淺談三維CAD技術在機械設計中的應用

摘 要：由于社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展速度不斷加快，電子計算機技術也隨之發(fā)展起來。在這個信息時代的社會下，電子計算機技術開始逐漸進入到人們的生活、工作、學習中來，電子計算機技術的廣泛使用不僅有效降低了人們的體力消耗量，同時也緩解了人們的腦力消耗。文章對三維CAD技術在機械設計中的應用進行了探討。

關鍵詞：三維CAD技術；機械設計；計算機技術；機械CAD軟件；車輛機械設計

進入新世紀以來，人們生活水平得到了有效的提升，計算機技術開始進入到人們的生活中來，同時也促進了三維CAD技術的今后發(fā)展。三維CAD技術不僅可以應用到機械設計領域，同時也涉及到建筑行業(yè)和醫(yī)療等多方面，但是在機械設計行業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。因此下面將進一步闡述三維CAD技術在機械設計中的應用以及發(fā)展的方向。

一、三維CAD技術的概念

CAD技術中最重要的組成部分就是三維CAD技術。三維CAD技術主要是以三維模型作為模板，經(jīng)歷多年的研發(fā)才逐漸演變成現(xiàn)在的三維CAD技術。在進行三維CAD技術研發(fā)的過程中，只要將三維結(jié)構(gòu)進合理地設計，那么在設計二維模型時，就提供了便利。三維CAD技術也叫做建模技術，三維CAD技術的功能包含在五個方面：第一，對三維造型進行合理的設計；第二，三維仿真功能；第三，具備圖樣檔案統(tǒng)一收集和管理的功能；第四，可以將三維模型轉(zhuǎn)換為二維模型的功能；第五，對機構(gòu)運動進行充分分析的功能。為了保證三維CAD技術應用在各個領域中，使其功能得到充分的發(fā)揮，就需要滿足兩方面的需求：第一，幾何圖形的性能需求；第二，幾何圖形的烈性需求。三維CAD技術不僅可以滿足設計師的想象力得到充分的發(fā)揮，同時也能激發(fā)設計師的創(chuàng)作靈感。三維CAD技術在機械設計中的應用，不僅可以使產(chǎn)品的虛擬設計和仿真設計呈現(xiàn)最理想的狀態(tài)，同時也能有效地保證產(chǎn)品的設計的整體效果以及工程制圖的整體效果。通過上文所述，使得我們充分地了解到三維CAD技術在機械設計中扮演著重要的角色。

二、三維CAD技術對機械設計的影響

（一）打造信息化的制造過程

隨著信息化時代的到來，機械設計師可以借助信息處理技術來使機械設計具有數(shù)字化功能，同時借助三維CAD技術使得機械設計具有動態(tài)防震功能和虛擬組裝功能。換句話說，在產(chǎn)品進行設計和生產(chǎn)之前，就根據(jù)不同的問題找出相應的解決對策，這樣不但有效地提升了機械設計的整體水平和效果，同時也大大降低了設計上的時間成本。現(xiàn)在的機械設計具備制圖功能，同時還具備四種現(xiàn)代化的功能：第一，虛擬制造功能；第二，智能化設計功能；第三，三維建模功能；第四，CAD/CAE/CAM集成功能。由于具備這四種功能，使得現(xiàn)在的機械設計呈現(xiàn)了設計與生產(chǎn)一體化發(fā)展趨勢。

（二） 營造創(chuàng)新性的設計氛圍

與傳統(tǒng)的機械設計理念進行比較，在機械設計中應用三維CAD技術，運用新的技術理念和新型的設計體系，進而實現(xiàn)機械設計上的創(chuàng)新，創(chuàng)新后的機械設計不僅可以實現(xiàn)利用多種機構(gòu)進行構(gòu)架對比，同時也能借助新型的設計來激發(fā)設計師的創(chuàng)作靈感，進而保證設計師可以設計出與時俱進的優(yōu)秀產(chǎn)品。

三、三維CAD技術在機械設計中的應用

（一）設計方案建模過程中的應用

三維CAD技術的主要優(yōu)勢就是可以更直觀、更立體地將設計理念進行表達，因此三維CAD技術被廣泛地應用到機械設計中。三維CAD技術在進行建模時，主要的建模方法有三種：第一種為框架建模法；第二種為表面建模法；第三種為立體建模法。根據(jù)不同的設計方案選擇不同的建模方法。如果制作的是一些簡單圖形時，例如正方形、長方形、梯形等，可以利用三維CAD技術進行制作。如果繪制的是一些復雜的圖形時，三維CAD技術可以利用布爾運算，將系統(tǒng)中具備的圖形進行重新排列，遵循設計要求，并通過精細的計算，最終繪制出人們想要的圖形，進而確保能夠順利完成建模。

（二）機械CAE軟件的應用

機械CAE軟件最重要的性能不僅是對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計進行優(yōu)化，同時也對設計圖稿中的相關參數(shù)進行分析和比較，進而保證該方案具備一定的科學性和合理性。機械CAE軟件同時也能對設計方案的合理性進行判斷，進而保證設計方案的可實施性。在機械CAE軟件中融入三維CAD技術，只能在建模之后才能充分發(fā)揮它的作用，再借助機械CAE軟件對設計中的各個參數(shù)進行分析，進而保證設計方案成功執(zhí)行。

