CAD技術在機械工程設計中的發(fā)展與應用研究

李文杰　范晨飛

【摘要】CAD作為計算機繪圖工具，已成為推動機械工程設計發(fā)展的重要載體，借助 CAD技術，設計人員可以從多個角度進行零件的繪圖，既為設計人員提供了方便的繪圖服務，又提高了機械設計的精度。針對機械工程 CAD技術的發(fā)展和應用進行了深入的探討，要求設計者全面掌握 CAD技術，在機械設計過程中，通過 CAD技術的應用來提高繪圖質(zhì)量。

【關鍵詞】CAD技術;機械工程;發(fā)展

一、CAD技術相關概述

CAD全稱為Computer Aided Design，中文翻譯為電腦輔助圖形設計，作為計算機輔助設計軟件，主要以二維繪圖和三維繪圖為主，并且具備詳細繪制圖形、設計文檔等功能。CAD作為制圖軟件，需要在計算機硬件基礎上進行，由于機械工程設計圖形較為復雜，為提高繪圖質(zhì)量，計算機應配置專業(yè)的圖形處理器，這充分說明，CAD必須依靠硬件來實現(xiàn)。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，優(yōu)化和完善計算機硬件，才能充分發(fā)揮CAD的繪圖功能。

二、CAD技術在機械工程設計中的發(fā)展

（一）CAD技術的標準化

CAD技術具有快捷、精準度高等設計優(yōu)勢，已經(jīng)成為設計人員常用的軟件，若用戶在使用CAD進行設計時，存在計算機硬件無法滿足使用需求的問題，會影響到設計質(zhì)量和效率，并且未能按照標準化的流程進行設計，致使設計內(nèi)容無法應用在機械零件生產(chǎn)中。所以，CAD技術的數(shù)據(jù)模型必須進行標準化的設計，從而可以進一步促進機械工程設計的完善。目前在工程機械設計領域，正在建立CAD技術標準化體系，一方面需要從業(yè)人員深入的研究，另一方面優(yōu)化計算機硬件配置，才能更好的使CAD與計算機相互兼容。

（二）CAD技術的智能化

使CAD技術具備智能化特點，在工程機械設計期間，設計人員將數(shù)據(jù)輸入到CAD中，系統(tǒng)會自動生成模型，提高設計的效率，并且使設計人員投入更多的精力，用于研究機械工程設計標準化。為了使設計人員的思維得到拓展，在進行產(chǎn)品模型設計的環(huán)節(jié)中，應該對設計的內(nèi)在聯(lián)系進行分析，但是不能過分的拘泥于設計之間的內(nèi)在聯(lián)系。設計人員使用CAD技術進行設計時，借助模型可優(yōu)化和完善設計內(nèi)容，并且融入創(chuàng)新元素，使機械設計具有創(chuàng)新特點。

（三）CAD技術的網(wǎng)絡化

隨著近年來電子商務的高速發(fā)展，CAD技術逐漸朝著網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡化CAD技術，可以進行遠程交流，企業(yè)使用互聯(lián)網(wǎng)技術，將CAD技術設計的圖紙，通過互聯(lián)網(wǎng)進行傳遞，企業(yè)間通過互聯(lián)網(wǎng)對圖紙進行動態(tài)分析，有效提高工作效率，并且極大的降低成本。

三、CAD技術在機械工程設計中的應用優(yōu)勢

（一）推進機械產(chǎn)品質(zhì)量提升

機械工程設計應用CAD技術，設計人員將設定的數(shù)據(jù)輸入到圖形中，會根據(jù)數(shù)據(jù)形成機械生產(chǎn)的模型，并且設計模型與實際生產(chǎn)零件相同，所以CAD技術設計出的模型，會提高機械零件質(zhì)量，同時滿足實際使用標準。

（二）CAD技術在機械工程設計中的智能化應用

機械工程設計融入智能化元素，需要CAD技術對機械工程設計進行分析以及優(yōu)化結(jié)構，同時根據(jù)零件使用功能，分析零件的力學性能，以便零件符合使用標準的同時，還能延長使用壽命。同時考慮零部件的結(jié)構優(yōu)化問題。在有限元分析技術以及動力學分析技術的支持下，CAD技術在工程分析和結(jié)構優(yōu)化方面取得了進一步的提升，CAD技術具備三維立體繪圖功能，設計人員建立三維模型，可確定零件隱蔽位置的數(shù)值，防止零件尺寸出現(xiàn)偏差，影響到零件正常使用，同時并對其產(chǎn)品設計進行優(yōu)化改革，分析其設計的可行性及優(yōu)化方案，使設計的內(nèi)容更加科學和實用。

四、CAD技術在機械工程設計中的具體應用

（一）計算機輔助繪圖

在機械工程設計時，設計人員使用CAD技術，主要用于輔助繪圖，在輔助繪圖過程中，設計人員應利用數(shù)據(jù)控制圖形。而在繪制復雜的圖形時，會涉及到較多的數(shù)據(jù)，從而延長繪圖時間，并且由于人工繪制的工程圖難免受到多方面因素的影響，導致其精確性或是美觀性難以保證，無法使繪圖質(zhì)量滿足生產(chǎn)需求。對此，使用CAD軟件中自帶圖形庫與繪圖命令，就可以快速地完成繪圖，并且其準確性要大大超過人工繪圖。在CAD技術不斷優(yōu)化發(fā)展過程中，CAD技術更加全面，可以提高繪圖質(zhì)量，使機械設計更加科學合理。

（二）工程分析與結(jié)構優(yōu)化

進入到機械工程的設計環(huán)節(jié)，需要設計人員分析機械零件的力學性能，結(jié)合力學性能優(yōu)化結(jié)構，使機械零件更加穩(wěn)定。在現(xiàn)代設計方法不斷更新?lián)Q代的背景下，有限元分析與動力學分析得到了十分廣泛的應用，這也就要求CAD技術需拓展自身的工程分析和結(jié)構優(yōu)化功能，從而滿足機械工程設計應用需求。

（三）建模應用

使用CAD技術進行機械工程設計時，首先應建立機械模型，模型以三維形式進行設計，設計人員通過分析模型，可以確定機械零件的功能，并且優(yōu)化機械結(jié)構。工程設計中常用的建模有線框、表面、實體3種模型。完成機械模型設計后，設計人員應不斷調(diào)整模型參數(shù)，通過CAD技術構建機械基本模型，基本模型為六種，分別為立方體、圓柱體、圓錐體、球體、鍥形體以及環(huán)狀體。但對于實際的零件設計來說，這六種基本體系遠遠不能滿足設計需求，需要我們通過用在二維平面構造的輪廓在三維空間中拉伸或者旋轉(zhuǎn)等來構成新的體系，設計人員應按照布爾運算方法，設計與實際零件相符的模型。設計人員可以通過CAD對零件的任意部位進行修改和操作，最終實現(xiàn)零件的功能。使用CAD技術建立模型，可以提高設計效率。

（四）應用趨勢

現(xiàn)階段CAD技術使用數(shù)據(jù)繪制圖形，盡管廣泛應用在機械工程設計領域，但是實際的設計中因為零件的力學性能和結(jié)構優(yōu)化等因素需要設計人員重新構思。智能化在CAD技術中的應用必將越來越廣，未來將會進入智能時代。這就需要研究人員加大對CAD關鍵技術的研究，使其和智能更好地融合。CAD技術智能化功能，主要融合ANSYS等有限元軟件，借助有限元軟件分析機械模型，以便機械模型的結(jié)構和力學性能，符合實際使用需求。

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