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

馬 波（漢口學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北武漢，430000）

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

馬 波
（漢口學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，湖北武漢，430000）

摘要：在社會(huì)不斷進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸成熟的大背景下，三維CAD技術(shù)也得到顯著發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用在機(jī)械、建筑、電子、汽車、船舶等領(lǐng)域，其中，應(yīng)用比例最大的便是機(jī)械設(shè)計(jì)。通過在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)，可有效促進(jìn)設(shè)計(jì)朝著科學(xué)化、合理化的方向發(fā)展。本文首先簡(jiǎn)單介紹三維CAD技術(shù)的相關(guān)概念，隨后就此項(xiàng)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、具體應(yīng)用情況以及發(fā)展趨勢(shì)展開探討。

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

1 三維CAD技術(shù)的相關(guān)概念

作為CAD技術(shù)的核心所在，三維CAD技術(shù)也被稱為建模技術(shù)，主要由二維技術(shù)發(fā)展而來，其主要內(nèi)容包括三維造型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、三維設(shè)計(jì)、三維轉(zhuǎn)二維以及仿真等。三維CAD技術(shù)不僅能將設(shè)計(jì)人員的想象力及創(chuàng)造力充分發(fā)揮出來，符合人們的設(shè)計(jì)思維，而且還可滿足幾何圖形對(duì)形狀及性能的要求，使各方面的指標(biāo)趨于完美狀態(tài)。此外，將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可使產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)處于最佳的狀態(tài)，將工程繪圖以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面存在的質(zhì)量問題進(jìn)行有效解決。由此可知，在當(dāng)前的社會(huì)背景下，機(jī)械設(shè)計(jì)人員為實(shí)現(xiàn)工作效率及質(zhì)量的提高，就應(yīng)當(dāng)充分掌握三維CAD技術(shù)。

2 將三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 設(shè)計(jì)出更加直觀、形象的產(chǎn)品

在開展機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，最為原始的設(shè)想便是立體的實(shí)體。然而，由于受到設(shè)計(jì)手段等因素的影響，設(shè)計(jì)人員很難在平面的圖紙上畫出立體的效果，要繪制出三維構(gòu)想，通常需要用到正投影形成的二維方法。近年來，隨著CAD技術(shù)的進(jìn)步，在借助相關(guān)軟件的條件下，繪制出構(gòu)想的三維作品已成為可能。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中通過應(yīng)用三維CAD技術(shù)，可使設(shè)計(jì)者展開更為直觀的檢查，并且還可模擬產(chǎn)品的裝配以及運(yùn)轉(zhuǎn)等，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更加直觀、形象，且符合實(shí)際使用需求的產(chǎn)品。

2.2 促進(jìn)變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行

三維設(shè)計(jì)的主旨便是促進(jìn)變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。在使用以往的CAD技術(shù)時(shí)，讓若要修改畫圖，就需要重新繪制，并且只用固定的尺寸來定義幾何元素。然而，在設(shè)計(jì)作品時(shí)，為實(shí)現(xiàn)完整作用的生成，通常是需要展開多次的修改，這就給實(shí)際設(shè)計(jì)工作帶來了不小的麻煩，也造成了大量時(shí)間的浪費(fèi)。對(duì)二維CAD技術(shù)展開分析，盡管其具備一定參數(shù)化作用，但在實(shí)現(xiàn)裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計(jì)方面，依然存在不小的難度，而應(yīng)用三維CAD技術(shù)開展設(shè)計(jì)工作時(shí)，不但可自動(dòng)修改由于某些尺寸變化而使得零件設(shè)計(jì)產(chǎn)生的變化，而且還可裝配某些參數(shù)化設(shè)計(jì)，即便其中某一零件的尺寸發(fā)生變化，也會(huì)以其他零件尺寸為依據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這樣一來，便充分減輕了設(shè)計(jì)人員的工作時(shí)間以及修改的工作量等，在促進(jìn)設(shè)計(jì)速度提高的基礎(chǔ)上，有效防止信息過于繁雜的出現(xiàn)。

2.3 實(shí)現(xiàn)零部件的有限元分析以及合理設(shè)計(jì)

在采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法時(shí)，難以確保設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的數(shù)據(jù)高度接近實(shí)際工作過程中的數(shù)據(jù)，進(jìn)而增加危險(xiǎn)性，導(dǎo)致零部件可靠性的降低，尤其是部分受力復(fù)雜的關(guān)鍵性零件數(shù)據(jù)。而通過應(yīng)用三維CAD技術(shù)來對(duì)零部件展開有限元分析，可在有限元網(wǎng)絡(luò)中輸入?yún)?shù)化以后的零部件，從而合理分析其形狀、振動(dòng)以及受力變形等情況。若分析得到的結(jié)果不符合實(shí)際的要求，那么就需要展開重新計(jì)算與設(shè)計(jì)，直至與實(shí)際的要求相符。由此可知，通過應(yīng)用三維CAD技術(shù)，可有效減少材料的浪費(fèi)，全面促進(jìn)設(shè)計(jì)效率以及產(chǎn)品可靠性的提高。

