機械工程設(shè)計中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

周小玉

【摘 要】當(dāng)代中國正由制造大國跨向制造強國，中國制造正在逐漸轉(zhuǎn)向中國創(chuàng)造，而創(chuàng)造不只是解開一個零部件或組合一個零部件那么簡單，而是對整個產(chǎn)品的設(shè)計，三維技術(shù)是設(shè)計的重點，也是必不可少。本文通過對三維CAD技術(shù)的闡述，結(jié)合其在機械設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】三維CAD；機械設(shè)計

引言

隨著計算機綜合性能的提高，圖形信息處理的智能化，三維CAD技術(shù)正向著智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。機械設(shè)計人員可以利用三維CAD技術(shù)進(jìn)行機械設(shè)計，進(jìn)行機械工業(yè)產(chǎn)品零件內(nèi)外空間三維效果的預(yù)覽，以及產(chǎn)品的三維動畫演示及仿真等。認(rèn)真把握三維CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢，對我國三維CAD技術(shù)的開發(fā)與機械工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)都具有深遠(yuǎn)的意義。

1三維CAD技術(shù)的概念

三維CAD技術(shù)，是一種基于電腦操作的技術(shù)，主要用于建設(shè)各類模型。最早類型的建模方式，構(gòu)成了該技術(shù)體系的核心功能。隨著社會發(fā)展，該技術(shù)不斷融合進(jìn)了機械設(shè)計中，已經(jīng)發(fā)展成為一種系統(tǒng)性的工作，要求設(shè)計人員要同時掌握機械設(shè)計和三維CAD兩個專業(yè)方面的技術(shù)知識，以便達(dá)到更好的設(shè)計效果。

2機械設(shè)計中應(yīng)用三維CAD技術(shù)的主要優(yōu)勢

三維CAD技術(shù)利用計算機強大的計算功能和高效率的圖形處理能力，進(jìn)行機械設(shè)計與分析，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，大大縮短了機械工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了開發(fā)設(shè)計的成本?，F(xiàn)代機械工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的特點是面向市場、面向用戶的設(shè)計，好的機械產(chǎn)品始于先進(jìn)的設(shè)計理念和對市場需求的深刻了解，以及貫穿整個設(shè)計過程中的以人為本的理念。設(shè)計對象從最初的單一功能產(chǎn)品變成越來越復(fù)雜的綜合體，因此需要在機械設(shè)計中運用集成、綜合、系統(tǒng)的方法來解決設(shè)計問題。三維CAD技術(shù)從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖紙組織整個生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，將其變成了在圖形工作站上交互設(shè)計。

2.1有效促進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)含量與質(zhì)量的提升

隨著三維技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，機械設(shè)計所涉及的各個工作環(huán)節(jié)中所引入的技術(shù)含量越來越高，比如設(shè)計優(yōu)化、仿真設(shè)計、運動軌跡等。從傳統(tǒng)角度來看，生產(chǎn)本身就需要機械設(shè)計的技術(shù)支持，在此基礎(chǔ)上引入三維CAD技術(shù)，起到了明顯的促進(jìn)作用，形成了二者之間共同發(fā)展的良好趨勢。

2.2簡化相關(guān)部件的裝配流程

當(dāng)前，CAD技術(shù)的應(yīng)用深度持續(xù)增加，專業(yè)的設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計的時候，除了對機械外觀、性能等進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計以外，還可以通過CAD技術(shù)建立相應(yīng)模型，對機械的實操檢驗部分進(jìn)行對應(yīng)的修改完善。在必要的情況下，還可以通過三維實體來設(shè)計驗證，進(jìn)而在設(shè)計工作中，實現(xiàn)對機械零部件裝配流程的簡化與模擬運轉(zhuǎn)，使得設(shè)計工作更加仿真，逼近實際情形。

2.3提高設(shè)計效率

將三維技術(shù)運用到機械設(shè)計當(dāng)中，最主要的功能是可以實現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)化的設(shè)計。然而，無論是傳統(tǒng)的手繪制圖，還是隨后發(fā)展的二維繪圖，都實現(xiàn)不了這個功能。而當(dāng)三維CAD技術(shù)運用后，可以將產(chǎn)品部件信息進(jìn)行效果改變，立體模式更加突出。在設(shè)計過程中，產(chǎn)品的零部件只要有一個發(fā)生變化，那么其他部門也會相應(yīng)發(fā)生改變。

2.4促進(jìn)計算機輔助制造集成功能的實現(xiàn)

從設(shè)計設(shè)計機器產(chǎn)品的過程中，可以通過三維技術(shù)實現(xiàn)機器產(chǎn)品的信息數(shù)字管理，達(dá)到集成化控制，確保產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計的精度，進(jìn)一步實現(xiàn)計算機支持的目的。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，覆蓋了對數(shù)字控制模式的需求，避免了計算機輔助制造和加工生產(chǎn)數(shù)據(jù)的混合，并避免了管理混亂的問題。

