CAD技術在機械設計中的實踐

陳維維

摘 要：近年來，我國工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。在工業(yè)生產中應用大械設備，顯著提高了工業(yè)生產質量和效率。工業(yè)生產對設備性能、安全性、價格的要求都比較高，使用CAD技術繪制機械設備，能夠壓縮設計成本、提高設計精準度。CAD軟件設計出來的圖紙便于攜帶、方便修改，在當前的機械設計領域得到了廣泛的應用。

關鍵詞：CAD技術;機械設計;實踐

1 引言

隨著社會科學技術水平的不斷提升，對機械產品設計也提出了更高要求，為了有效降低機械設計成本，提高機械設計效率與質量水平。有必要對CAD技術在機械設計中的實踐應用進行探討，促使該技術在機械設計中的廣泛應用，推動機械設計產業(yè)更好地發(fā)展。

2 概述

CAD讓機械設計從鉛筆、直尺畫圖的繁瑣勞動中解脫出來，讓設計人員真正做到關注設計與構思。CAD繪圖軟件構建并保存大量的標準件庫、零件庫、部件庫、常用件庫等，且擔負計算、信息存儲等工作，極大提高了工程設計制圖的效率。CAD技術在設計中的主要應用如下：（1）豐富的圖形及符號庫。機械設計中，標準的圖形符號會經常用到，一方面，CAD繪圖軟件提供大量的標準件庫;另一方面，工程設計中可以不斷積累行業(yè)所用的圖形符號，形成自制件庫。這些圖形符號可以隨用隨調，通過圖形符號的組合，“搭積木”式的構造工程設計構思和圖樣。（2）高效的制圖效率[1]。制圖是設計中將設計構思轉化為制造圖紙的途徑，是機械設計中最為關鍵的步驟。傳統(tǒng)基于紙媒介的手工繪制，任何一次設計或設計改型，必須一筆一劃從頭做起，耗時、工作效率低下。CAD軟件提供了豐富的基礎庫，存儲了應用模板等強大功能，使制圖工作變得高效，準確并規(guī)范。對于設計改型類工作，更是可以調出原有圖樣，進行適應性修改即可得到新的圖樣，極大提高了新型改良機械設計效率。

3 CAD技術在機械設計中的應用

3.1 開發(fā)設計

機械圖紙大多是二維平面圖，設計師只能設計出一個圖層，而且設計工作比較煩瑣。在當前的CAD軟件中，可以通過三維一體化的功能將圖形展現(xiàn)出來。當設計人員應用CAD進行機械設備設計時，可以實時演示，通過軟件表達自己的設計思想，而且可構建并完善三維一體化模型，最終繪制成圖，圖紙的修改效率也得到了提高。在設計機械設備時，往往存在一些復雜的成型工裝，而且用傳統(tǒng)設計方法設計出來的圖形會經歷復雜的設計工序，在機械設備結構上還要進行大量的計算，需要使用十分復雜的圖紙展現(xiàn)出來，這在無形中加大了機械制造產品的設計工作量，給設計師造成很大的負擔和壓力。如果采用三維一體化的設計，能夠在CAD軟件內部集合各類零部件的尺寸，清晰地展現(xiàn)設備的立體圖形，再進行調整修改，在組成新的機械設備工程圖紙后，就可以保證該工程圖紙的設計質量大幅度提高。

3.2 圖紙生成

在機械設計中應用CAD技術，能夠對機械零件進行建模。在這一過程中，主要是通過借助CAD技術體系提供的各種模型，比如線框模型、實體模型等，完成零部件建模。以實體模塊造型建立為例，主要涉及六大模型體系，具體為圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體、球體、立方體與楔形體。在利用CAD建立簡單結構零件模型時，需要認真分析零件結構，將零件拆分為若干個基本體，然后以此為依據(jù)，在布爾運算的幫助下，成功建立最終零件實體模型。而對復雜構造的零部件來說，在實際設計時，為了進一步明確其截面輪廓，可以先采用二維幾何元素確定其輪廓，然后再借助三維CAD技術，通過對零部件進行拉伸或旋轉，最終實現(xiàn)三維實體的造型[2]。另外，在機械零部件生產裝配方面，在完成零件實體構造后，便能夠以機械運動為依據(jù)，來對零件實體構成過程進行詳細的描述。機械產品在實際運動時，通常會找尋到一個特定的位置，并以此為依據(jù)聯(lián)合零件具體坐標實現(xiàn)機械部件裝配。在完成機械零裝配之后，便能夠利用CAD生產裝配圖，進行相應的編輯調整，促使機械產品設計不斷得到優(yōu)化。

