CAD技術在機械工程設計的應用探索

郭建輝

【摘 要】近年來，隨著計算機和電子技術的飛速發(fā)展，越來越多的高新技術被應用于各行各業(yè)。CAD技術就是在這種背景下發(fā)展起來的，特別是隨著其功能的不斷完善，它逐漸被廣泛應用于機械、建筑、汽車等領域。其中，CAD技術在機械設計中的應用比例最高，為廣大設計人員提供了方便快捷的設計平臺。復雜的分析、計算和繪圖都由計算機輔助完成，這不僅保證了設計質量和效率，而且降低了工作強度。

【關鍵詞】CAD技術；機械工程；設計；應用

1 CAD技術概況

CAD，即計算機輔助設計，它是利用先進的計算機計算和圖形處理技術，根據設計者的設計創(chuàng)造對工程進行設計和分析，來完成要實現(xiàn)的目的和得到要設計的成果，是一門新興的、與計算機和工程設計技術相結合的、能提高工作效率和精準度的學科。CAD技術由硬件部分和軟件部分組成，硬件系統(tǒng)是支持CAD發(fā)揮功用進行運作的物質支持，CAD技術的運用建立在硬件系統(tǒng)之上。軟件系統(tǒng)則是CAD技術的核心，它決定了CAD技術所具有的功能，軟件部分越完善先進，CAD能夠發(fā)揮的功用就更加強大。CAD技術能夠以計算機圖形處理能力、產品造型技術、參數(shù)設計原理等為基礎，實現(xiàn)設計、生產、管理一體化。同時CAD能將復雜的問題較簡便的呈現(xiàn)出來，一些模糊的問題能夠通過圖示的分析研究做到可視化，從而減少問題的困難度，便于更好的理解，不僅能夠解決問題，還能大大節(jié)省實驗步驟和時間，提高經濟效益，對試驗過程進行良好的控制。CAD繪圖不同于傳統(tǒng)的繪圖方式，用CAD繪圖更快捷，繪畫結果更準確，能夠進行剖面填充、尺寸標注、圖像編輯、調用圖塊等用途，功能十分強大。CAD技術能夠滿足現(xiàn)今社會，快速發(fā)展的科學技術對高科技產品提出的高要求，能夠實現(xiàn)產品的高質量和高效率，達到快速更新?lián)Q代的要求，在應用領域中得到不斷的推廣和產生新的延伸。

2 CAD技術在機械工程設計的發(fā)展

2.1標準化

每個軟件都有一定數(shù)量的用戶人群。但是，大部分軟件的數(shù)據模型與其他軟件是不兼容的。這嚴重限制了行業(yè)內部的技術交流，給CAD資源的交互帶來了不小的障礙。所以數(shù)據模型的標準化和交換資源格式的標準化是未來CAD技術的必然要求，也是機械設計行業(yè)發(fā)展的必備條件。盡管CAD技術在標準化的進程上并未取得很大進展，但相信在不久的將來，設計人員可以利用不同的CAD軟件進行自由的交流，而這也必然會促進整個機械設計領域的蓬勃發(fā)展。

2.2集成化

隨著數(shù)控加工技術以及現(xiàn)代設計方法的跳躍性發(fā)展，單純的計算機輔助設計已經不能滿足信息化時代的發(fā)展要求。人們迫切希望CAD技術可以與工程分析、工藝分析和設計以及產品制造之間擁有良好的接口，也就是所謂的CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。目前的部分CAD軟件已經具備了這些集成功能。設計人員可以直接導入利用CAD技術設計的模型，進行結構力學性能的分析，并結合數(shù)控機床進行加工工藝的分析和設計，并最終生產制造。集成化的CAD技術充分利用了現(xiàn)代計算機優(yōu)秀的計算能力，將設計人員從繁瑣的分析計算中解脫出來，進一步提高了設計效率，縮短了產品的設計周期。

