CAD技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

趙楊

（河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000）

目前，計(jì)算機(jī)已經(jīng)被廣泛推廣和應(yīng)用到了人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，為很多現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用提供了極大的便利。在礦山機(jī)械制造和設(shè)計(jì)行業(yè)中，計(jì)算機(jī)的使用非常普遍，以此為依托，CAD技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，使礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)更趨完善和精密。將CAD技術(shù)應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)一步提升了礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的精確化和直觀化，因此，研究和探討在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CAD技術(shù)概述

CAD是英文Computer Aided Design的縮寫，意思為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，主要是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)的相關(guān)工作。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)不斷趨于成熟，現(xiàn)在CAD技術(shù)已經(jīng)在我國很多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，例如：建筑、機(jī)械、化工、電子、交通以及航天等領(lǐng)域。在早期的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，通常是設(shè)計(jì)人員以手工的方式繪制和設(shè)計(jì)機(jī)械草圖，然后根據(jù)設(shè)計(jì)人員繪制的草圖轉(zhuǎn)化成工作圖。而借助CAD技術(shù)進(jìn)行礦山機(jī)械圖形設(shè)計(jì)，可利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成設(shè)計(jì)效果圖，極大地提高了礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的水平。機(jī)械設(shè)計(jì)人員還能快捷、方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的修改和編輯操作，將大大提升礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的水平和效率。

2 CAD技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量

在設(shè)計(jì)和制造礦山機(jī)械設(shè)備時(shí)，合理運(yùn)用CAD技術(shù)可以大大提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)礦山機(jī)械的過程中，把CAD技術(shù)和CIMS技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，通過有限元分析機(jī)械設(shè)備，可以使礦山機(jī)械設(shè)計(jì)更為透徹。與此同時(shí)，還可結(jié)合應(yīng)用CAM、CAPP等多種先進(jìn)技術(shù)，最大限度提高礦山機(jī)械零部件加工的效率和精準(zhǔn)度。另外，還可運(yùn)用CAD技術(shù)加深對(duì)礦山機(jī)械產(chǎn)品信息的了解程度，使設(shè)計(jì)與制造出來的產(chǎn)品更加一致。

2.2 縮短設(shè)計(jì)時(shí)間

在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)能夠大大縮減機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間，與手工機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，至少能夠縮短2/3以上的時(shí)間，如此一來就能在很大程度上提升礦山機(jī)械生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的效率。運(yùn)用CAD系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)和制造新的礦山機(jī)械時(shí)，只將其中需要改進(jìn)的部分機(jī)械零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，就能再次生產(chǎn)出新的機(jī)械設(shè)計(jì)模型，同時(shí)還能夠繼承原來的信息資料，大幅提升機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

2.3 提高零件精度

在礦山機(jī)械設(shè)備中，結(jié)構(gòu)部件是重要的組成部分，在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要工作，利用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以提高零件設(shè)計(jì)和繪制的精確度，在生產(chǎn)出這些結(jié)構(gòu)件后可以確保其與機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)確匹配。CAD可以根據(jù)相鄰結(jié)構(gòu)部件的信息設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)部件，能夠在很大程度上提升結(jié)構(gòu)部件間的匹配度，從而大大提高了設(shè)計(jì)零件的效率，杜絕生產(chǎn)后零部件裝配不匹配的現(xiàn)象。對(duì)礦山機(jī)械而言，確保設(shè)計(jì)零件的準(zhǔn)確程度非常重要，如果零部件無法有效匹配，不但會(huì)影響礦山機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，還會(huì)造成安全隱患。另外，運(yùn)用CAD技術(shù)展示零部件的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，并可適當(dāng)做出調(diào)整，可有效提高零部件之間的匹配程度，確保礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的精度。

3 CAD技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

CAD具有非常強(qiáng)的圖形繪制功能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖操作。隨著軟件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，CAD技術(shù)不斷完善，CAD技術(shù)已不僅僅是一種單一技術(shù)，而是發(fā)展成為一種綜合性應(yīng)用的全新技術(shù)?，F(xiàn)在，CAD技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中都得到了越來越多的青睞，并且被廣泛應(yīng)用到了機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，其在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 繪制二維圖

運(yùn)用CAD技術(shù)繪制二維圖已在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)方面得到了廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，可替代礦山機(jī)械設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)的手工繪圖模式，且繪圖更加高效、準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)礦山機(jī)械的過程中，需要處理的信息主要包括數(shù)據(jù)和圖形兩個(gè)方面。其中，繪圖工作占比較大，大約占所有工作量的70%左右?，F(xiàn)在，CAD技術(shù)發(fā)展逐步成熟，CAD具有各種強(qiáng)大的繪圖軟件，功能齊全，主要功能有：圖形編輯、交互式繪圖、文字及填充剖面、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、區(qū)分層次、調(diào)用圖塊、圖形交換等。利用CAD技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行繪圖，可起到理想效果。

