jī)械CAE軟件的功能在于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理對(duì)比分析設(shè)計(jì)方案中涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而形成有效合理的設(shè)計(jì)方案，認(rèn)真評(píng)估評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)方案，充分確保設(shè)計(jì)方案擁有較強(qiáng)合理性。在CAE軟件中應(yīng)用三維技術(shù)，主要表現(xiàn)為構(gòu)筑良好模型結(jié)構(gòu)，再通過使用CAE軟件展開分析設(shè)計(jì)等各項(xiàng)步驟，確保各項(xiàng)方案設(shè)計(jì)的順利實(shí)施及便捷完成。具體而言，CAE系統(tǒng)所擁有的主要功能包括壽命預(yù)估以及工程數(shù)據(jù)分析、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)以及仿真動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等多方面內(nèi)容，唯有采用CAD技術(shù)有效解決造型問題之后，方可運(yùn)用CAE系統(tǒng)解決機(jī)械的材料以及剛度、干涉、壽命、動(dòng)態(tài)特性以及運(yùn)動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)合理性等各類問題。

4 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢

近年來，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，科技水平顯著提升，三維CAD技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，其趨向于智能化及規(guī)范化、集成化、虛擬網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

4.1 智能化

三維CAD技術(shù)智能化發(fā)展進(jìn)步主要表現(xiàn)在參數(shù)設(shè)計(jì)及特征造型兩方面內(nèi)容。在實(shí)際的用戶使用軟件進(jìn)程當(dāng)中，有效引入?yún)?shù)及特征可推動(dòng)工作開展更為快速便捷，工程數(shù)據(jù)概念三維CAD軟件可以在數(shù)據(jù)模型中盡可能做到最大限度繼承。軟件的作用不僅僅是進(jìn)行某些繪制工作的提供，也并不單純是集中存儲(chǔ)線面數(shù)據(jù)將其相互間的內(nèi)在聯(lián)系忽略。在軟件中引入特征及參數(shù)，使之能夠演變成為用戶先進(jìn)得力的助手。就目前的情況來看，CAD軟件特征模型所解決的主要問題為零件幾何造型情況，尚未綜合考慮后續(xù)分析以及CAPP、加工等具體需求。

4.2 規(guī)范化

應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以把幾何數(shù)據(jù)以及工程數(shù)據(jù)模型當(dāng)做是自身系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵依據(jù)內(nèi)容。三維CAD技術(shù)規(guī)范化發(fā)展趨勢的集中表現(xiàn)為數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)據(jù)模型規(guī)范化、CAD資源規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)該使用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系，伴隨著該體系建設(shè)的不斷優(yōu)化完善，其針對(duì)工程數(shù)據(jù)模型以及幾何數(shù)據(jù)的相關(guān)思想可當(dāng)作是現(xiàn)代化CAD系統(tǒng)的開發(fā)指南。僅僅依靠原有標(biāo)準(zhǔn)接口難以充分滿足CAD數(shù)據(jù)交換需求。就目前的情況來看，參數(shù)化特征模型傳輸依然處于瓶頸階段，基于STEP標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)該技術(shù)應(yīng)用的有效突破。

4.3 集成化

三維CAD技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)庫以及計(jì)算機(jī)硬件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及外圍設(shè)備等集于一身，該項(xiàng)技術(shù)并非為一項(xiàng)相對(duì)較為孤立的技術(shù)，與此同時(shí)，此項(xiàng)技術(shù)能夠跟制造資源管理系統(tǒng)以及管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)有效集成。伴隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維CAD技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)CAM/CAD的優(yōu)化集成，日后此方向?yàn)镃AD技術(shù)的主流發(fā)展趨勢。尤其是基于全球一體化經(jīng)濟(jì)背景，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)制造以及并行工程等概念的發(fā)展應(yīng)用。在WEB以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)下應(yīng)用的協(xié)同設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)備受社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。目前一系列標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，譬如說針對(duì)三維圖形以及三維圖像基于互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享進(jìn)行解決所采取用的VRML標(biāo)準(zhǔn)，就異構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)展開解決的XML以及XML-3D標(biāo)準(zhǔn)等，在互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架之下，為努力營造良好的協(xié)同設(shè)計(jì)以及協(xié)同工作環(huán)境打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

4.4 虛擬網(wǎng)絡(luò)化

依賴計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)工具的逐步推廣應(yīng)用以及優(yōu)化更新，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，三維CAD技術(shù)水平顯著提升，其能夠由單機(jī)狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)化。在虛擬空間中，三維CAD技術(shù)所起到的實(shí)際作用甚為顯著，其可在虛擬空間中完成機(jī)械模型構(gòu)建，使得人們可直觀立體地充分了解掌握機(jī)械設(shè)計(jì)中所存在的弊端問題，參考各類參數(shù)，樹立一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在未來，三維CAD技術(shù)虛擬網(wǎng)絡(luò)依然占據(jù)著十分重要應(yīng)用地位，所發(fā)揮成效甚為顯著。

5 結(jié)語

綜上可知，在人們?nèi)粘９ぷ魃钪?，三維CAD技術(shù)獲得廣泛普及推廣應(yīng)用，其在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)十分突顯。正是由于此技術(shù)的直觀安全性，使之頗具優(yōu)勢，在設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)及形成進(jìn)程當(dāng)中、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及其他機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)依然發(fā)揮著十分重要的租用。此技術(shù)發(fā)展前景十分廣闊，隨著科技的不斷進(jìn)步，技術(shù)得以優(yōu)化改善，可實(shí)現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)中更為良好的應(yīng)用。

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