計算機輔助設計技術在機械設計中的應用

黃波平

（湖南電器檢測所有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著科學技術的發(fā)展，新技術和新設備被廣泛應與各行各業(yè)，推動了人類文明的不斷發(fā)展。當前，利用計算機的某些軟件，可以對產品的結構、顏色以及外形等進行輔助設計，一定程度上解決了機械設計工作相對復雜，設計時間長等問題，推動了機械設計的智能化發(fā)展。因此，研究分析計算機輔助設計技術在機械設計中的應用具有重要的現實意義。

1 計算機輔助設計概述

所謂計算機輔助設計，就是在機械設計過程中，將一些復雜性的人工難以完成的設計工作，轉化成數字、圖像等格式，利用計算機的軟件，輔助相關設計人員完成設計工作。常見的計算機輔助設計技術包括圖形變化技術、實體造型技術、交互技術等，并在圖形輸入板、掃描儀等硬件設備的支持下，完成各類機械產品的設計模型制作。該技術的應用，不僅縮短了機械設計的時間，而且對機械設置的質量和效率都有促進作用。

在機械工程當中，機械設計是實現產品生產的基礎。而相關設計人員在進行機械設計過程中，需要根據產品本身的實際要求，來對整個產品的機械制造完成圖像化的描述。因此，機械設計對相關工作者的理論知識能力、實踐經驗以及創(chuàng)造性都有著較高的要求。傳統(tǒng)的機械設計過程中，均依靠人工來完成所有的模型設計，需要消耗大量的人力和時間，而計算機輔助設計技術的應用，可以利用計算機強大的處理能力，建立機械產品相關的模型，并完成對產品性能和參數等方面的分析和研究，有助于幫助相關設計人員不斷的優(yōu)化設計方案，節(jié)省機械設計的時間。

2 計算機輔助設計在機械設計中的應用優(yōu)勢

為了提高機械設計的質量，必須重視實踐與理論相結合的原則，尤其是計算機輔助設計技術的應用，有助于幫助相關設計人員更全面的對整個機械設計過程進行掌控，其主要優(yōu)點體現在以下幾個方面。

2.1 提高機械設計的質量

對于機械產品而言，不僅要求其具有較高的硬度，而且還需要滿足不同的性能要求。通過計算機輔助設計的應用，可以利用軟件對機械產品的有限元受力情況展開分析，便于設計人員掌握機械產品的受力情況，進而對設計進行優(yōu)化，確保產品的設計符合客戶對其性能的要求。

2.2 便于觀察裝配零件

機械產品并非單獨的個體，而是由很多個零件組合而成，結構相對復雜，在完成組裝之前，很難對組裝后的效果進行預計。利用計算機輔助設計，可以通過軟件的虛擬實驗功能，完成某些零件的虛擬組裝，通過對零件裝配后的效果進行觀測，便于設計人員修改不合理的設計方案，同時也減少了產品試驗的時間和費用支出。

2.3 提高了機械設計的速度

傳統(tǒng)的人工繪制方式，即便是在較為簡單的機械產品設計過程中，也需要消耗大量的時間，不利于產品的后期生產。尤其是一些復雜的零件，在人工設計過程中很容易出現誤差，導致產品性能方面存在問題，需要反復試驗進行設計優(yōu)化。而計算機輔助設計技術，通過二維繪圖以及三維設計的方式，給相關設計人員提供了極大的便利，在縮短了機械設計時間的同時，也簡化了機械設計的修改流程。

2.4 設計修改更加方便

對于機械設計而言，很難通過一次設計，就能滿足客戶對產品性能的要求。往往在設計過程中，會出現零件設計出錯，不滿足有關要求的情況，需要對機械產品設計進行優(yōu)化。傳統(tǒng)的機械設計，在優(yōu)化設計方案時，需要重新繪制產品的設計圖紙，耗時耗力。而采用計算機輔助設計技術，可以將零件的設計過程劃分為若干個不同的階段，通過對不同階段的調整，糾正其中存在的錯誤，簡化了機械設計修改的流程，提高了相關設計人員的工作效率。

