淺談三維CAD技術(shù)及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘?要】隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械工程的發(fā)展也取得了卓越的成績。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用，極大程度上推動(dòng)了機(jī)械工程的改革進(jìn)程，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了非常大的便利。本文根據(jù)筆者多年的研究經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)計(jì)算機(jī)三維CAD技術(shù)在機(jī)植設(shè)計(jì)中的意義、應(yīng)用以及仍存在的問題展開詳細(xì)的論述。

【關(guān)鍵詞】三維CAD技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用;發(fā)展

三維CAD技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要表現(xiàn)形式，在化工、電子、紡織、機(jī)械、建筑等行業(yè)中具有極為廣泛的應(yīng)用，其中機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用比例最大。對(duì)此，筆者以三維CAD技術(shù)為主要研究內(nèi)容，對(duì)其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與著重探討。

1三維CAD技術(shù)的概述

三維CAD技術(shù)是CAD技術(shù)的重要組成部分，是在二維CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，有多個(gè)項(xiàng)目所組成，包括三維造型、仿真、三維轉(zhuǎn)二維、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、三維設(shè)計(jì)等等，在建模技術(shù)領(lǐng)域中具有極高的應(yīng)用價(jià)值"。三維CAD技術(shù)需要借助技術(shù)人員的綜合素養(yǎng)才能夠?qū)⑵浒l(fā)揮出最大的功效，因此，設(shè)計(jì)者要具有豐富的想象力、較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，立足于幾何圖形對(duì)形狀性能要求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出符合人民群眾客觀需要的圖形，促使設(shè)計(jì)出來的圖形能夠朝著相對(duì)完美的方向發(fā)展。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以強(qiáng)化機(jī)械產(chǎn)品的仿真度，對(duì)工程繪圖、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)有效的解決，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和應(yīng)用的水平。因此，在現(xiàn)代化的社會(huì)背景下，設(shè)計(jì)者要加強(qiáng)對(duì)三維CAD技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，以此來不斷提高設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量。

2三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1使得產(chǎn)品更加直觀形象

在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以使得產(chǎn)品更加直觀形象。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者希望能夠通過技術(shù)來呈現(xiàn)具有立體化特征的實(shí)物，但是因受技術(shù)條件的影響，設(shè)計(jì)者難以在平面上展示出立體的效果，通常是在正投影形成的二維方法基礎(chǔ)上繪制出三維構(gòu)想圖。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，三維CAD技術(shù)應(yīng)用則可以有效實(shí)現(xiàn)這一實(shí)際目標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品的裝配、運(yùn)行過程進(jìn)行模擬運(yùn)作，使得機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加符合用戶的實(shí)際需求。

2.2增加設(shè)計(jì)的參數(shù)化、變量化含量

在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參數(shù)化、變量化含量。在傳統(tǒng)CAD技術(shù)的應(yīng)用過程中，設(shè)計(jì)圖紙的修改是需要重新繪制的，并且需要通過固定尺寸的應(yīng)用來對(duì)幾何元素進(jìn)行定義。然后，圖紙的應(yīng)用是需要多次修改方可生成，這種繁瑣的CAD制圖技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)工作帶來了不少麻煩，造成了大量時(shí)間的浪費(fèi)。三維CAD技術(shù)的應(yīng)用則可以有效解決圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中的這一問題，根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需要調(diào)整裝配中的某些參數(shù)，極大程度上提高了機(jī)械設(shè)計(jì)效率，減少了不必要的時(shí)間浪費(fèi)。

2.3實(shí)現(xiàn)零部件的有限元分析及合理設(shè)計(jì)

在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)零部件的有限元分析及合理設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用過程中，因技術(shù)本身的問題難以保證設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)客觀，極易增加機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)用的危險(xiǎn)性。三維CAD技術(shù)的應(yīng)用則可以對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的零部件進(jìn)行有限元分析，在有限元網(wǎng)絡(luò)中輸入產(chǎn)品零件的參數(shù)，可以更好地判斷產(chǎn)品的形狀、震動(dòng)、受力變形等情況。如果所得出的數(shù)據(jù)不符合產(chǎn)品應(yīng)用的實(shí)際要求，則需要重新設(shè)計(jì)，使其符合生產(chǎn)應(yīng)用的實(shí)際要求。由此可見，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用可以提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，減少機(jī)械設(shè)計(jì)的成本投入，進(jìn)一步強(qiáng)化了產(chǎn)品的可靠性。