3 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 模具的集成制造

在科技不斷進(jìn)步與發(fā)展的形勢(shì)下，制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)也發(fā)生顯著改革，并逐漸朝著數(shù)字化的方向發(fā)展。在制圖方面，已經(jīng)由

人工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃AE/CAM/CAD的形式，機(jī)床也由普通類型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)控類型。其中，代表目前機(jī)械制造行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的技術(shù)主要有激光快速成型以及模具CAM/CAD，而CAM/CAD軟件開發(fā)系統(tǒng)主要是由曲面造型、模擬仿真、有限元分析、圖形編輯、三維繪圖以及數(shù)控加工等多個(gè)功能模塊共同構(gòu)建成，并且這些模塊以工程該數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)展開了統(tǒng)一的管理及運(yùn)用。

3.2 零件實(shí)體建模以及裝配圖的生成

（1）零件實(shí)體建模：經(jīng)分析，CAD的建模方式主要包括表面模型、線框模型以及實(shí)體模型這三種方式。在大多數(shù)的CAD軟件中，均存在一些較為基本的體系，例如，在AutoCAD三維建模中，軟件系統(tǒng)便提供了立方體、圓柱體、圓錐體、球體等六種基本體系。借助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員可分析較為簡(jiǎn)單的零件，同時(shí)還可將其分為多個(gè)基本體，隨后再對(duì)這些基本體展開實(shí)體造型，并開展差、交等方面的布爾運(yùn)算，最終得出產(chǎn)品零件的三維實(shí)體模型。

（2）裝配圖的生成：在結(jié)束零件實(shí)體建模工作后，在機(jī)器運(yùn)動(dòng)特定的位置使用其運(yùn)動(dòng)相關(guān)資料，隨后以各零件坐標(biāo)為依據(jù)，開展裝配工作，并對(duì)三維CAD軟件中的三維編輯功能展開合理利用，最終實(shí)現(xiàn)裝配圖的實(shí)體生成。

4 將三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中愈發(fā)廣泛的應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展也更加規(guī)范化、集成化以及智能化。

（1）規(guī)范化趨勢(shì)：三維CAD技術(shù)開發(fā)自身系統(tǒng)主要依據(jù)為工程數(shù)據(jù)模型以及幾何數(shù)據(jù)等，此項(xiàng)技術(shù)朝著規(guī)范化趨勢(shì)發(fā)展的主要表現(xiàn)為CAD資源的規(guī)范化、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化。

（2）集成化趨勢(shì)：三維CAD技術(shù)并不是孤立的一種技術(shù)，其集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、外圍設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，同時(shí)，還與計(jì)算機(jī)輔助制造、制造資源管理以及管理信息等系統(tǒng)集成。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD技術(shù)也朝著CAM/CAD集成的方向發(fā)展。

（3）智能化趨勢(shì)：對(duì)三維CAD技術(shù)智能化的重要表現(xiàn)展開分析，主要表現(xiàn)在參數(shù)的設(shè)計(jì)以及特征的造型等方面。在用戶使用此種軟件時(shí)，通過引入?yún)?shù)及特征，可使操作更加便捷，而工程數(shù)據(jù)的概念三維CAD軟件更是可以充分繼承到數(shù)據(jù)模型中。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，許多機(jī)械設(shè)計(jì)人員紛紛加大了三維CAD技術(shù)的應(yīng)用力度，并獲得了顯著成效，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量的提高。因此，在未來發(fā)展過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步完善并優(yōu)化三維CAD技術(shù)，在將此項(xiàng)技術(shù)的作用充分發(fā)揮出來的基礎(chǔ)上，使其全面促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的健康長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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Application of three dimensional CAD technology in mechanical design

Ma Bo
（School of mechanical and electrical engineering,Hankou College，HubeiWuhan，430000）

Abstract：In the context of society continues to progress and computer technology increasingly mature, 3D CAD technology has also been significant development,and is widely used in machinery,construction, electro nics,automobile,shipbuilding and other fields.Among them,the largest proportion of the application is the mechanical design. Through the application of three-dimensional CAD technology in mechanical design,the design can be effectively promoted in the direction of scientific and rational development.This paper first briefly introduces the concept of three-dimensional CAD technology,and then on the application of this technology in the mechanical design of the advantages of the specific application and development trends.

Keywords：mechanical design;three-dimensional CAD technology;application analysis