計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)應(yīng)用于諸多設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，憑借計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中的優(yōu)勢(shì)，可輔助設(shè)計(jì)及幫助修改，其便利性大大的增加了機(jī)械工程師的設(shè)計(jì)效率，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。本文從機(jī)械設(shè)計(jì)及制造和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的基本概念進(jìn)行探討，深入分析了CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用，其中包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)準(zhǔn)確使用圖形及符號(hào)的應(yīng)用、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維CAD技術(shù)在建模中的應(yīng)用，以期能夠給相關(guān)機(jī)械工作者提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);CAD技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);制造

0 ?引言

在新時(shí)期下，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)得到迅猛發(fā)展，同時(shí)，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的普及和發(fā)展下，CAD技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，給機(jī)械工程師提供了諸多便利的同時(shí)也保證了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)良性發(fā)展。

1 ?基本概述

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造概述

機(jī)械設(shè)計(jì)及制造是對(duì)各種機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備、機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)械生產(chǎn)的總稱，其研究?jī)?nèi)容包括企業(yè)的機(jī)械產(chǎn)品、裝備、制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制到生產(chǎn)過(guò)程，機(jī)械設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)和制造為基礎(chǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及下，計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用提高了機(jī)械設(shè)計(jì)及制造水平，提高了機(jī)械制造產(chǎn)品的總體質(zhì)量，機(jī)械行業(yè)得到迅猛發(fā)展。

1.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)就是計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)，在20世紀(jì)60年代中，美國(guó)麻省理工大學(xué)提出了平面二維設(shè)計(jì)技術(shù)，隨著CAD技術(shù)的發(fā)展與普及，其功能也越來(lái)越強(qiáng)大。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的概念重新定義，CAD技術(shù)指在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)軟件或者其他圖形設(shè)備，輔助設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。CAD技術(shù)在發(fā)展中，主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，同時(shí)在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中具有顯著優(yōu)勢(shì)，工程師通過(guò)CAD軟件可進(jìn)行二維畫圖、圖紙顯示，在發(fā)展過(guò)程中，CAD技術(shù)能夠完成對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行三維建模，如今還能夠進(jìn)行受力分析及運(yùn)動(dòng)仿真等，機(jī)械工程師根據(jù)CAD的分析，修改建模參數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)化。

2 ?計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中的優(yōu)勢(shì)

2.1 輔助設(shè)計(jì)

在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造起始階段，工程師需要利用想象力虛構(gòu)機(jī)械產(chǎn)品的大致輪廓，但是，由于人思維能力的限制，往往大腦中虛構(gòu)的輪廓并不能真實(shí)的反映出產(chǎn)品的構(gòu)造，其可行性也有待驗(yàn)證。因此，機(jī)械工程師利用CAD技術(shù)繪出零件圖形，充分展示出機(jī)械產(chǎn)品，同時(shí)，許多工程師也利用三維CAD技術(shù)建模，展示出零件的實(shí)體形狀，輔助工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)，為工程師提供更多想象空間，促進(jìn)思維能力的提升。此外，CAD技術(shù)繪制圖紙和模型速度與傳統(tǒng)制圖方式比較，具有繪制速度快的優(yōu)勢(shì)，因此，機(jī)械工程師利用CAD技術(shù)可減少時(shí)間的浪費(fèi)，快速滿足設(shè)計(jì)要求，提高設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。

2.2 方便修改

傳統(tǒng)的機(jī)械繪圖方式是人為的在圖紙上用手工繪制，繪制周期長(zhǎng)，修改難度大。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，只需要提供機(jī)械產(chǎn)品的詳細(xì)參數(shù)，就可快速繪制新的機(jī)械零件，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，工程師可針對(duì)問(wèn)題，及時(shí)利用CAD技術(shù)修改圖紙，完成后續(xù)糾正工作。設(shè)計(jì)完成后，還可以通過(guò)回放功能，查看在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中的詳細(xì)操作步驟，設(shè)計(jì)程序全程透明化。除此之外，數(shù)控加工技術(shù)逐漸與CAD技術(shù)的有效融合，更加凸顯機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中CAD技術(shù)的優(yōu)越性，幫助工程師快速掌握待加工產(chǎn)品的特征，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問(wèn)題，工程師利用CAD技術(shù)進(jìn)行修改，使機(jī)械產(chǎn)品投入生產(chǎn)制造。

