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

朱艷瓊　楊樹生　李輝　王晶星

摘 要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)也得到迅猛發(fā)展。如今，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生活和工作中，給人們的生活和工作帶來便利。目前，三維CAD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)目標(biāo)。三維CAD技術(shù)實(shí)際上是以三維模型作為應(yīng)用基礎(chǔ)的，三維CAD技術(shù)正在不斷發(fā)展和完善，三維CAD技術(shù)也被人們稱之為建模技術(shù)。

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

三維CAD技術(shù)包括以下內(nèi)容：一是三維設(shè)計(jì)，二是三維造型，三是圖樣的檔案管理，四是仿真，五是三維向二維轉(zhuǎn)換，六是分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。成熟的三維CAD技術(shù)可以滿足圖形的設(shè)計(jì)要求，使機(jī)械設(shè)計(jì)達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)。三維CAD技術(shù)的應(yīng)用可以增強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新意識(shí)，提高自身的創(chuàng)新能力，更好的保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 機(jī)械產(chǎn)品的外觀更加形象

三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是機(jī)械產(chǎn)品的外觀更加形象，美觀；二是可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的變量化設(shè)計(jì)；三是可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)計(jì)；四是可以針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的零部件實(shí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)人員會(huì)把設(shè)計(jì)圖畫在紙上，但是紙上的機(jī)械產(chǎn)品不具有立體效果，如果機(jī)械設(shè)計(jì)人員在開展機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)用三維CAD技術(shù)就可以讓機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙更加立體，更加直觀。直觀的機(jī)械產(chǎn)品圖紙也方便設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開檢查，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的模擬生產(chǎn)和運(yùn)行，縮短機(jī)械設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)生活之間的距離。

1.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的變量化設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)人員如果在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，需要修改就必須重新開始繪制機(jī)械設(shè)計(jì)圖，不僅加大了設(shè)計(jì)人員的工作量，也浪費(fèi)了機(jī)械設(shè)計(jì)成本，降低了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中必定會(huì)出現(xiàn)多次修改的情況，很難一次性完成機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變量的自動(dòng)修改，還可以縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期，降低機(jī)械設(shè)計(jì)成本。在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品零部件的過程中，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械零部件有限元的自動(dòng)分析，機(jī)械設(shè)計(jì)人員只需要在有限元系統(tǒng)內(nèi)部輸入零部件的相應(yīng)參數(shù)，三維CAD技術(shù)就會(huì)對(duì)機(jī)械零部件的受力等情況進(jìn)行分析研究。如果在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)零部件參數(shù)和實(shí)際要求不相符的情況，三維CAD技術(shù)會(huì)重新對(duì)機(jī)械零部件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，提高了機(jī)械零部件的質(zhì)量和可靠性，進(jìn)而提高了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

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

2.1 三維CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械建模進(jìn)程

既然三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以讓設(shè)計(jì)過程更加直觀，三維CAD技術(shù)才被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中。三維CAD技術(shù)在機(jī)械建模進(jìn)程中的應(yīng)用主要包括以下內(nèi)容：一是表面方式，二是框架方式，三是立體方式。三維CAD技術(shù)中包含機(jī)械設(shè)計(jì)所需要的以下幾種圖形：一是橢圓形，二是圓形，三是圓柱形。如果在機(jī)械設(shè)計(jì)中需要結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的形狀，就需要采用布爾運(yùn)算，把系統(tǒng)內(nèi)部自帶的圖形重新排列，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際需求來展開布爾運(yùn)算，提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。比如，機(jī)械設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)央視大樓的過程中，就需要使用三維CAD技術(shù)，并借助其他畫圖軟件的幫助，對(duì)大樓的模型進(jìn)行構(gòu)建，為后期大樓的施工奠定基礎(chǔ)。

2.2 三維CAD技術(shù)在方案形成中的應(yīng)用

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程也在不斷加快，傳統(tǒng)的人工機(jī)械設(shè)計(jì)模式已經(jīng)無法滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，三維CAD技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)的人工機(jī)械設(shè)計(jì)模式，機(jī)械設(shè)計(jì)從機(jī)床向數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)變。如今，我國(guó)的生產(chǎn)制造業(yè)正向著數(shù)字化發(fā)展。目前，三維CAD技術(shù)被廣泛應(yīng)用于方案形成中，更好地保證了設(shè)計(jì)方案的合理性。

2.3 三維CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

研究表明，三維CAD技術(shù)也廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中。比如，三維CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于收割機(jī)設(shè)計(jì)中，收割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)是以分離裝置為設(shè)計(jì)起點(diǎn)，結(jié)合三維CAD系統(tǒng)的實(shí)際情況展開收割機(jī)設(shè)計(jì)工作，并對(duì)收割機(jī)的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行細(xì)分，并合理制定收割機(jī)設(shè)計(jì)方案，把收割機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，提高數(shù)據(jù)的利用率。

2.4 三維CAD技術(shù)在機(jī)械CAE中的應(yīng)用

機(jī)械CAE的主要作用就是可以優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，最終確定機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方案的合理性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。三維CAD技術(shù)在CAE中的應(yīng)用可以對(duì)設(shè)計(jì)模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的順利開展。CAE的功能包括以下幾個(gè)：一是壽命預(yù)估，二是工程數(shù)據(jù)分析，三是強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，四是仿真動(dòng)力學(xué)，五是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。三維CAD技術(shù)在CAE中的應(yīng)用可以有助于CAE功能的實(shí)現(xiàn)。

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

在新形勢(shì)下，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)有：一是智能化，二是規(guī)范化，三是集成化，四是虛擬網(wǎng)絡(luò)化。其中，智能化實(shí)際上就是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，并優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用可以推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)的步伐，三維CAD技術(shù)不僅僅是機(jī)械設(shè)計(jì)的工具，三維CAD技術(shù)還可以把多種數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅規(guī)范了數(shù)據(jù)交換的格式，也規(guī)范了數(shù)據(jù)模型。但是，三維CAD技術(shù)在參數(shù)化模型傳輸?shù)倪^程中還存在一些問題，國(guó)家相關(guān)部門需要加大三維CAD技術(shù)的研究力度。三維CAD技術(shù)可以把以下因素結(jié)合在一起：一是數(shù)據(jù)庫(kù)，二是計(jì)算機(jī)硬件，三是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，四是外圍設(shè)備。三維CAD技術(shù)并非是獨(dú)立存在的，三維CAD技術(shù)需要與其他技術(shù)結(jié)合在一起開展機(jī)械設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

如今，三維CAD技術(shù)已經(jīng)開始取代傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)模式和理念，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，還可以更好地保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，降低機(jī)械設(shè)計(jì)成本。但是，三維CAD技術(shù)并不是獨(dú)立存在的，在開展機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，三維CAD技術(shù)需要與其他技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是在圖紙上完成的，如果在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤就需要重新開始繪制圖紙，延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的周期，增加了機(jī)械設(shè)計(jì)的成本。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以讓機(jī)械設(shè)計(jì)過程更加直觀和立體，即便是在設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，三維CAD系統(tǒng)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并生成機(jī)械設(shè)計(jì)方案，保證機(jī)械設(shè)計(jì)方案的合理性。但是，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，我國(guó)應(yīng)用三維CAD技術(shù)的時(shí)間比較短，經(jīng)驗(yàn)不夠豐富，導(dǎo)致三維CAD技術(shù)在應(yīng)用的過程中還存在一些問題，國(guó)家相關(guān)部門還需要加大三維CAD技術(shù)的研究力度。

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