3三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1在機(jī)械CAE中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)在機(jī)械CAE中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。機(jī)械CAE主要是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，通過對(duì)比分析的方式來重新整合數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證機(jī)械設(shè)計(jì)方案的合理。同時(shí)，還需要對(duì)設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用投入進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，如果發(fā)現(xiàn)其中存在問題則需要及時(shí)調(diào)整。三維CAD技術(shù)在機(jī)械CAE中的應(yīng)用，主要是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型形成之后，運(yùn)用機(jī)械CAE軟件循序漸進(jìn)、有步驟的開展定向分析，這對(duì)設(shè)計(jì)方案的順利實(shí)施具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2在方案建模中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)在設(shè)計(jì)方案建模中具有極高的應(yīng)用價(jià)值，可以保證設(shè)計(jì)方案的直觀、立體。方案建模中應(yīng)用三維CAD技術(shù)的方式主要分為三種，分別是框架式、立體式、表面式，如果設(shè)計(jì)方案中有一些極為簡(jiǎn)單的圖形，三維CAD技術(shù)則會(huì)在設(shè)計(jì)建模中自動(dòng)生成。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械方案建模，三維CAD技術(shù)會(huì)在布爾運(yùn)算的基礎(chǔ)上對(duì)圖形進(jìn)行重新排列組合，根據(jù)客戶的實(shí)際要求科學(xué)篩選，最后設(shè)計(jì)出符合用戶要求的滿意圖形，極大程度上提高了方案建模的效率，為后期設(shè)計(jì)方案的形成奠定了良好基礎(chǔ)。

3.3在方案形成中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)在設(shè)計(jì)方案形成中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。三維CAD技術(shù)具有編輯功能，可以在機(jī)械產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)完成之后將其排列組合，為設(shè)計(jì)方案的完成提供必要條件。也就是說，在表面上來看這些零部件之間沒有什么必然聯(lián)系，但是借助三維CAD技術(shù)的編輯功能則可以根據(jù)設(shè)計(jì)者客觀需要來誠信排列。如果結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜則可以運(yùn)用三維CAD技術(shù)的旋轉(zhuǎn)、對(duì)稱等方式優(yōu)化配置，有效提高了設(shè)計(jì)方案的成功率。此外，在方案形成中CAD/CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用也是必不可少的，運(yùn)用平面設(shè)計(jì)、曲面造型等方式來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面管理，使得設(shè)計(jì)方案更好地落實(shí)在實(shí)際工作中。

4三維CAD技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

4.1智能化

三維CAD技術(shù)會(huì)朝著智能化的方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)研究程度的不斷深入，科學(xué)創(chuàng)新進(jìn)程的加快，三維CAD技術(shù)會(huì)被設(shè)計(jì)者以編程的形式寫入計(jì)算機(jī)中，有計(jì)算機(jī)對(duì)三維CAD技術(shù)進(jìn)行操控。同時(shí)，建立以三維CAD技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)管理信息中心，計(jì)算機(jī)根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置來辨識(shí)、判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確客觀，極大程度上增強(qiáng)了三維CAD技術(shù)的智能化內(nèi)涵。

4.2規(guī)范化

三維CAD技術(shù)會(huì)朝著規(guī)范化的方向發(fā)展。三維CAD技術(shù)在功能拓展的基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更加符合用戶的實(shí)際需要，能夠滿足日常生活的客觀需求，加強(qiáng)計(jì)算系統(tǒng)與生活實(shí)際之間的聯(lián)系，從而構(gòu)建保障三維CAD技術(shù)行業(yè)的規(guī)范機(jī)制。同時(shí)，在三維CAD技術(shù)的發(fā)展中要注重STEP體系的應(yīng)用，通過兩者的結(jié)合來解決參數(shù)化模型傳輸問題。

4.3虛擬網(wǎng)絡(luò)化

三維CAD技術(shù)會(huì)朝著虛擬網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。三維CAD技術(shù)以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工具為基礎(chǔ)，隨著社會(huì)進(jìn)步發(fā)展，三維CAD技術(shù)也會(huì)向網(wǎng)絡(luò)化的方向變革，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用領(lǐng)域更是會(huì)不斷拓展，通過建構(gòu)機(jī)械模型促使設(shè)計(jì)者了解方案中存在的不足，從而建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語

綜上所述，在信息化的時(shí)代背景之下，三維CAD技術(shù)得到了進(jìn)一步的深化發(fā)展，并且廣泛應(yīng)用在我國各行各業(yè)中，為我國國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的基礎(chǔ)，因此，在應(yīng)用重要對(duì)三維CAD技術(shù)給予關(guān)注，通過科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新投入來不斷發(fā)展該技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：

朱家寶，男，遼寧省錦州市，本科，就讀于遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院B1706機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)號(hào)：0612417027。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。

（作者單位：遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院）