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

王峰

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)是現(xiàn)如今機(jī)械生產(chǎn)制造過(guò)程中不可或缺的重要組成部分，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，自然要涉及各種相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的整體水平的提升有重要的促進(jìn)作用，而CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用便是其中極為重要的一方面，因此，在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中要重視對(duì)CAD技術(shù)的合理應(yīng)用。本文首先介紹了現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求，然后對(duì)CAD技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，接著分析了將CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而指出了現(xiàn)階段CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

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

1 前言

如今CAD已經(jīng)被納入高校設(shè)計(jì)類學(xué)科中，且是必修學(xué)科。主要教學(xué)目的是為幫助學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)需要對(duì)計(jì)算機(jī)類不同的方案進(jìn)行具體問(wèn)題集體分析，從而決定最優(yōu)方案。而CAD可直接將草圖變成工作圖，且由計(jì)算機(jī)就能進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果分析。因此，現(xiàn)今的CAD受到各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人士喜愛。機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)其工作原理，運(yùn)動(dòng)方式等多種傳遞方式需進(jìn)行具體分析計(jì)算，才能確保機(jī)械制造得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其計(jì)算過(guò)程需十分系統(tǒng)化，且仔細(xì)。由此可見，CAD基于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，能最優(yōu)化的做出設(shè)計(jì)方案，且保證正確率。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

雖然我國(guó)機(jī)械行業(yè)各類產(chǎn)品的種類繁多，各種組合琳瑯滿目，但不管是哪種機(jī)械產(chǎn)品，本質(zhì)上，其在設(shè)計(jì)的基本要求方面都有內(nèi)在聯(lián)系，具體可以從以下幾個(gè)層面來(lái)解讀：首先，所有機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都是建立在滿足預(yù)定功能的前提下進(jìn)行的，也就是說(shuō)，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)使機(jī)械產(chǎn)品按照預(yù)期的技術(shù)要求，來(lái)完成各種預(yù)定職能；其次，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮機(jī)械產(chǎn)品制造的工藝要求，具體來(lái)講，就是要減少零配件的數(shù)量，且盡量用標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)，以便于后期的組裝和維修；最后，在機(jī)械設(shè)計(jì)中要考慮經(jīng)濟(jì)性，盡量降低機(jī)械產(chǎn)品的制造成本和對(duì)環(huán)境和資源的損耗。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期

采用CAD技術(shù)可以大大縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期，顯著提升機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。使用CAD技術(shù)可以只針對(duì)其中的部分零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與制造，而大部分的零部件設(shè)計(jì)都將保持不變，從而提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

3.2 使得機(jī)械零件設(shè)計(jì)更加便捷

利用CAD技術(shù)可以在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新的零件，也可以通過(guò)零件的相鄰零件的位置、狀態(tài)、特征來(lái)設(shè)計(jì)新的零件，快捷、高效，全面保證了新的零件與相鄰零件的精準(zhǔn)配合，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件而可能出現(xiàn)的裝配誤差。例如，可以在裝配環(huán)境中根據(jù)零件箱體的形狀與其他配合要求快速的獲取設(shè)計(jì)所需要的箱蓋。

3.3 修改機(jī)械零件便捷

CAD技術(shù)中擁有查找器功能，在完成機(jī)械零件設(shè)計(jì)造型時(shí)可以通過(guò)資源查找器來(lái)列出完成該零件設(shè)計(jì)過(guò)程中完成的所有指令，分別點(diǎn)擊不同指令就可以清晰的了解零件在設(shè)計(jì)過(guò)程中所完成的步驟。并且使用資源查找器中的零件回放功能中真實(shí)再現(xiàn)零件造型的全部過(guò)程，通過(guò)真實(shí)形象的動(dòng)畫再次檢查核實(shí)零件的設(shè)計(jì)過(guò)程。另外，也可以通過(guò)點(diǎn)擊資源查找器中相對(duì)應(yīng)的命令來(lái)完成。

3.4 提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量

CAD技術(shù)運(yùn)用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)優(yōu)化有限元受力分析的方式來(lái)保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，利用數(shù)控加工手段還可以使用CAD、CAPP、CAM等方式來(lái)對(duì)零件進(jìn)行加工，以強(qiáng)化一致性，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.5 裝配零件更加直觀