3 計算機輔助設計在機械設計中的應用

3.1 二維繪圖

傳統(tǒng)的機械設計過程中，基礎的工作時就是進行產品的二維繪圖，而這一過程大多依靠相關設計人員手工繪制完成，一方面消耗大量的時間和人力，另外一方面如果在繪制過程中，出現差錯，整張圖紙的繪制將前功盡棄，需要重新繪制。計算機輔助設計軟件（例如CAD軟件、PROE軟件等）為機械設計提供了二維繪圖的功能，可以利用計算機軟件，幫助設計人員完成大多數的設計操作，同時還可以提供一些建議，極大的降低了繪圖的時間和工作量，提高了設計人員的工作效率，保障了機械設計的質量。

3.2 三維設計

對于機械設計而言，就是利用簡單的幾何結構完成復雜產品結構設計的過程。而產品都是三維的，傳統(tǒng)的設計圖紙大多是二維的，不利于設計人員及時發(fā)現設計中存在的錯誤問題。計算機輔助設計技術為機械設計提供了三維設計功能，可以幫助相關設計人員更清晰、更直觀的了解機械設計的效果，并利用零部件模擬組裝功能，可以幫助設計人員在設計階段發(fā)現其中存在的問題，從而采取有效的技術措施進行設計優(yōu)化，甚至可以實現產品的性能的優(yōu)化。

3.3 圖形符號

計算機輔助軟件擁有符號編輯數據庫，相關設計人員無需枯燥的對每一個基礎符號進行繪制，只需要在機械設計過程中，從符號編輯數據庫中調取所需的基本符合元素，就可以完成相關部位的設計，而且還可以根據實際情況的不同，借助一些工具對其進行微調，包括放大、縮小、旋轉等，極大的提高了設計工作的效率。

3.4 逆向工程

所謂逆向工程，就是可以對已經組合在一起的實物，通過技術手段對其進行拆分，從而對產品的內部構造進行詳細了解，獲取組成產品的各零部件的結構和特點，為產品的升級優(yōu)化提供服務支持。利用計算機輔助設計技術，在機械設計時可以建立與產品相關的虛擬模型，并通過計算機對其進行逆向轉換，獲得組成產品的各零部件的幾何參數，然后基于當前產品性能的要求，對部分關鍵參數進行修改和優(yōu)化，最終獲得滿足客戶要求的產品機械設計方案。

3.5 零部件觀察

對于機械產品而言，其由多個零部件裝配而成，而零部件結構的不同，所采用的裝配技術工藝也不盡相同，對機械設計也會產生巨大的影響。計算機輔助設計提供了零部件觀察功能，可以借助計算機強大的計算能力，對不同的裝配工藝進行演示，相關工作者只需要從中選擇最佳的設計組合方案，不僅有助于提高機械設計的質量，而且縮短了零部件裝配的成本支出。

3.6 汽車覆蓋件模具設計應用分析

對于汽車而言，它是人們日常出行的重要交通工具之一，其產品的設計質量關系著人們出行的安全。而汽車又是由多個不同的零部件組合而成，在汽車生產制造過程中，引入計算機輔助設計技術，對推動汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要的現實意義。

以汽車覆蓋件的設計為例，其滿足了人們對汽車外形的個性化追求，也保護了汽車的重要部件的安全。因此，在對其進行機械設計時，不僅需要確保其具有強大的功能，而且還要大方、美觀，滿足人們的審美要求。傳統(tǒng)的汽車覆蓋件在設計時，大多依靠實物模型來參考設計，很容易因為實物模型變形、設計誤差等問題，導致最終的覆蓋件設計質量無法到預期的精度和質量。

因此，在汽車覆蓋件設計過程中，通過CAD技術的應用，可以在設計覆蓋件實體模具之前，先對數控刀具的具體路徑進行規(guī)劃設計，通過模擬加工過程，驗證汽車覆蓋件的加工可行性。從而確保汽車覆蓋件的最終設計滿足產品的質量和外觀要求。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的發(fā)展，機械產品的結構日漸復雜，傳統(tǒng)的人工設計方式已經無法滿足當前機械設計的要求。計算機輔助設計技術大大簡化機械設計的流程，縮短了設計周期，提高了相關工作者的設計質量，相關設計人員應重視該項技術的應用和推廣。當前，在計算機輔助設計技術方面，我國尚處于起步階段，仍存在一定問題限制了計算機輔助設計的具體應用，因此，設計人員必須積極學習，吸取國外先進的技術和應用經驗，結合我國的實際情況，提高計算機輔助設計技術的應用質量，推動我國機械設計行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。