3.2 建立圖形符號(hào)庫

在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可以運(yùn)用CAD技術(shù)分解一些較為復(fù)雜的符號(hào)和圖形，將他們分解生成為單一的符號(hào)和單圖，同時(shí)把這些經(jīng)過分解之后的符號(hào)或圖形儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中，在以后可以隨時(shí)調(diào)取使用。這些經(jīng)過儲(chǔ)存的符號(hào)或圖形，可直接使用，或是在稍微修改后再使用。如此一來，就會(huì)使礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的繪圖變得更加的方便和簡(jiǎn)單。

3.3 調(diào)整圖形參數(shù)

一般情況下，礦山機(jī)械的零部件或者機(jī)械產(chǎn)品都具有系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)常常要改正這些機(jī)械零部件或產(chǎn)品的尺寸。如果借助CAD工具來進(jìn)行這些修改操作，就會(huì)變得非?？旖莺头奖懔恕＠肅AD中的參數(shù)設(shè)計(jì)方法將需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的圖形設(shè)定適合的參數(shù)，就能夠快捷生成一個(gè)、多個(gè)新圖。

3.4 進(jìn)行工程分析

在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，可以通過CAD實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行工程分析，主要可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析以及動(dòng)力學(xué)分析等幾種方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的分析。

4 CAD技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用趨勢(shì)展望

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在未來，CAD技術(shù)將會(huì)被更加深入和廣泛的應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，并且更具先進(jìn)性和前瞻性。當(dāng)前，任何一種行業(yè)都特別重視環(huán)保、節(jié)能，礦山機(jī)械領(lǐng)域也是如此。因此，在未來的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，CAD技術(shù)的應(yīng)用也會(huì)向著綠色設(shè)計(jì)方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)礦山機(jī)械時(shí)，設(shè)計(jì)者將把環(huán)保綠色的理念有機(jī)的融入于設(shè)計(jì)過程之中，使設(shè)計(jì)出來的礦山機(jī)械降低對(duì)環(huán)境的破壞和污染，減少對(duì)能源的使用，在確保礦山機(jī)械使用功能的基礎(chǔ)上滿足綠色、節(jié)能、高效的要求。此外，在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中，也會(huì)體現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化和柔性化的特點(diǎn)，有效降低機(jī)械制造過程中資源的投入，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約。

（1）將CAD技術(shù)與圖形交互技術(shù)進(jìn)行密切融合。CAD技術(shù)最為重要的作用就是進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)計(jì)工作人員而言，一個(gè)智能化并且友好的工作環(huán)境能夠解放設(shè)計(jì)人員的大腦，啟發(fā)設(shè)計(jì)人員的思路和設(shè)計(jì)靈感，使設(shè)計(jì)人員將更多的精力和時(shí)間投入到設(shè)計(jì)工作中去。所以，針對(duì)CAD技術(shù)而言，構(gòu)建智能、良好的圖形化界面是特別重要的，這會(huì)是今后CAD技術(shù)的發(fā)展方向。

（2）CAD技術(shù)將會(huì)與人工智能技術(shù)進(jìn)行有效融合。創(chuàng)新是機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的核心要求。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)一步發(fā)展，CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)會(huì)被越來越廣泛地應(yīng)用到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)工作中去，設(shè)計(jì)人員也會(huì)對(duì)CAD的智能水平提出更高的要求。可以說，CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)向更加智能化方向發(fā)展是一種必然趨勢(shì)。在未來的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者會(huì)將人工智能技術(shù)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合，并廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，運(yùn)用智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)不斷解決礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的新問題，設(shè)計(jì)出更多、更加實(shí)用的礦山機(jī)械新產(chǎn)品。

（3）CAD技術(shù)將會(huì)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行有效融合。當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在CAD技術(shù)中有了一定程度上的應(yīng)用，但是其應(yīng)用程度較低。在未來的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬環(huán)境中先設(shè)計(jì)出新產(chǎn)品，并利用人機(jī)工程學(xué)原理對(duì)這些設(shè)計(jì)成果進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，直接模擬設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品的使用效能進(jìn)行檢驗(yàn)。

可以說，隨著各方面技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛，其功能也將逐步拓展，在滿足機(jī)械設(shè)計(jì)需求、提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量方面發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)語

總而言之，在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用CAD技術(shù)不但可以大大提升礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)制造效率，而且還能最大限度的提升礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造的精確程度，不斷提高礦山機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前，我國已經(jīng)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都廣泛應(yīng)用了CAD技術(shù)，起到了良好的效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在未來的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，CAD技術(shù)將會(huì)得到更加深入的應(yīng)用，并且技術(shù)水平也會(huì)越來越高，必將會(huì)不斷推動(dòng)我國礦山機(jī)械設(shè)計(jì)制造向著集成化、清潔化方向發(fā)展。