淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李卓榮

【摘 要】伴隨我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)在眾多行業(yè)和領(lǐng)域得到推廣，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域亦是如此，通過(guò)引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，顯著地提升了機(jī)械設(shè)計(jì)工作效率，縮減了機(jī)械制造時(shí)間。文章在闡述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)涵及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，從圖形及符號(hào)、二維繪圖、三維設(shè)計(jì)、逆向工程等方面探討了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH122 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0119-02

0 引言

近年來(lái)，在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)飛速發(fā)展的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)得以不斷發(fā)展和成熟，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以充分展現(xiàn)產(chǎn)品的外形、色彩、結(jié)構(gòu)等，不僅在諸如汽車(chē)、航天等領(lǐng)域得到推廣，還在很大程度上推動(dòng)了機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展與變革。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)憑借可靠的數(shù)據(jù)計(jì)算能力和強(qiáng)大的圖形處理分析能力，依托繪圖軟件，能幫助工程技術(shù)設(shè)計(jì)人員對(duì)工程產(chǎn)品開(kāi)展分析、設(shè)計(jì)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足實(shí)際需求的工程零件，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步[1]。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)通常采用人工手繪方式進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，而應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)后，不僅可以極大地提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度，還可以縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)制造出更高效、可靠的產(chǎn)品?；诖?，本文對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)探索和研究。

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)概述

1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)涵

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，是指在機(jī)械設(shè)計(jì)中肩負(fù)一系列人工不易操作和完成的工作，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字、文字、圖像等信息數(shù)據(jù)于計(jì)算機(jī)中開(kāi)展檢索、處理等。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)涉及圖形變換技術(shù)、交互技術(shù)、實(shí)體造型技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)包括計(jì)算機(jī)軟硬件、掃描儀、圖形輸入板等組成部分，機(jī)械設(shè)計(jì)人員可利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)建三維工作空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)一系列機(jī)械設(shè)計(jì)模型的真實(shí)呈現(xiàn)，進(jìn)一步提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率[2]。

1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性

機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是機(jī)械工程中不可或缺的一部分。并且，機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極具創(chuàng)造性的工作，必須結(jié)合實(shí)際的目標(biāo)、前提，方可形成可靠的機(jī)械制造依據(jù)，再結(jié)合相關(guān)的理論知識(shí)體系及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保障最終的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果。在開(kāi)展機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，憑借計(jì)算機(jī)的輔助，不僅可為各種圖形、結(jié)構(gòu)編輯及計(jì)算等提供軟件和硬件支持，還可借助計(jì)算機(jī)構(gòu)建模型，對(duì)產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)、性能進(jìn)行研究和分析，并結(jié)合模擬結(jié)果不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)而言之，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展與創(chuàng)新提供了有力支持。

2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，表現(xiàn)出諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：一是與設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維相符。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)人員而言，他們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中，通常要經(jīng)過(guò)先構(gòu)思后表達(dá)的過(guò)程，因?yàn)樵诖竽X中所構(gòu)思的產(chǎn)品形象是趨于立體化的，所以通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，就能對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)幾何形狀進(jìn)行展現(xiàn)，符合設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的思維表達(dá)。二是可以提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)能充分發(fā)揮三維機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，可促進(jìn)對(duì)復(fù)雜幾何模型的有效構(gòu)建。例如，借助布爾運(yùn)算等軟件功能，依托簡(jiǎn)單幾何實(shí)體既可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜幾何實(shí)體的有效計(jì)算，并自動(dòng)形成截交線(xiàn)及相貫線(xiàn)，進(jìn)而達(dá)到縮減設(shè)計(jì)工作負(fù)擔(dān)，縮短設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)效率的效果。三是可提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品不斷實(shí)現(xiàn)了與各式各樣信息技術(shù)的有機(jī)融合，再結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，從而改善機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，針對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)、受力狀態(tài)等開(kāi)展分析，能有效提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

3.1 在圖形及符號(hào)中的應(yīng)用實(shí)踐

在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常涉及不同形式、不同內(nèi)容的符號(hào)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可對(duì)所需用到的圖形符號(hào)事先進(jìn)行編制整合，如此便可隨用隨取，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。與此同時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)師在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中還會(huì)遇到各式各樣標(biāo)準(zhǔn)化、非標(biāo)準(zhǔn)化的零件，對(duì)于零件不統(tǒng)一的問(wèn)題，可預(yù)先將標(biāo)準(zhǔn)化的零件編制進(jìn)零件庫(kù)中，這樣就能隨時(shí)調(diào)用。

3.2 在二維繪圖中的應(yīng)用實(shí)踐

在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的支持下，可借助諸如CAD、PROE等繪圖軟件開(kāi)展二維圖形操作制作，利用上述軟件完成計(jì)算機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)工作，提升了設(shè)計(jì)人員繪圖設(shè)計(jì)的便捷性，一方面提升了工作效率，另一方面能讓設(shè)計(jì)人員有更多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)造性的工作，設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品[3]。