利用CAD技術(shù)中的資源查找器功能可以查看到機(jī)械零件的裝配路徑，得知零件之間的裝配關(guān)系。如果裝配錯(cuò)誤或出現(xiàn)矛盾，查找器則會(huì)顯示錯(cuò)誤提示。同時(shí)，可以對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的零件裝配情況進(jìn)行核實(shí)檢查，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則可及時(shí)對(duì)零件以及零件裝配進(jìn)行修改，以保證機(jī)械設(shè)計(jì)的正確性。利用CAD技術(shù)還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求來(lái)隱藏零件展示。在隱藏現(xiàn)實(shí)外部零部件后則可以清晰的看到內(nèi)部的裝配零件與結(jié)構(gòu)，以便對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整。在完成機(jī)械部件的裝配模型后還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于具有運(yùn)動(dòng)行程標(biāo)準(zhǔn)的可以檢驗(yàn)其是否達(dá)到相關(guān)要求。也可以對(duì)于靜態(tài)環(huán)境下處于正常狀態(tài)，而運(yùn)動(dòng)中可能出現(xiàn)的碰撞也可以精準(zhǔn)的檢驗(yàn)出來(lái)，進(jìn)而及時(shí)的對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整修改，以保證機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的精確度。

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

4.1 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的功能應(yīng)用

（1）零件與裝配圖生產(chǎn)零件實(shí)體建模。CAD建模方式主要分為三種類別，分別為線框建模、表面模型以及實(shí)體模型。在CAD技術(shù)中存在眾多能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)體建模的CAD軟件的常用基本體系。例如，常用的AutoCAD的實(shí)體造型模塊中就擁有立方體、球體、圓柱體、環(huán)狀體等不同體系。針對(duì)簡(jiǎn)單的零部件可以對(duì)其進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)分析，并且利用“交、并、差”布爾等運(yùn)算方式來(lái)獲得所需零件的實(shí)體造型。對(duì)于復(fù)雜的零件改造過(guò)程由于其本體難以全面細(xì)致的拆分開來(lái)，因此基本的CAD體系難以滿足機(jī)械實(shí)體造型的更高要求。然而，可以在二維幾何元素構(gòu)造中定義零件的截面輪廓，進(jìn)而在實(shí)體造型中通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、縮小、放大等處理來(lái)獲得新的基本體，并且通過(guò)“交、并、差”布爾等運(yùn)算方式來(lái)獲取所需零件的實(shí)體造型。

（2）機(jī)械設(shè)計(jì)零部件檢查。利用CAD技術(shù)可以在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新的零件，還可以通過(guò)相鄰零件的區(qū)域位置來(lái)設(shè)計(jì)出新的零件，方便、快捷、高效，避免了獨(dú)立設(shè)計(jì)零件而出現(xiàn)的設(shè)計(jì)不匹配的情況。CAD技術(shù)中資源查找器的零件回放功能還能夠再現(xiàn)零件造型的過(guò)程，以便更好的對(duì)零件進(jìn)行檢驗(yàn)。CAD技術(shù)在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中與人的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣與設(shè)計(jì)方式更加匹配，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以在模型中完成。

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

（1）CAD技術(shù)在機(jī)械建模進(jìn)程中的應(yīng)用。CAD技術(shù)可以使得機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加形象，其可以被廣泛運(yùn)用在機(jī)械建模過(guò)程中。CAD技術(shù)能夠靈活的完成機(jī)械設(shè)計(jì)所需要的橢圓形、圓形以及圓柱體。假如機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及到結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的形狀，則需要利用布爾運(yùn)算，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中自由的圖形進(jìn)行排列設(shè)計(jì)，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)的具體情況來(lái)進(jìn)行布爾運(yùn)算，以提升機(jī)械設(shè)計(jì)的效率與準(zhǔn)確度。

（2）CAD技術(shù)在機(jī)械CAE中的應(yīng)用。機(jī)械CAE的主要功能在于對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并且對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)而確定最優(yōu)的機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并且對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的評(píng)估。CAD技術(shù)可以被應(yīng)用在機(jī)械CAE當(dāng)中，對(duì)設(shè)計(jì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)械設(shè)計(jì)可以開展。CAD技術(shù)可以輔助CAE開展使用年限預(yù)估、工程數(shù)據(jù)分析、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、仿真動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等，對(duì)于實(shí)現(xiàn)CAE功能有著一定的積極作用。

（3）CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用十分普遍。例如，CAD技術(shù)已經(jīng)被普及應(yīng)用到農(nóng)用收割機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。收割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)主要以分離裝置設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，利用CAD技術(shù)可以對(duì)收割機(jī)內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行深入的分析與對(duì)比，并且制定合理的收割機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)方案，將收割機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，完成數(shù)據(jù)傳遞與共享。

借著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)尤其是工業(yè)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的春風(fēng)，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造業(yè)業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，而且極大的推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和演化，而CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的應(yīng)用，可以大大提升機(jī)械設(shè)計(jì)及制造業(yè)的運(yùn)行效率，提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，作為機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)人員，應(yīng)該對(duì)CAD技術(shù)及其應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)有充分的認(rèn)識(shí)，真正將CAD技術(shù)合理、完善地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中。

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