淺談CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用性

莊月芹

【摘 要】機(jī)械設(shè)計(jì)屬于一種技術(shù)含量較高的工作，在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中靈活使用CAD軟件，可提高設(shè)計(jì)質(zhì)量以及設(shè)計(jì)效率。隨著CAD技術(shù)的不斷成熟，CAD軟件的各項(xiàng)功能也不斷加強(qiáng)，并成為機(jī)械行業(yè)中極為重要的技術(shù)。文章主要介紹CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)以及CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用，并分析CAD技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)，旨在為機(jī)械設(shè)計(jì)者提供參考。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；CAD軟件；實(shí)際應(yīng)用

一、機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐的現(xiàn)狀

機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，在幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類通過(guò)傳統(tǒng)的手工繪圖的方式去表達(dá)自身的設(shè)計(jì)理念以及想法。工程師的語(yǔ)言就是設(shè)計(jì)圖紙，其不僅體現(xiàn)了工程設(shè)計(jì)技術(shù)師的結(jié)果以及思想落實(shí)，還為技術(shù)人員之間的溝通交流帶來(lái)了極大的便利性。但隨著工業(yè)革命以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是著名的計(jì)算技術(shù)的大發(fā)展，為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了空前的資源以及有效操作性，使手工繪圖的方式逐漸被淘汰。當(dāng)前，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的手段主要為1970時(shí)代開(kāi)始由手工繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)繪圖，其將繪圖效率以及質(zhì)量提升到了新的層次。

現(xiàn)階段，CAD技術(shù)主要以二維繪圖軟件AUTOCAD為代表，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中只是教會(huì)學(xué)生操作和繪制簡(jiǎn)單的零件圖，而用AUTOCAD繪制裝配圖以及進(jìn)行有關(guān)的工程分析是非常不便且很難實(shí)現(xiàn)。為此，為了能夠方便地繪制裝配圖，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中逐步地采用了CAXA電子圖版、開(kāi)目CAD等二維繪圖軟件作為繪圖工具，輔助完成零部件設(shè)計(jì)。當(dāng)前，我國(guó)制造業(yè)已全面完成甩圖板工程，二維CAD技術(shù)的普及結(jié)束了手工繪圖的歷史，對(duì)減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益起到了很明顯的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)正從二維CAD向三維CAD過(guò)渡，有相當(dāng)一部分CAD應(yīng)用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉(zhuǎn)換，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。企業(yè)需要掌握三維CAD技術(shù)的專業(yè)人才，掌握三維CAD技術(shù)已成為工科院校畢業(yè)生最基本的要求。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中采用三維 CAD技術(shù)，已成為我們現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革的重要內(nèi)容和亟待解決的問(wèn)題。

二、CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)

（一）與人的思維相匹配

一般來(lái)講，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)往往先構(gòu)思機(jī)械模型再繪制機(jī)械圖形。由于設(shè)計(jì)師在構(gòu)思過(guò)程中腦海里呈現(xiàn)的產(chǎn)品都屬于三維結(jié)構(gòu)，而借助CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠得到更直觀的機(jī)械產(chǎn)品，隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善，它對(duì)于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)指南。這樣不僅能激發(fā)設(shè)計(jì)師的思維能力，也便于設(shè)計(jì)師與同行進(jìn)行交流。目前，參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個(gè)世界難題，在STEP標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，相信這一點(diǎn)能有所突破。

（二）減少設(shè)計(jì)周期

CAD軟件能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)體通過(guò)運(yùn)算等功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以此組合出各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體。同時(shí)，CAD軟件還具有自動(dòng)生成截交線以及相貫線等線條的功能，有效減少設(shè)計(jì)師的工作量，縮短設(shè)計(jì)師的工作周期，有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際效率。此外，設(shè)計(jì)師在使用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只要對(duì)一些零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，而其余零部件都是自動(dòng)繼承之前的信息，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的工作效率。設(shè)計(jì)師還可以利用CAD的高度變形功能，將一些零散的零部件進(jìn)行快速重構(gòu)，便能形成一種新型的機(jī)械產(chǎn)品。

（三）使用便利

使用CAD軟件，不僅能在裝配環(huán)境中繪制新零件，還能利用其余零件的形狀、位置來(lái)開(kāi)發(fā)新零件。如此一來(lái)，設(shè)計(jì)師既能快速便捷的進(jìn)行操作，還能確保新零件以及相鄰零件之間能夠精確配合，有效提高零件裝配的精準(zhǔn)度。例如，設(shè)計(jì)師可在裝配環(huán)境中依照箱體形狀以及箱體之間的配合要求來(lái)設(shè)計(jì)箱蓋。此外，CAD軟件的修改功能也十分強(qiáng)大，設(shè)計(jì)師既可以通過(guò)點(diǎn)擊軟件中資源查找器的相關(guān)命令來(lái)完成對(duì)零件的修改，也可以在裝配環(huán)境中對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行修改。

