分析三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張淑寬++劉希芳

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，各國(guó)綜合國(guó)力的不斷提升，科技的迅猛發(fā)展，世界各國(guó)都開始爭(zhēng)先恐后地發(fā)展起機(jī)械制造業(yè)，而三維CAD技術(shù)的誕生與發(fā)展正標(biāo)志著機(jī)械設(shè)計(jì)已經(jīng)步入到一個(gè)新紀(jì)元。本文主要具體描述了三維CAD技術(shù)的概念與優(yōu)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況，同時(shí)對(duì)其今后的發(fā)展方向給予了一定的展望，意在表明在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)具有劃時(shí)代的現(xiàn)實(shí)意義。

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

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）09（b）-0081-02

在科技逐步發(fā)展進(jìn)步的背景下，各行各業(yè)都開始充分地應(yīng)用起了CAD技術(shù)，而在這些產(chǎn)業(yè)中受到較大發(fā)展和突破的還屬機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域?，F(xiàn)階段的三維CAD技術(shù)正在逐步將二維CAD給替換出來并取而代之，可以說三維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展環(huán)節(jié)中起到了至關(guān)重要的作用。

1 三維CAD的概念

三維CAD技術(shù)在CAD技術(shù)中占據(jù)重要地位，它是CAD軟件的核心。三維CAD技術(shù)是在三維模型的基礎(chǔ)上通過逐漸發(fā)展進(jìn)而最終成型的，如果三維結(jié)構(gòu)被搭建的較好的話對(duì)于建造二維模型來說就比較容易了，我們通常也把三維CAD技術(shù)叫做建模技術(shù)。三維CAD技術(shù)主要包括三維設(shè)計(jì)與造型、三維轉(zhuǎn)換二維、分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、管理圖樣檔案等。較完善的三維CAD技術(shù)能夠達(dá)到幾何圖形的外觀與性能需求，使所有指標(biāo)都達(dá)到最佳狀態(tài)，設(shè)計(jì)三維CAD技術(shù)的人員可以充分發(fā)揮自己的想象力來進(jìn)行思維設(shè)計(jì)。把三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中可以使產(chǎn)品變得更加逼真，有效地解決了工程制圖與產(chǎn)品設(shè)計(jì)上出現(xiàn)的質(zhì)量問題，換句話說現(xiàn)階段作為一名機(jī)械相關(guān)的設(shè)計(jì)人員來講，能夠靈活運(yùn)用三維CAD技術(shù)是他們所應(yīng)掌握的最基本的一項(xiàng)技能。

2 把三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備中的優(yōu)點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)出來的作品更形象逼真

在進(jìn)行作品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者最初的目的都是為了實(shí)現(xiàn)立體化?？墒怯捎谑艿皆O(shè)計(jì)方式的種種局限，設(shè)計(jì)人員很難在平面圖紙上呈現(xiàn)出立體感，通常情況下在構(gòu)建三維時(shí)都是在正投影產(chǎn)生的二維的基礎(chǔ)上進(jìn)行描繪的，在CAD技術(shù)的不斷發(fā)展下，通過三維CAD可把作品設(shè)計(jì)得更加直觀逼真。而且應(yīng)用三維CAD技術(shù)所創(chuàng)造出來的作品從某種程度上更方便設(shè)計(jì)人員展開檢查工作，另外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)通過三維CAD還能夠展開模擬工作，方便檢驗(yàn)作品的實(shí)用性。

2.2 加快了變量化與參數(shù)化的設(shè)計(jì)工作

三維設(shè)計(jì)意在加快變量化與參數(shù)化的設(shè)計(jì)步伐，在運(yùn)用傳統(tǒng)的CAD技術(shù)時(shí)，如果我們想要改動(dòng)畫圖的話，就必須要重新進(jìn)行描繪制作，而且只能在規(guī)定的尺寸內(nèi)對(duì)幾何元素做出定義，可是，在實(shí)際中，一個(gè)作品的完成其背后都是要經(jīng)過反復(fù)多次的更正才能最終成型，這從一定程度上就為設(shè)計(jì)工作造成了很大的麻煩，同時(shí)也浪費(fèi)了很多的時(shí)間。進(jìn)一步來分析二維CAD技術(shù)，雖然它起到了一定的參數(shù)化效果，可是在設(shè)計(jì)裝配環(huán)境參數(shù)化上依然存在很大的困難。但是我們?cè)趯⑷SCAD技術(shù)應(yīng)用在設(shè)計(jì)工作中時(shí)，不僅能夠自動(dòng)修改因?yàn)橐恍┏叽绨l(fā)生改變進(jìn)而影響到零件設(shè)計(jì)所帶來的變化，同時(shí)也會(huì)在其余零件尺寸的基礎(chǔ)上相應(yīng)展開調(diào)整。這樣的話，就會(huì)相對(duì)減少設(shè)計(jì)人員工作的時(shí)間，縮減因修改工作帶來的工作量，在加快設(shè)計(jì)速度的前提下，能夠盡量避免信息的繁瑣性。

2.3 對(duì)零部件展開有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)

