CAD三維軟件在機械加工中的應用

王水林

（中國礦業(yè)大學徐海學院，江蘇 徐州 221008）

CAD技術（Compurter Aided Design）是指計算機輔助設計以及計算機圖形工作，即通過計算機優(yōu)秀的數(shù)字建模以及圖形呈現(xiàn)功能來實現(xiàn)對傳統(tǒng)模型搭建的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。這一技術領域能夠?qū)崿F(xiàn)高效的機械產(chǎn)品設計以及較高品質(zhì)的圖形分析功能，進而為數(shù)字建模、機械加工、藝術科學等領域提供軟件功能支持。當前我國在CAD技術的應用上已然具備了較為完善的相應經(jīng)驗，諸如自動化、港航物流體系構(gòu)建等系統(tǒng)化機械流程領域的設計過曾中均廣泛存在著CAD技術的應用。在機械加工領域應用該技術，能夠極大提升機械加工過程中的模型精準度，為我國機械加工領域帶來全新的發(fā)展動力。

一、CAD技術基本概念及功能概述

1.CAD技術概念

作為當前主流的應用化計算機輔助軟件類型，CAD技術的應用方向在于通過利用計算機軟硬件技術進行設計繪圖等傳統(tǒng)人工工作，以確保制圖以及建模的準確性不會對機械加工等精密制造業(yè)造成影響。作為較為優(yōu)質(zhì)的建模制圖軟件之一，CAD結(jié)合了人與機械的優(yōu)點，將自身最優(yōu)特性毫無保留的進行了發(fā)揮，進而保證了控制過程的有效性。這一機制的運作原理在于通過人的判斷能力以及計算機的精密控制，來實現(xiàn)人機交互，并最終獲取最佳的設計效果。因此就軟件功能來看，CAD是當前多數(shù)行業(yè)領域中進行繪圖建模工作的不二之選；而從設計概念出發(fā)，它則是融入了工程設計以及現(xiàn)代技術的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)物。

2.CAD技術功能體現(xiàn)

相對于當前同類型應用軟件市場中的其他產(chǎn)品而言，CAD在自身功能上具備了更為實用的計算以及分析能力，同時還具備了數(shù)據(jù)管理和交換、圖形處理等其他類型軟件所不具備的功能。目前，CAD技術被廣泛應用于了產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、精密儀器設計、圖表繪制等多種工作崗位之中。同時，由于其具備一定的產(chǎn)品分析功能，因此通過CAD同樣可以實現(xiàn)對產(chǎn)品進行一般設計以及優(yōu)化設計方案。這是由于CAD自身分析系統(tǒng)能夠針對不同產(chǎn)品的實際參數(shù)實現(xiàn)對產(chǎn)品優(yōu)劣特點的分析比對，同時通過對產(chǎn)品進行多元化途徑的建模工作達到滿足當前多數(shù)行業(yè)領域中對于產(chǎn)品創(chuàng)新性以及可行性判斷的需求。

CAD通過對產(chǎn)品進行仿真和動態(tài)分析時，可以計算出其機械設計的技術優(yōu)勢。相對于其他類型的建模軟件而言，CAD具有著更為優(yōu)質(zhì)的圖像處理能力。在構(gòu)建立體幾何圖形，尤其是在二維圖形的交互工作中，其圖像處理的優(yōu)勢能夠得到較大發(fā)揮，且在文字編輯以及軟件設計等工作中CAD同樣具備一定作用。

二、CAD在機械加工中的作用發(fā)揮

由于CAD技術與機械設計、制造行業(yè)具有著較高的適配度，現(xiàn)已成為機械設計工作中必不可少的輔助工具。因此想要完善CAD三維軟件在機械加工中的應用思路，需要對其作用特點以及發(fā)揮效果加以相關分析?，F(xiàn)就筆者觀點，對在機械加工中應用的CAD三維軟件進行功能分析。

1.CAD在機械加工中的實際作用分析

首先，相對于傳統(tǒng)手工建模以及其他類型的建模軟件而言，CAD的應用有效的減少了產(chǎn)品設計的工作量以及時間耗費，這一舉措在面對大量產(chǎn)品的設計以及集體產(chǎn)出效果時具有著較高的工作效率。CAD技術在機械加工領域中將復雜的機械產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為簡單易識別的幾何圖形，不僅有效提升了產(chǎn)品模型的直觀程度，且有效降低了模型的讀取門檻降。因此CAD在機械加工中的作用在于降低設計成本，進而提升生產(chǎn)加工的實際效率。

其次，CAD的應用有效簡化了傳統(tǒng)機械加工中的零件設計過程。由于零件設計工作對于設計過程及思路存在較高要求，因此在面對多數(shù)零件加工工作時，CAD能夠保障新零件與其他零件之間完美的貼合。機械加工CAD設計在實際裝配中同樣可以被視為新設計的一部分，這一特性也保證了能夠檢測其他因素周邊的位置形狀，確保設計結(jié)果具有較高可行性。

第三，需要加工的機械零件在進行裝配過程中，如果機械環(huán)境相對較為復雜或?qū)嶋H安裝人員對操作環(huán)境熟悉程度不足時，通過CAD技術能夠有效對周邊場景進行修改，以明確化最終安裝需求；同時CAD技術在零部件加工的記錄中能夠整合裝配系統(tǒng)間的直接關系，迅速確定裝配環(huán)節(jié)的順序及方式，保證每一個機械加工的產(chǎn)品相互匹配，確保產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