（四）零件裝配更為直觀

在使用CAD軟件對(duì)各種零部件進(jìn)行裝配時(shí)，軟件的裝配路徑管理器能夠自動(dòng)記錄零件之間的各種裝配關(guān)系。如果裝配出現(xiàn)錯(cuò)誤或出現(xiàn)干涉，裝配路徑管理器便會(huì)立即顯示，并對(duì)零件裝配過(guò)程進(jìn)行有效的靜干涉檢查，以此為設(shè)計(jì)師提供參考。同時(shí)，CAD軟件還具有隱藏零件的功能。如果想清楚了解裝配的內(nèi)部構(gòu)造，可將外部零件進(jìn)行隱藏，便能掌握裝配的內(nèi)部構(gòu)造。

（五）機(jī)械產(chǎn)品更為逼真

CAD軟件不僅能快速描繪出各種零件的大小、位置以及形狀，還能為零件賦予顏色、體積、慣性矩以及紋理等信息，以此將機(jī)械產(chǎn)品更逼真的呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)師。從20世紀(jì)60年代至今，三維建模技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了線框建模、曲面建模、實(shí)體建模、特征建模、參數(shù)化建模、變量化建模，以及當(dāng)今正在研究的產(chǎn)品集成建模、行為建模等發(fā)展過(guò)程。如此一來(lái)，設(shè)計(jì)師便能通過(guò)觀察機(jī)械產(chǎn)品細(xì)節(jié)對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，以此全面地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)意圖。

三、CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用

（一）二維繪圖

二維繪圖是CAD軟件最為基礎(chǔ)的功能，設(shè)計(jì)師可通過(guò)CAD軟件簡(jiǎn)單描繪出實(shí)體的二維形狀。例如，設(shè)計(jì)師可使用CAD軟件簡(jiǎn)單繪制出零件的主視圖、俯視圖、左視圖、解剖圖等，以便為后面的零件裝配打下基礎(chǔ)。

（二）圖形、符號(hào)庫(kù)

設(shè)計(jì)師在使用CAD軟件時(shí)，可將復(fù)雜的零件圖形進(jìn)行分解，以此形成多個(gè)簡(jiǎn)單的符號(hào)以及圖形。同時(shí)，將分解的符號(hào)和圖形進(jìn)行儲(chǔ)存，在需要的時(shí)候?qū)⒎?hào)和圖形調(diào)出，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的編輯修改后再將這些圖形和符號(hào)插入到其它的圖形中。

（三）三維造型

三維造型是CAD軟件最為強(qiáng)大的功能，設(shè)計(jì)師可借助系統(tǒng)已存的實(shí)體造型來(lái)繪制零件結(jié)構(gòu)，再將零件結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行著色處理以及消隱處理，便可顯示出零件的真實(shí)形狀。此外，CAD系統(tǒng)的實(shí)體造型還能用于運(yùn)動(dòng)仿真以及零件裝配等工作，以便設(shè)計(jì)師觀察零件圖是否存在干涉情況。

（四）參數(shù)化設(shè)計(jì)

一般來(lái)講，系列化零部件以及標(biāo)準(zhǔn)化零部件往往有著較為相似的構(gòu)造，設(shè)計(jì)師在使用這種零部件時(shí)只需對(duì)其尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，便能直接用于其它的零部件設(shè)計(jì)。對(duì)此，設(shè)計(jì)師可借助CAD軟件的參數(shù)化功能來(lái)建立龐大的圖形程序庫(kù)，在調(diào)用時(shí)只需對(duì)已存的零部件尺寸賦以新的參數(shù)，便能生成一個(gè)全新的零件圖形。

（五）工程分析

CAD軟件具有優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析以及有限元分析等多種功能，設(shè)計(jì)師可根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的特征以及應(yīng)用采取相應(yīng)的分析方法。例如，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)注塑模時(shí)可對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行變形分析、塑流分析以及冷卻分析，確保設(shè)計(jì)的注塑模型能夠滿足注塑工藝的實(shí)際要求。

四、CAD軟件的應(yīng)用趨勢(shì)

（一）集成化

目前，技術(shù)人員為了增強(qiáng)機(jī)械生產(chǎn)效率，將CAD軟件以及CAM軟件相結(jié)合，使CAD軟件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠直接應(yīng)用到數(shù)控加工中，從而省去打印CAD圖紙以及制定數(shù)控參數(shù)等環(huán)節(jié)。

（二）智能化

CAD軟件系統(tǒng)屬于人機(jī)系統(tǒng)，使用CAD軟件的設(shè)計(jì)師在系統(tǒng)運(yùn)行中起到?jīng)Q策作用?；谶@一點(diǎn)，將人工智能以及專家系統(tǒng)等技術(shù)與CAD軟件技術(shù)相結(jié)合，使CAD軟件系統(tǒng)更具智能化，以便更好的用于機(jī)械加工。

（三）協(xié)同化

將CAD軟件進(jìn)行協(xié)同化處理，使計(jì)算機(jī)能夠具備協(xié)同工作的功能，可達(dá)到遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)的要求?；谶@一點(diǎn)，可構(gòu)建CAD網(wǎng)絡(luò)，確保機(jī)械設(shè)計(jì)單位能夠共同參與機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉紅.基于CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的探索性研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011（04）：49-51.

[2]李志民，王富.基于CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的探索性研究[J].黑龍江科技信息，2015（15）：72.2015（5）：156-157.

（作者單位：徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院）