3.3 結構調試

開展機械設計制造工作時，為了充分滿足現(xiàn)實需要，應加強對加工活動的重視，通過CAD技術的運用勘測結構，了解機械產品當中設計存在的不足，運用結構調試方式促進結構優(yōu)化，使機械產品保證自身穩(wěn)定性。同時為了保證機械產品在設計時獲得最佳效果，需運用動力學建模方式以及有限元建模方式進行分析，對細節(jié)進行細致調整。在進行機械設計過程中，軟件的實際匹配程度會對產品使用感產生直接影響，因此需運用科學方式配置接口，使有限元相關分析軟件在運用時的目的性與針對性。對結構進行優(yōu)化調試時需制定與之相對應的優(yōu)化方案，對機械動態(tài)特征進行細致分析，并將運動記錄做好，根據(jù)目標導向將工程分析和工程認證做好。

4 CAD技術的發(fā)展趨勢

4.1 綠色化

綠色發(fā)展是這個時代的主基調。機械制造業(yè)也應該向著綠色環(huán)保方向改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的機械產品體積較大，能源消耗高、費時費料，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境。CAD技術的應用，提高了機械制造業(yè)節(jié)能高效的應用水平。例如CAD技術能夠節(jié)約材料，能夠減少廢棄副產品，減少對環(huán)境的污染，利用CAD技術能夠在產品設計制造中選用節(jié)能環(huán)保的材料，加強資源的循環(huán)使用，利用CAD技術可以在產品制造過程中實現(xiàn)環(huán)境保護，不僅實現(xiàn)了經濟的發(fā)展，同時保護了生態(tài)環(huán)境，促進了機械工業(yè)向低碳化、綠色化發(fā)展。

4.2 一體化

由于不同CAD軟件相互間的兼容性較差，且單一軟件的使用功能匱乏，存在應用局限性。因此，在使用 CAD 技術的前提下，會將機械設計工作分割成若干環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)間的關聯(lián)系數(shù)較低。這一問題的存在，限制了機械設計水平及效率的進一步提升。針對此，應推動CAD技術體系的創(chuàng)新優(yōu)化，提高各項CAD軟件的兼容性，持續(xù)完善軟件使用功能，以加強機械設計的全過程一體化建設。

4.3 智能化

設計活動本身便是一項富有創(chuàng)造性的活動，可以說是人類智慧的結晶，本身具有高度智能性，在以往的機械設計多是以“人”的智慧進行操縱。如今隨著人工智能技術的不斷發(fā)展進步，再加上一些人工智能利用大數(shù)據(jù)進行不斷地模仿學習，從而能夠借助計算機來進行人類思維活動的模擬，比如人的一些思維活動，如形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維均能夠通過人工智能進行模擬[3]。因此在未來的CAD技術發(fā)展過程中，由于該項技術與設計有著緊密聯(lián)系，因此CAD技術未來發(fā)展一個必然方向便是越來越趨于智能化，它不僅僅是簡單地將現(xiàn)有的三維CAD技術與人工智能技術相結合，而是要深入研究人類設計的思維過程，建立人類設計的思維模型，再利用計算機信息技術來表達和模擬，唯有如此，才能促使CAD系統(tǒng)發(fā)揮出最大的作用價值，在有效提升機械設計效率與質量的同時，推動我國機械設計行業(yè)更好地發(fā)展。

5 結束語

綜上所述，在科技高速發(fā)展的今天，CAD計算機輔助設計在機械工程設計中已經普及，CAD技術給機械設計帶來極大方便，但作為一名機械專業(yè)工作者，仍需要不斷跟蹤國家新標準新規(guī)范要求，深入應用實踐，借助計算機輔助設計CAD軟件，綜合實施功能性能、結構工藝、成本等設計技術手段，推動機械設計向先進性、工藝性、實用性、高性價比等方向不斷發(fā)展進步。

參考文獻：

[1] 趙雯慧，張非凡.淺談如何提高CAD制圖速度[J].數(shù)字技術與應用，2020，38（08）：43-44.

[2] 劉斌，譚景煥.現(xiàn)代模具設計技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].塑料工業(yè)，2017，45（02）：1-6+43.

[3] 徐嘯峰，周儒榮，周來水.智能CAD中的產品設計知識研究[J].計算機輔助工程，2002（03）：8-12.