（三） 車輛機械設計中的應用

三維CAD技術可以融入到車輛機械設計中來，例如在對農(nóng)用收割機進行設計時，可以從收割機的軸流釘齒脫粒分離設備作為整個設計的始點，借助Motion works系統(tǒng)對其進行設計，并利用數(shù)控加工模塊Cam works對收割機的軸流釘齒脫粒分離設備實現(xiàn)三維系統(tǒng)的處理，借助三維CAD技術對收割機的軸流釘齒脫粒分離設備進行合理的分配，通過對分配的各個環(huán)節(jié)進行合理的設計，從而將總設計方案成功地完成。

（四）檢驗機械零部件設計的應用

在進行機械產(chǎn)品中各個零部件的組裝過程進行檢查時，可以借助三維CAD技術中的數(shù)據(jù)播放功能對機械產(chǎn)品中各個零部件的組裝過程進行播放，進而實現(xiàn)檢驗機械零部件設計的目的。與此同時，在進行機械產(chǎn)品中各個零部件的組裝過程進行檢查時，也可以借助三維CAD技術中的數(shù)據(jù)查找功能，使得對機械中不符合機械要求的個別零部件進行調(diào)整，以提升整個機械中零部件之間的默契度和配合度，進而減少由于零部件存在的問題而導致整個機械不能正常運作。在對機械零部件設計進行檢驗的過程中，應用三維CAD技術，不僅可以有效地確保整個機械產(chǎn)品的質(zhì)量問題，同時也有效地減少了機械零部件設計進行檢驗的時間成本。

（五）在機械設計方案形成中的應用

當機械中的各個零部件設計完畢之后，需要將制作完成的零部件進行重新組裝，并借助科學的手段進行排列組合，進而構(gòu)建成一個優(yōu)質(zhì)的機械設計方案。因為三維CAD技術中含有數(shù)據(jù)采編的能力，因此在進行機械設計的過程中，設計師需要將原始的設計方案重新排列組合，進而實現(xiàn)一個單獨的部件。若個別的零部件過于繁瑣，那么在進行機械設計的過程中，設計師需要借助維CAD技術中具備的旋轉(zhuǎn)功能來獲得需要的新型部件，進而設計出一個比較科學合理的設計方案。這個設計方案不僅可以提高整個工程的工作效率，同時也能保證整個工程的工作質(zhì)量。在對機械進行設計時，還不能忽略CAD/CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)的應用功能，CAD/CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)主要借助四種方式來對機械設計方案進行管理：第一，平面設計；第二，數(shù)據(jù)分析；第三，曲面造型；第四，立體構(gòu)筑。借助這四種方式不僅可以有效地保證機械設計方案的成功完成，同時也能保證機械設計方案順利執(zhí)行。

四、三維CAD技術在機械設計中的優(yōu)勢

（一） 提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量和技術含量

在機械設計中應用三維CAD技術，不僅可以提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量，同時也可以有效地提升機械產(chǎn)品的技術含量。其中包含四個方面：第一，產(chǎn)品性能的優(yōu)化；第二，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬設計；第三，可以對產(chǎn)品的有限元受力進行充分分析；第四，具備運動方針。在現(xiàn)代化的機械設計中除加入信息技術以外，再加入一些三維CAD技術，這樣可以有效地促進機械產(chǎn)品的今后發(fā)展。

（二） 促進零件的裝配更加方便與直觀

隨著三維CAD技術的發(fā)展前景越來越好，設計師在對機械部件進行設計的時候，也應用了三維CAD技術，不僅可以完成設計時期的模擬裝配工作，同時也可以完成設計時期的模擬運轉(zhuǎn)工作，進而使得設計方案更符合實際需要。

（三）減少機械設計時間，提高機械設計效率

在機械設計中應用三維CAD技術的主要原因不只是三維CAD技術可以完成參數(shù)化設計，同時也可以完成變量化設計。不只是傳統(tǒng)的CAD技術不能完成參數(shù)化設計以外，就連二維CAD技術也不能完成參數(shù)化設計。但是三維CAD技術不僅含有參數(shù)化設計模板，同時還含有變量化設計模板，因此機械中的各個零件可以根據(jù)實際的尺寸要求進行調(diào)整，進而達到理想的狀態(tài)。除以之外，當機械中的各個零件的大小出現(xiàn)變動時，機械中的其他構(gòu)造也會發(fā)生改變。機械設計中應用三維CAD技術不僅可以減少機械設計時間，同時也提高機械設計效率。

五、結(jié)語

由于三維CAD技術具備三種特性：第一種為直觀性；第二種為安全性；第三種為立體性。因此三維CAD技術被各個領域廣泛應用，尤其被廣泛地應用在機械的制造產(chǎn)業(yè)中。它不僅可以在設計方案建模過程中進行應用，同時也能在機械CAE軟件和車輛機械設計中進行應用。雖然三維CAD技術仍然存在著各種各樣的問題，但是我相信，隨著科技發(fā)展越來越好，三維CAD技術也會越來越完善，它可以給我國的機械制造業(yè)未來的發(fā)展奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1] 張立榮.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].煤炭技術，2011，（2）.

[2] 史越.三維CAD技術在機械設計中的應用探究[J].電子測試，2013，（23）.

[3] 陳駿志，李園，洪策.分析三維CAD技術在機械設計中的應用[J].科技視界，2013，（18）.

[4] 杜寒冰.三維CAD技術在機械設計中的應用[J].技術與市場，2009，（3）.