三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

林曉慧

(煙臺(tái)首鋼磁性材料股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265500)

1 引言

CAD技術(shù)是供熱供燃?xì)馔L(fēng)及CAD技術(shù)工程的別稱，主要包含三大部分，即供暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)。CAD技術(shù)作為構(gòu)成當(dāng)代機(jī)械工程的關(guān)鍵部分，在現(xiàn)代生活住宅中的各項(xiàng)功能里也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。三維CAD技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械制造當(dāng)中，極大地促進(jìn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)形式的變革。不但能夠有效提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、縮減研制新產(chǎn)品所需的周期，而且還能夠在很大程度上促進(jìn)我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。三維CAD技術(shù)以其極大的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為了國(guó)內(nèi)機(jī)械制造性企業(yè)發(fā)展的主流方向之一。通過研討實(shí)際情況不難看出，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)許多機(jī)械制造性企業(yè)對(duì)三維CAD技術(shù)的認(rèn)知并不完全。針對(duì)此類問題，深入研討了機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用情況，希望能夠借此在促進(jìn)三維CAD技術(shù)的發(fā)展方面提出更有實(shí)際參考價(jià)值的觀點(diǎn)。

2 三維CAD技術(shù)概述

三維技術(shù)又稱建模技術(shù)，其不但是CAD技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，更是機(jī)械制造的中心環(huán)節(jié)。三維技術(shù)是一種把實(shí)質(zhì)性物體與屬性轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠識(shí)別的、詳細(xì)精確的三維幾何模型的方法，是由二維設(shè)計(jì)逐漸演變而形成的。三維CAD技術(shù)能夠通過靈活運(yùn)用圖像技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)想事物的具象化，進(jìn)而將設(shè)計(jì)者的想象力與創(chuàng)造性充分地表現(xiàn)出來。此外，三維CAD技術(shù)還能在最大程度上切合設(shè)計(jì)者對(duì)各類幾何圖形形狀及功能的需要，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性與精準(zhǔn)度。除此之外，三維CAD技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)將機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的可能，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件間的最佳配置，進(jìn)而發(fā)揮組合間的最優(yōu)狀態(tài)，最終完成機(jī)械設(shè)計(jì)的制造過程。由此看來，三維CAD技術(shù)能夠當(dāng)之無愧的被稱為是機(jī)械設(shè)計(jì)方面的飛躍式進(jìn)展。伴隨CAD技術(shù)的日漸完善，其發(fā)展的空間與可能也越來越大。由原有的線框建模形式到現(xiàn)階段的特征建模形式，三維CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的有效提升。所以說，能夠充分把握并熟練運(yùn)用三維CAD技術(shù)，是當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)者必須要具備的一項(xiàng)技術(shù)能力。

3 三維CAD技術(shù)的應(yīng)用所具備的優(yōu)勢(shì)

3.1 零件設(shè)計(jì)更加方便直觀

在原有的機(jī)械設(shè)計(jì)形式當(dāng)中，需要由設(shè)計(jì)者通過手繪畫出對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的構(gòu)想。但受各方因素的影響，也會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)者無法將原有三維立體構(gòu)思以繪畫方式進(jìn)行呈現(xiàn)的情況。而三維CAD技術(shù)能夠順利地解決這些問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者構(gòu)思與產(chǎn)品模型制作間的完美對(duì)接。在裝配部件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，三維CAD技術(shù)可以清楚明了地顯示各個(gè)部分間的匹配狀態(tài)，極大地提升了各個(gè)裝配部件的精準(zhǔn)程度。完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)后，通過三維CAD技術(shù)還可以進(jìn)行檢驗(yàn)和模擬，從而發(fā)現(xiàn)部件間存在的問題，迅速對(duì)其作出調(diào)整和更改，進(jìn)一步提升部件的規(guī)范程度。

3.2 設(shè)計(jì)周期縮短

伴隨三維CAD技術(shù)運(yùn)用范圍的逐步擴(kuò)展，機(jī)械設(shè)計(jì)的周期有效縮短了約30%。三維CAD技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)者依據(jù)臨近部件的形狀及功能，重新設(shè)計(jì)出適合機(jī)械產(chǎn)品的新部件。在這種情況下，三維CAD技術(shù)能夠有效保存大部分部件的設(shè)計(jì)樣本。當(dāng)設(shè)計(jì)者需要重新設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，僅需構(gòu)建出最核心的部位，而剩余部位的部件就可以直接從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取樣本，并利用三維CAD技術(shù)的高度變形功能，構(gòu)造出新的機(jī)械產(chǎn)品，極大地節(jié)約了設(shè)計(jì)者的寶貴時(shí)間，有效提高了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率。

3.3 數(shù)據(jù)安全性的保障

三維CAD技術(shù)能夠?yàn)楸姸嘣O(shè)計(jì)者構(gòu)建有效的溝通平臺(tái)。設(shè)計(jì)者在線上完成機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，同步儲(chǔ)存設(shè)計(jì)過程當(dāng)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，有效解決了手繪設(shè)計(jì)圖樣容易遺漏關(guān)鍵數(shù)據(jù)、造成信息外泄和圖紙遺失的問題，也方便了對(duì)各樣式資料的查詢。此外，設(shè)計(jì)者可以充分利用加密手段，嚴(yán)防產(chǎn)品設(shè)計(jì)的剽竊行為，大大提升信息數(shù)據(jù)的安全度。