在使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，很難保證設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)與實(shí)際工作中的數(shù)據(jù)相符合，加大了危險(xiǎn)性，致使零部件不是很可靠，特別是一些本身受力程度就比較繁瑣的主要零件數(shù)據(jù)。但是將三維CAD技術(shù)應(yīng)用在其中來對(duì)零部件進(jìn)行有限元分析，能夠把參數(shù)化后的零部件輸入到有限元網(wǎng)絡(luò)中，并恰當(dāng)判斷其受力程度和形狀大小等情況。如果經(jīng)過判斷而得出的結(jié)論與實(shí)際需求相違背，我們就要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，一直到其與實(shí)際需求相接近為止。由此我們可以知道，充分地將三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中不僅能夠避免發(fā)生浪費(fèi)材料的現(xiàn)象，而且還能加快設(shè)計(jì)的速度與效率，提升產(chǎn)品的可靠程度。

3 在機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)應(yīng)用三維CAD技術(shù)的具體情況

3.1 集成制造模具ADM/CAD

在科技不斷進(jìn)步的影響下，制造業(yè)在生產(chǎn)方面也在逐漸發(fā)生著變革，由傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)作圖開始朝著CAM/CAD/CAE轉(zhuǎn)變，由一開始的普通機(jī)床轉(zhuǎn)變成加工中心與數(shù)控機(jī)床，從實(shí)際中來看現(xiàn)階段的制造業(yè)正在一點(diǎn)點(diǎn)向數(shù)字化方向發(fā)展和轉(zhuǎn)變。其中具有代表性的主要有模具CAD/CAM和激光迅速成型的技術(shù)等。CAD軟件的開發(fā)系統(tǒng)主要由曲面構(gòu)造、有限元分析和模擬仿真以及三維繪圖和編輯圖形、數(shù)控加工等構(gòu)成，在工程數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上合理地對(duì)數(shù)據(jù)展開了管理與運(yùn)行。

3.2 模擬實(shí)體零件跟生成裝配圖

3.2.1 實(shí)體零件的建模

根據(jù)分析我們得出，CAD的建模形式主要有表面模型和實(shí)體模型以及線框模型三種。大部分CAD軟件內(nèi)都會(huì)存在一些較為基礎(chǔ)性的體系，比如，在AutoCAD的建模中，軟件系統(tǒng)就呈現(xiàn)出了球體、圓柱體、立方體、圓錐體等共六種體系。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的幫助下，設(shè)計(jì)者可對(duì)簡(jiǎn)單的零件展開相應(yīng)的分析和點(diǎn)評(píng)，并把它分成不同個(gè)獨(dú)立的基本體，之后再分別進(jìn)行實(shí)體造型，同時(shí)進(jìn)行交、差計(jì)算，進(jìn)而得到實(shí)體零件的三維模型。

3.2.2 生成裝配圖

當(dāng)完成實(shí)體零件的建模工作以后，當(dāng)機(jī)器運(yùn)行到指定位置時(shí)可借助與之相關(guān)的一些材料，而后將不同零件的坐標(biāo)當(dāng)成中心展開裝配。同時(shí)合理利用三維CAD軟件內(nèi)的編輯功能，最終生成裝配圖。

3.3 應(yīng)用CAE軟件

在機(jī)械CAE系統(tǒng)中，主要包含有分析工程數(shù)據(jù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、評(píng)估壽命、動(dòng)力學(xué)仿真以及加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)的點(diǎn)評(píng)等功能。當(dāng)三維CAD有效解決好造型問題以后，才能夠使用CAE來處理運(yùn)動(dòng)特征、壽命、機(jī)械硬度等問題。

4 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)

由于在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中越來越廣泛地應(yīng)用了三維CAD技術(shù)，該技術(shù)也開始發(fā)展得越來越規(guī)范化和智能化。

4.1 規(guī)范化

三維CAD技術(shù)自身系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的主要根據(jù)是幾何數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)的模型等，該技術(shù)變得越來越規(guī)范化主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)交換格式變得越來越標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)模型變得越來越規(guī)范，CAD資源變得更加規(guī)范。

4.2 集成化

三維CAD技術(shù)并不單一，它涵蓋了互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、外圍設(shè)備等諸多技術(shù)，另外，它還與管理信息系統(tǒng)和制造資源管理系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等相互集成在了一起。由于科技的不斷進(jìn)步，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維CAD技術(shù)正在悄然朝著CAD/CAM集成的方向逐步發(fā)展起來。

4.3 智能化

就三維CAD技術(shù)來講，其智能化主要表現(xiàn)在特征造型跟設(shè)計(jì)參數(shù)等方面。當(dāng)用戶使用該軟件時(shí)，在把參數(shù)與特征引入其中時(shí)就會(huì)大大增強(qiáng)靈活度，使其操作起來變得極為便捷，而且還可以充分地把工程數(shù)據(jù)相關(guān)概念涵蓋到數(shù)據(jù)模型里。

5 結(jié)語

總而言之，在科技不斷發(fā)展進(jìn)步的背景下，三維CAD技術(shù)在經(jīng)歷諸多發(fā)展階段以后慢慢發(fā)展到了現(xiàn)如今這般模樣：它在設(shè)計(jì)上變得極為形象逼真，能夠設(shè)計(jì)變量化與參數(shù)化，能夠?qū)崿F(xiàn)零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行有限元分析，能夠集成制造模具CAD/ADM和對(duì)零件實(shí)體進(jìn)行建模等。所以，從今后的發(fā)展趨勢(shì)來看，筆者認(rèn)為機(jī)械相關(guān)設(shè)計(jì)人員還要進(jìn)一步優(yōu)化和改良三維CAD技術(shù)，在有效發(fā)揮出該技術(shù)自身作用的前提下，確保三維CAD技術(shù)能夠發(fā)展得更加完善，進(jìn)而加快機(jī)械制造業(yè)前行的腳步，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展更加欣欣向榮。

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