三維CAD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用研究

朱振杰　楊振怡

摘 要：近年來，我國的制造業(yè)發(fā)展迅速，機(jī)械產(chǎn)品的制造水平也在不斷提升。將三維CAD技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品制造中能夠有效提高機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。通過分析三維CAD技術(shù)的原理和特點(diǎn)，探討將該技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造過程中的可行性，希望能促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：三維CAD技術(shù)；機(jī)械制造；三維模型；機(jī)械產(chǎn)品

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.144

隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展和普及以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，計(jì)算機(jī)三維CAD這一技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)于機(jī)械制造來說，其設(shè)計(jì)過程以往都是通過鉛筆繪圖的方式來完成，這樣的工作方式使原本簡單的工作變得非常復(fù)雜，且耗時(shí)較長，浪費(fèi)了很多不必要的人力和物力。CAD作為與傳統(tǒng)機(jī)械制造思想不同的新興力量，它的出現(xiàn)使我國的機(jī)械制造業(yè)又向前邁出了一大步。下面就從多個(gè)方面對(duì)三維CAD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 三維CAD技術(shù)綜述

目前，三維CAD技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，它以“平面→草圖→特征→零件→裝配體”這條線路為基礎(chǔ)，通過相應(yīng)的三維軟件直接生成機(jī)械產(chǎn)品的三維模型。現(xiàn)今的三維軟件都具備直接將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖紙的功能，因此機(jī)械制造企業(yè)可以直接根據(jù)生成的二維圖指導(dǎo)制造流程。在機(jī)械產(chǎn)品制造中，使用三維CAD技術(shù)的主要是設(shè)計(jì)和裝配環(huán)節(jié)，其工作內(nèi)容是對(duì)零件的加工工藝過程進(jìn)行仿真。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠利用輸入的參數(shù)自動(dòng)計(jì)算體積、質(zhì)量等參數(shù)；直觀地對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行受力分析；在實(shí)際裝配前進(jìn)行虛擬裝配，并快速生成二維圖紙等。

2 在機(jī)械產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

2.1 直觀地表達(dá)三維機(jī)械模型

機(jī)械產(chǎn)品制造人員都希望能夠運(yùn)用軟件表現(xiàn)具有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的機(jī)械模型，但由于過去機(jī)械制造手段有限，因此很難在圖紙上表現(xiàn)出立體圖形。隨著三維CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)有多種軟件的支持下，設(shè)計(jì)人員可直接利用三維思維表達(dá)機(jī)械模型，使圖紙更加形象、直觀，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加一目了然，而且三維CAD技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械構(gòu)件的運(yùn)用模擬，幫助設(shè)計(jì)者更好地分析和改進(jìn)產(chǎn)品。

2.2 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、變量化

參數(shù)化和變量化是機(jī)械制造的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的制圖方式只能用簡單的固定尺寸來表達(dá)機(jī)械產(chǎn)品，如果要對(duì)產(chǎn)品和圖紙進(jìn)行更改，則只能刪除原有線段，重新繪制新的線段，在一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，要經(jīng)過不斷的修改，工作量非常大，并且二維模型難以模擬產(chǎn)品的裝配過程。而利用三維技術(shù)能夠使機(jī)械產(chǎn)品零部件的尺寸互相關(guān)聯(lián)，修改其中一個(gè)零件的尺寸，其余各零件的尺寸能夠自行更改，大大減少了工作量，減輕了機(jī)械制造工作者的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，使技術(shù)和設(shè)計(jì)人員從復(fù)雜的工作中解脫出來，提高了機(jī)械產(chǎn)品的制造效率，減少了信息的儲(chǔ)存量。

2.3 實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成

從狹義上來說，CAM是指生成數(shù)控程序，能夠?qū)?shù)控代碼經(jīng)過通訊接口傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床，然后實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品加工這一過程。傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)是在二維設(shè)計(jì)圖紙的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)這一過程的，但二維圖紙中存在的零件混亂問題易導(dǎo)致制造過程的混亂。而三維CAD技術(shù)的運(yùn)用能夠整合三維CAD和三維CAM，使三維CAM能夠從三維CAD中獲取制造信息，然后進(jìn)行加工，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的全過程都實(shí)現(xiàn)信息化和自動(dòng)化，并保證加工出來的機(jī)械產(chǎn)品符合各項(xiàng)要求。

2.4 實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的有限元分析和優(yōu)化

機(jī)械產(chǎn)品各部分零件的形狀和受力狀態(tài)往往較為復(fù)雜，在傳統(tǒng)的計(jì)算中，實(shí)際計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際工作數(shù)據(jù)相差較大，因此要加大安全系數(shù)，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的機(jī)械產(chǎn)品較為笨重，造成了不必要的浪費(fèi)，也使得機(jī)械產(chǎn)品不夠精密。而應(yīng)用三維CAD技術(shù)能夠方便地對(duì)每個(gè)零部件進(jìn)行有限元分析，分析其受力變形、熱變形等，優(yōu)化這些形變結(jié)果，并通過分析不同工作狀態(tài)下的同一機(jī)械產(chǎn)品，找到最適合機(jī)械產(chǎn)品加工的途徑和方法，從而提高了機(jī)械制造企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和制造效率，降低了人力和物力的消耗量，提高了機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品更加精巧，價(jià)格更加合理，性能更高。

3 三維CAD技術(shù)在應(yīng)用中的不足

在機(jī)械產(chǎn)品制造過程中，三維CAD技術(shù)已經(jīng)不可或缺，這種能夠有效提高產(chǎn)品制造水平和效率的軟件已經(jīng)被廣大機(jī)械制造公司所青睞。但研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的三維CAD技術(shù)還存在一定的不足。各機(jī)械制造公司為了追求利益最大化，不斷追求最先進(jìn)的三維CAD技術(shù)軟件，但對(duì)于中小型企業(yè)來說，高端的三維CAD軟件無疑是一種不必要的消費(fèi)。這些軟件雖然功能強(qiáng)大，但是價(jià)格不菲，如果中小型企業(yè)一味地追求功能強(qiáng)大，而忽視了軟件與機(jī)械產(chǎn)品之間的利益關(guān)系，就不能讓三維CAD技術(shù)發(fā)揮最大的作用。另外，還有部分企業(yè)運(yùn)用三維CAD技術(shù)單純是為了制作出好看的三維模型，但這種模型并沒有在實(shí)際機(jī)械制造過程中起到重要作用，對(duì)軟件的利用依舊停留在二維的階段，這就使三維CAD技術(shù)失去了存在的意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，三維CAD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品制造中已經(jīng)被廣泛使用，而軟件的廣泛應(yīng)用也從根本上解決了機(jī)械制造企業(yè)在設(shè)計(jì)、裝配等方面的問題，大大提高了這些制造環(huán)節(jié)的工作效率，節(jié)約了制造成本。放眼未來，三維CAD技術(shù)必將不斷發(fā)展，成為機(jī)械產(chǎn)品制造行業(yè)的主流。

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〔編輯：王霞〕