3.3 在三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)展三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，可通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助程序?qū)C(jī)械產(chǎn)品三維信息進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，這為設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)工作提供了極大的便利，設(shè)計(jì)人員由此也可以開(kāi)展更為高效且高質(zhì)量的設(shè)計(jì)修改。同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)還可對(duì)原本的產(chǎn)品版本進(jìn)行匯總分析，為后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供有力的依據(jù)。由此表明，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)三維造型效果的優(yōu)化和設(shè)計(jì)效率的提升具有十分重要的意義。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的支撐下，可保障三維造型設(shè)計(jì)更快地完成，同時(shí)較好地達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。此外，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)展三維設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件裝配的模擬重組，這樣有助于激發(fā)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)靈感，幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

3.4 在逆向工程中的應(yīng)用實(shí)踐

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，逆向工程屬于一項(xiàng)強(qiáng)調(diào)對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行吸收、應(yīng)用的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，通過(guò)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可顯著提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。但是，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)逆向工程的發(fā)展應(yīng)用還面臨受市場(chǎng)限制和成本投入大等問(wèn)題，要達(dá)成相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)目標(biāo)，就對(duì)設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)提出了較為嚴(yán)格的要求。通過(guò)將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)逆向工程中，可以很好地幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行吸收、應(yīng)用，并將相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化成機(jī)械設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)力。通常而言，逆向工程通常是在產(chǎn)品、模型設(shè)計(jì)制造過(guò)程中采用的主要模式，也就是先對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行整合，然后創(chuàng)造出新的產(chǎn)品種類(lèi)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)可以引入坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備，將實(shí)體樣本轉(zhuǎn)化成三維模型，再借助計(jì)算機(jī)輔助軟件、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)等對(duì)產(chǎn)品開(kāi)展進(jìn)一步的設(shè)計(jì)處理。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在逆向工程中的應(yīng)用實(shí)踐，講究以仿真方式為設(shè)計(jì)人員的機(jī)械設(shè)計(jì)提供實(shí)物分析，這樣可顯著提升設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品特征及產(chǎn)品零部件模型的有效認(rèn)識(shí)。

3.5 在汽車(chē)覆蓋件模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐

現(xiàn)代科技的推陳出新，對(duì)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用。汽車(chē)覆蓋作為汽車(chē)車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)等不可或缺的零件，主要由汽車(chē)覆蓋件構(gòu)成，不僅可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，而且質(zhì)量佳、表面光順、美觀大方。對(duì)于汽車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，車(chē)身設(shè)計(jì)至關(guān)重要，特別是在沖壓模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)往往需要在實(shí)物模型的支持下獲取相應(yīng)的設(shè)計(jì)依據(jù)，而由于人為設(shè)計(jì)誤差、實(shí)物模型形變等因素的存在，使得沖壓模具設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率總是難以保證。如果要想提升質(zhì)量、效率，就需要對(duì)傳統(tǒng)模具開(kāi)發(fā)手段進(jìn)行有效革新。鑒于此，可將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于沖壓模具設(shè)計(jì)中。一般情況下，沖壓模具設(shè)計(jì)主要包括拉深、修邊等步驟，與此過(guò)程中，補(bǔ)充面設(shè)計(jì)是尤為關(guān)鍵的一環(huán)。在實(shí)體模具設(shè)計(jì)時(shí)，為防范凹模、凸模等因素的影響，可引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，也就是在實(shí)體模具設(shè)計(jì)前先繪制出數(shù)控刀具路徑程序，然后檢測(cè)加工過(guò)程的科學(xué)性。此外，在沖壓零件表面設(shè)計(jì)過(guò)程中，可采用專(zhuān)用曲面設(shè)計(jì)軟件，以此保障沖壓零件表面與模具表面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在建立模型、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，同時(shí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，但需要注意的是，當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)還面臨計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度偏慢、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平不足、軟件占硬件及內(nèi)存空間大等因素的制約，有待相關(guān)人員進(jìn)一步完善。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造中至關(guān)重要的一環(huán)，而將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中可提升機(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)對(duì)多樣復(fù)雜數(shù)據(jù)、圖形的簡(jiǎn)化分析。為進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率，要求相關(guān)設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的研究和應(yīng)用。現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)仍普遍源自發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)近年來(lái)不斷加大了對(duì)該技術(shù)的自主研發(fā)力度，并收獲了一定的成效，但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用水平仍存在一定差距。所以，還需要相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的鉆研，結(jié)合我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀，加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的有效宣傳，為該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用提供更寬廣的空間。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李麗.淺析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)機(jī)械，2014（6）：200.

[2]樊麗娜.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016（5）：155-156.

[3]衡斌.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2018（3）：63.