4 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 模具CAD的集成制造

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)機(jī)械領(lǐng)域的生產(chǎn)形式正在逐步貼近于科技化，在這一發(fā)展背景下，CAM、CAD與CAE等設(shè)計(jì)制圖形式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱藱C(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢(shì)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)前階段，模具CAD/CAM的激光快速成型技術(shù)已經(jīng)取得了非常普遍的運(yùn)用。通過對(duì)三維CAD技術(shù)的運(yùn)用，有效實(shí)現(xiàn)了仿真模擬、曲面造型等一系列功能的結(jié)合，同時(shí)也順利把三維繪圖、數(shù)控加工等功能融入進(jìn)了新的軟件體系當(dāng)中。有了系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)及平臺(tái)資料的輔助，必將極大地提高各類機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的使用效率，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品在質(zhì)量與性能方面的有效提升。

4.2 機(jī)械零件整體建模中的應(yīng)用

在機(jī)械建模中，CAD系統(tǒng)能夠?yàn)槠涮峁?種模型結(jié)構(gòu)，即線框模型、表面模型及立體模型。三維CAD系統(tǒng)通常都會(huì)帶有基礎(chǔ)的圖形結(jié)構(gòu)(如圓錐體、圓柱體、圓臺(tái)、楔形體、立方體等)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者能夠通過對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用中布爾運(yùn)算的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種固定圖形結(jié)構(gòu)的合理搭配，適當(dāng)加入部分設(shè)計(jì)者獨(dú)有的構(gòu)想，就能形成新的、較為復(fù)雜的產(chǎn)品構(gòu)造。利用CAD技術(shù)進(jìn)行各種操作，能夠幫助設(shè)計(jì)者快速完成對(duì)機(jī)械產(chǎn)品部件的設(shè)計(jì)，提升工作的效率和質(zhì)量。

4.3 對(duì)機(jī)械生產(chǎn)中的噪聲實(shí)現(xiàn)合理的控制

相較于其他行業(yè)來說，建筑行業(yè)在進(jìn)行項(xiàng)目施工時(shí)無法避免的噪音問題對(duì)人們的生產(chǎn)和生活都產(chǎn)生了很大的影響。究其原因，關(guān)鍵在于施工設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生相互作用，進(jìn)而形成高分貝的噪音。分析相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出：在正常情況下，機(jī)械和液壓泵會(huì)在生產(chǎn)工作環(huán)節(jié)產(chǎn)生90 dB以上的噪聲；而在某些特定環(huán)節(jié)當(dāng)中，錨桿機(jī)甚至可能會(huì)產(chǎn)生上百分貝的噪聲。

當(dāng)噪聲分貝過高時(shí)，必然會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在機(jī)械產(chǎn)品的制造過程當(dāng)中，如何有效減少噪聲所帶來的負(fù)面影響就成為了備受矚目的環(huán)節(jié)。實(shí)際開展工程時(shí)，必須遵守空氣動(dòng)力學(xué)原理，采取合理形式降低噪聲帶來的不利影響，從根源處解決噪聲污染的問題。從改進(jìn)角度而言，設(shè)計(jì)者還可以通過低震動(dòng)性設(shè)備為動(dòng)平衡提供保障，有效控制和降低噪聲帶來的負(fù)面影響。

4.4 CAE軟件在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)CAE系統(tǒng)在不斷完善和發(fā)展的過程當(dāng)中也結(jié)合了數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、信息檢索等功能。所以，將三維CAD技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械產(chǎn)品當(dāng)中時(shí)也需要對(duì)其進(jìn)行特定的信息化處理，從而有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體上的優(yōu)化提升，令其能夠更好地服務(wù)于我國(guó)的機(jī)械領(lǐng)域?，F(xiàn)階段工作中，相關(guān)人員必須要引起對(duì)CAD系統(tǒng)運(yùn)用情況的高度重視，致力于提高軟件的實(shí)用性，進(jìn)而為設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品提供更好的服務(wù)。站在企業(yè)發(fā)展的角度來說，應(yīng)當(dāng)更加重視施工環(huán)節(jié)的安全問題，通過普及相關(guān)安全知識(shí)、配備相應(yīng)的防護(hù)措施來提高實(shí)際操作過程當(dāng)中的安全度。此外，設(shè)計(jì)者若要保證機(jī)械本身的安全性能及穩(wěn)定程度不受其他因素的影響，必須要注意讓機(jī)械產(chǎn)品符合剛度規(guī)定的最基本要求。

4.5 在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)也能夠應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)當(dāng)中。例如，在設(shè)計(jì)聯(lián)合收割機(jī)時(shí)，其核心環(huán)節(jié)就是進(jìn)行軸流釘齒脫粒分離。而通過Motionworkes系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，就能夠?qū)崿F(xiàn)其與數(shù)據(jù)加工部分的有效聯(lián)結(jié)。借用ADC、API等技術(shù)，能夠在三維系統(tǒng)中區(qū)分出不同的部分，進(jìn)而構(gòu)建不同信息之間的聯(lián)系，推動(dòng)平臺(tái)信息共享的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

伴隨社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)械智能化趨勢(shì)越來越顯著，三維CAD技術(shù)逐漸成為了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域未來發(fā)展的主流方向，進(jìn)而也就對(duì)其提出了更高的要求。然而，CAD系統(tǒng)還存在著發(fā)展不完善、相關(guān)人員對(duì)其掌握不熟練等問題，在無形之中提升了CAD技術(shù)的應(yīng)用難度。對(duì)此，設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)致力于提升對(duì)新技術(shù)的掌握程度，提高個(gè)人職業(yè)能力，將CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，加快我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展的步伐。