3三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計過程中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)對于機械設(shè)計來講，尤其是對于產(chǎn)品零部件的實體建模，是一種重要核心的輔助工具。（1）運用三維CAD技術(shù)進(jìn)行零部件的三維建模方法有三類，即線框模型、表面模型和實體模型。（2）機械零部件的設(shè)計變更使用三維CAD技術(shù)，有利于在原有的產(chǎn)品架構(gòu)中設(shè)計新的零部件，整個操作簡單又快捷。（3）機械零部件的設(shè)計檢查利用三維CAD技術(shù)，使用建模與動畫播放形式，直觀快速的對機械產(chǎn)品的零部件裝配情況進(jìn)行演示。這樣對零部件進(jìn)行檢查，更加清晰直觀。（4）零部件裝配圖的設(shè)計在零部件實體建模完成后，按各零件所在的坐標(biāo)關(guān)系或其他方式進(jìn)行裝配。三維CAD技術(shù)從根本上改變了機械設(shè)計的進(jìn)程和質(zhì)量，克服了傳統(tǒng)設(shè)計帶來的弊端，使機械產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)發(fā)生了深刻的變化。（1）強調(diào)創(chuàng)新機械設(shè)計三維CAD技術(shù)在方案設(shè)計階段，充分利用專家系統(tǒng)，更能激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計人員的新穎構(gòu)思。（2）設(shè)計過程的并行化和智能化三維CAD技術(shù)提高任務(wù)的并行性，使得設(shè)計人員之間的交流更容易，減少了交流過程中的不必要錯誤。（3）產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)的一體化三維CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展到當(dāng)今的三維建模、虛擬制造。無論是三維CAD技術(shù)自身的特征與發(fā)展優(yōu)勢，還是其在產(chǎn)品機械設(shè)計過程中所顯現(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢與輔助功能，都注定了三維CAD技術(shù)與機械設(shè)計的密切關(guān)系，在未來成為機械設(shè)計領(lǐng)域的主要趨勢。

3.1在機械建模中的應(yīng)用

從前文論述可以看出，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，可以使設(shè)計過程更加透明、更加逼真，基于這一優(yōu)勢，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用到機械設(shè)計的建模環(huán)節(jié)當(dāng)中，并可以劃分為表面、框架、立體等3種方式。在具體的設(shè)計過程中，通常還需要圓柱、橢圓、圓形等幾種圖形模式，在遇到結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的情況時，再加以布爾運算進(jìn)行具體計算，分析結(jié)構(gòu)中的圖形，并重新排列，以便達(dá)到提高設(shè)計精度的效果。

3.2在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)行業(yè)已經(jīng)廣泛采用了機械化作業(yè)，隨著機械功能的升級，三維技術(shù)也被廣泛運用到了設(shè)計過程中。比如，收割機的設(shè)計以分離裝置為起點，結(jié)合三維技術(shù)，對其功能、具體要求進(jìn)行分析，同時考慮機械本身的參數(shù)要求，在此框架內(nèi)制定設(shè)計方案，建立設(shè)計數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息共享，為設(shè)計與生產(chǎn)工作提供參考。

3.3在機械CAE中的應(yīng)用

在機構(gòu)設(shè)計的計算機輔助工程中的應(yīng)用，可以隨時方便地調(diào)整機器產(chǎn)品的設(shè)計，并優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。同時，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較分析，確定設(shè)計方案，對程序的重要性進(jìn)行正確的評價。三維CAD技術(shù)，在計算機輔助工程的應(yīng)用中，具有調(diào)整設(shè)計模型的作用，能夠有效地促進(jìn)后續(xù)設(shè)計和生產(chǎn)連接的穩(wěn)定秩序，具體的作用包括機械產(chǎn)品對的評價、對數(shù)據(jù)信息的分析、產(chǎn)品的質(zhì)量和使用強度的評價、建立模擬系統(tǒng)、機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的完備。也就是說，在計算機輔助工程中，可以使用三維技術(shù)，促進(jìn)這個系統(tǒng)內(nèi)的各功能的充分發(fā)揮。

4三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的發(fā)展趨勢

通過當(dāng)前機械設(shè)計行業(yè)的發(fā)展來看，在未來的趨勢主要有四個方向，分別是規(guī)范化、智能化、虛擬化、集成化。規(guī)范化是指對三維CAD技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行各個節(jié)點上標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一確定，以使各個廠家都尊重同一標(biāo)準(zhǔn)，使全社會機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造達(dá)到同步對接；智能化是指在設(shè)計過程中，融入更多智能因素，結(jié)合人工AI的技術(shù)支持，讓更多的機械產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)人機融合的效果；虛擬化是指通過設(shè)計，使與機械產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、制造、維護、保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)上相關(guān)的問題，都能夠提前進(jìn)行模擬驗證，以提高使用性能。

5結(jié)束語

應(yīng)用三維CAD，極大地節(jié)省了機械產(chǎn)品設(shè)計時間，簡化了設(shè)計和生產(chǎn)過程，促進(jìn)了機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的逐步提高，為制造業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，在機械設(shè)計中的實際應(yīng)用而言，還有許多細(xì)節(jié)需要改進(jìn)。因此，相關(guān)人員需要加強實踐，提高三維CAD技術(shù)在實踐工作中的應(yīng)用效果，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)添磚加瓦。

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