2.3智能化

如同編程方法的不斷進步一樣，智能化是CAD技術將設計人員進一步從傳統(tǒng)設計方法中解脫出來的又一必然趨勢。產品模型的設計中，采用特征造型和參數(shù)設計的方式，可以使設計人員自由的發(fā)散自己的思維，而不用去考慮其中的內在聯(lián)系。在一些三維CAD軟件中，用戶可以直觀的看到自己設計的成果，既方便了創(chuàng)造性設計思維的產生，又可以輕易地發(fā)現(xiàn)設計不合理的地方。

3 CAD技術在機械工程設計的應用

3.1 CAD在機械工程設計中繪圖的應用

CAD技術最早進入機械工程設計工作就是在利用CAD繪圖，這也是CAD技術在機械工程設計領域最基礎的應用，CAD繪圖也改變了傳統(tǒng)的繪圖方式。CAD繪圖軟件的主要功能包括交互式繪圖、圖形編輯、標準尺寸、文字、填充剖面、調用圖塊、區(qū)分層次以及實現(xiàn)圖形交換等。利用CAD技術的豐富強大的繪圖功能，可以非常輕松的繪制出清晰、符合工程要求的設計圖。這使得繪圖人員不再因為繁多龐大的繪圖工作而發(fā)愁，減輕了工作量，提高了繪圖工作的工作效率。

3.2 CAD技術在機械工程設計中建模的應用

機械建模是CAD技術在機械工程設計中的重要應用。建模也是機械工程設計的核心內容。線框模型、表面模型和實體模型是CAD技術建模的三種常見的三維建模。在三維設計中，其基本思想之一就是實現(xiàn)參數(shù)化、變量化設計，但傳統(tǒng)的二維建模體系中實現(xiàn)不了參數(shù)化設計，但CAD技術擁有一些基本的體系，通過這些體系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三維實體建模中，系統(tǒng)提供了立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體這6種基本體系。對于一些簡單設計的零件會被分解成幾個小塊的不同的基本體，這些基本體通過三維實體造型和布爾運算，就會產生一個零件的模型。對于稍復雜的零件模型，首先會先繪制出圖像的二位幾何輪廓，之后在通過三維造型得到零件的模型。利用CAD技術的建模功能，設計人員可以根據產品的需要建立起與實際尺寸相同的模型。CAD建模是機械工程設計人員發(fā)揮創(chuàng)造性的良好平臺，設計人員可以通過三維空間利用簡便快捷靈活的操作來控制、修改零部件或者重新設計零部件。而且，當零件的一個部分發(fā)生變化時，其它部分也會隨之變化。由此可知，在CAD技術的支持下，零件的設計更加活泛、真實，設計出的零部件也可以更好的應用于實際生產中，減少了設計帶來的誤差，提高了零部件設計的成功率，縮短了設計工作周期，極大地提高了機械工程設計的效率。

3.3 CAD技術的智能化

CAD的智能在機械工程設計工作中的表現(xiàn)是工程分析和結構優(yōu)化。零部件的力學性分析和結構優(yōu)化是設計零部件時設計人員必須要思考的內容。隨著有限元分析和動力學分析等現(xiàn)代化分析方法的發(fā)展，使得CAD技術在零部件的力學性分析和結構優(yōu)化進行了進一步的深入拓展。現(xiàn)在，CAD技術已經實現(xiàn)ansys等有限元分析軟件的無障礙對接。設計人員可以將通過CAD技術設計出來的三維零件模型導入有限元軟件分析中，通過工程分析的原理對進行力學性分析和結構優(yōu)化分析，驗證所設計的零件是否滿足力學的要求以及其結構是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生產前對模型進行適當?shù)男薷模赃_到要求。這種分析和優(yōu)化設計的方法在復雜結構零件時，體現(xiàn)了更為巨大的優(yōu)勢。

4結束語

在社會經濟與國民經濟不斷壯大的情況下機械制造行業(yè)也將會迎來新的發(fā)展高峰。中國制造行業(yè)怎樣提升自主創(chuàng)新能力與挖掘創(chuàng)新意識成為了重要的難點。CAD技術就是解決這一問題的重要因素。在今后的發(fā)展過程中，CAD技術將會成為轉變傳統(tǒng)機械工程設計工作的重要工具，推動我國機械工程設計更好更快的發(fā)展。

參考文獻：

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