2.CAD技術與在當前常見的機械加工實踐

當前常見的機械加工步驟在進行應用了CAD技術后，其實際體現(xiàn)如下。首先，需要應用CAD創(chuàng)建一個裝配圖的實體部分，即應用CAD技術在機械加工過程中對加工部件進行自身內(nèi)部三維建模的模型設計，并利用系統(tǒng)功能的物理模型來提供加工零部件的圖形系統(tǒng)；對于簡單的零件，進行三維建模能夠直觀確定加工步驟以及工序之間的關系，而在加工較為復雜的元件類型時，則需要將全部的二維輪廓元素進行整合，最終確定所有需加工的零件坐標。其次，繪制全部加工內(nèi)容的二、三維坐標及形狀，保證最終繪制圖形的質(zhì)量符合加工需求。

目前，CAD技術依舊在于為多元化的加工內(nèi)容及多元化的建模需求提供其自身功能，進而保證機械加工設計實際質(zhì)量。伴隨著當前計算機軟件的不斷更新?lián)Q代，CAD三維軟件在機械加工中的實際應用還將結(jié)合其功能的革新發(fā)展以及精確精細的實際需求不斷發(fā)揮應有作用。

三、CAD三維軟件應用實例

1.機械設計及輔助繪圖

CAD三維軟件在應用過程中功能體現(xiàn)的一大特點在于重構(gòu)功能，因此在機械設計及輔助繪圖中CAD三維軟件存在著較大的發(fā)揮空間。通過重構(gòu)功能，CAD能在傳統(tǒng)設計理念之上快速的實現(xiàn)對新設計的生成。在機械加工的裝配過程中，重構(gòu)功能能夠保證不影響實際裝配工作的同時構(gòu)建出全新的零件類型，以實現(xiàn)全新設計出的加工產(chǎn)品與傳統(tǒng)加工產(chǎn)品之間有效融合，互不影響功能發(fā)揮。這一特征在保證了新元件設計過程的高效性，同時避免了對單獨設計元件這一傳統(tǒng)工作方式出現(xiàn)誤差的弊端。因此在機械設計過程中CAD具有著更精準的特性。

2.設計結(jié)果檢查

零件回放功能同樣是CAD所具備的全新應用特征之一。這一特征在應用到現(xiàn)有的機械加工工作中時，能夠通過回放來直觀的確定其元件在實際裝配過程中可能存在的誤差方向，避免了人工裝配檢驗方式中所存在的時間浪費以及成本浪費。在機械加工的實際過程中通過設計結(jié)果檢查可以有效避免產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動，確保整個流水線中生產(chǎn)加工出的機械元件處于同一質(zhì)量考量范圍中，保證了設計的最終可行性。

3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工程分析

眾所周知，傳統(tǒng)的機械加工過程中對加工元件進行工程力學檢驗是產(chǎn)品投入實際使用過程之前的必要環(huán)節(jié)。在未應用CAD三維軟件之前的機械加工領域，進行元件的力學檢驗往往會耗費較大的人力及時間來通過各項指標的最終確認，然而在CAD之中元件的力學特性參數(shù)能夠在其設計結(jié)束后得到直觀的顯示。隨著CAD自身功能的不斷豐富，目前投入應用的CAD之中已經(jīng)具備了ANSYS等有限元分析的相關接口，其動態(tài)特征以及質(zhì)量參數(shù)檢測可以節(jié)約極大的實際成本。

4.逆向轉(zhuǎn)換設計與模具設計制造

通過逆向轉(zhuǎn)換設計，CAD可以實現(xiàn)對現(xiàn)有機械加工元件的參數(shù)輸入來實現(xiàn)虛擬模型的建立，同時利用虛擬參數(shù)坐標以及制圖軟件坐標測量等方法同樣能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬模型與實體模型之間的相互轉(zhuǎn)換。CAD通過其良好的拓展性以及功能的豐富性在逆向轉(zhuǎn)化設計方面具備了優(yōu)秀的功能體現(xiàn)，甚至可以利用SCAN-TOOLS等技術類型實現(xiàn)曲面與實體模型間的參數(shù)轉(zhuǎn)換。

同樣的，模具設計制造環(huán)節(jié)也同樣能夠通過逆向轉(zhuǎn)換設計得到實現(xiàn)。當前傳統(tǒng)機床與數(shù)控機床之間的轉(zhuǎn)換工作已然基本完成，對傳統(tǒng)機械加工元件的模具設計已經(jīng)被數(shù)控機床中可塑性模具所全面替換。在這一背景下，模具CAD技術的應用已然成為了當前模具設計制造的主流選擇。利用CAD技術進行模具設計時，需要對傳統(tǒng)的影響因素做到盡量避免，同時設計沖壓性零件表面的過程中需要應用專門的曲面設計軟件。

結(jié)語：

CAD三維軟件作為機械加工以及相關機械元件設計等領域中的重要工具類型，具備著十分豐富的內(nèi)置功能以及較為廣泛的適配范圍。為保證當前我國機械加工領域發(fā)展建設過程中對CAD三維軟件的實際應用符合機械加工的實際工作需求，需要相關研究人員對CAD的運行機制、實際作用以及適配環(huán)境做到合理的認識。也只有對該軟件應用正確，才能夠在機械加工領域?qū)⑵涔δ茏畲蠡l(fā)揮。

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