3 ?CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中，機(jī)械零件的制造者需要利用機(jī)械圖紙來(lái)進(jìn)行工作生產(chǎn)指導(dǎo)，機(jī)械圖紙的繪制者是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中占重要地位，圖紙的準(zhǔn)確性決定了加工制造零件產(chǎn)品的質(zhì)量。通常，機(jī)械圖紙是由機(jī)械設(shè)計(jì)工程師繪制完成，在計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)未普及的情況下，機(jī)械工程師采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制圖方式，機(jī)械工程師在腦海里先構(gòu)造零件的輪廓，接著采取手繪的形式，將一個(gè)或多個(gè)零件的各個(gè)參數(shù)通過(guò)圖紙展現(xiàn)出來(lái)。其繪制難度大，工作量大，尤其是針對(duì)復(fù)雜的裝配圖，有的需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成，甚至要有若干個(gè)工程師共同輔助完成，而且極容易發(fā)生誤差，影響整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)程，耽誤零件的生產(chǎn)制造，進(jìn)而導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)率低下，生產(chǎn)成本高。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的普及和發(fā)展，CAD技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，機(jī)械工程師利用CAD軟件繪制圖形，對(duì)圖形進(jìn)行任意編輯和修改，根據(jù)產(chǎn)品的制造具體需求，CAD軟件還可以修改和調(diào)整圖形參數(shù)，完成圖形的三視圖及剖視等各項(xiàng)工作，最后，CAD軟件幫助標(biāo)注圖紙參數(shù)，可準(zhǔn)確進(jìn)行文字編輯、裝配標(biāo)注等，在機(jī)械工程師反復(fù)修正下，完成電子版文件，機(jī)械工程師可通過(guò)拷貝電子版文件完成對(duì)機(jī)械制圖的審核及確認(rèn)工作，同時(shí)，也可打印成紙質(zhì)版圖紙，交由制造者按照?qǐng)D紙準(zhǔn)確制造。由此可見，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中，在具體的繪制圖紙中，保證繪制的速度和質(zhì)量，確保機(jī)械制圖的準(zhǔn)確性，提升工作效率的同時(shí)，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少企業(yè)成本具有重要作用[3]。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)準(zhǔn)確使用圖形及符號(hào)

在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中有明確的規(guī)定，為了起到簡(jiǎn)化的作用，通常利用規(guī)定的圖形或符號(hào)表達(dá)機(jī)械部件的特點(diǎn)。以往的傳統(tǒng)機(jī)械制圖中，由于機(jī)械工程師水平參差不齊，工程師不能準(zhǔn)確的使用圖形和符號(hào)表達(dá)機(jī)械部件特點(diǎn)，機(jī)械圖紙?jiān)趥鏖嗊^(guò)程中往往出現(xiàn)歧義[4]。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械工程師可在軟件中利用其功能繪制表格、構(gòu)建圖形及插入符號(hào)，該軟件中明確了功能符號(hào)及圖形的含義，統(tǒng)一了機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，幫助工程師快速選擇圖形符號(hào)，準(zhǔn)確了解圖形符號(hào)的基本含義，保證使用的準(zhǔn)確無(wú)誤，避免不同機(jī)械工程師使用符號(hào)不規(guī)范的問(wèn)題，避免因圖形符號(hào)理解有誤造成的歧義。

3.3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維CAD技術(shù)在建模中的應(yīng)用

機(jī)械建模處理是機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)械工程師重要工作之一，傳統(tǒng)的機(jī)械制圖中并不包含三維建模技術(shù)，這是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)廣泛發(fā)展后的重要成果。俠義上三維CAD技術(shù)是Autodesk公司開發(fā)制作的AutoCAD軟件，該軟件中包含二維CAD軟件和三維CAD軟件。在廣義上，三維CAD不局限于Autodesk公司開發(fā)制作的AutoCAD軟件，指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維設(shè)計(jì)的同類軟件，其中有CATIA、Solidworks、UG、國(guó)產(chǎn)三維CAD軟件SINOVATION等。在本文中三維CAD技術(shù)以廣義上的定義為準(zhǔn)，機(jī)械工程師在設(shè)計(jì)機(jī)械零件及裝配之前，需要在腦海中構(gòu)想零件的基本結(jié)構(gòu)，三維CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，給機(jī)械工程師在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中提供了極大的便利。機(jī)械工程師通過(guò)三維CAD軟件準(zhǔn)確繪出機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)體模型，更能夠通過(guò)實(shí)體模型進(jìn)行參數(shù)的修改，滿足產(chǎn)品的需求。

計(jì)算機(jī)輔助三維CAD技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確的建立三維模型，同時(shí)其軟件包含多種便利功能，有立方體、曲面、圓柱體等多種建模體系，機(jī)械工程師在設(shè)計(jì)中，將多種建模模型根據(jù)與、或、非的邏輯進(jìn)行選擇性構(gòu)造，完成單個(gè)零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。此外，三維CAD技術(shù)完成不同的零件圖后，還可以利用模塊自帶裝配功能，完成對(duì)該零件的組合，制作成三維裝配圖，為了更清晰表達(dá)裝配的結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)需求設(shè)置爆炸視圖[5]。還有的三維CAD軟件包含了動(dòng)畫制作過(guò)程，可以讓裝配后的零部件進(jìn)行動(dòng)畫演示，讓整個(gè)效果更加清晰明了，完整反映出整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的全貌。

同時(shí)，為了方便使用，對(duì)于很多過(guò)于復(fù)雜的機(jī)械零件，機(jī)械工程師也可先繪制零件的二維圖，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)三維CAD零件圖，將二維CAD圖轉(zhuǎn)換為三維CAD圖，完成三維建模。此外也可反向操作，利用繪制好的三維CAD零件圖，智能轉(zhuǎn)換為二維圖紙，同時(shí)能自動(dòng)生成標(biāo)注，制作成dwg格式文件，保證在諸多軟件中都能夠使用。如在復(fù)合模具的設(shè)計(jì)和制造中，復(fù)合模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定了復(fù)合模具沖壓后毛坯料的成型，若復(fù)合模具在制造中的設(shè)計(jì)圖紙與復(fù)合模具實(shí)體存在差異，就會(huì)致使整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程失敗，浪費(fèi)大量成本與時(shí)間，針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)完成三維建模，將三維建模與裝配圖紙進(jìn)行對(duì)比，分析可能存在的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)其中的誤差，減少出現(xiàn)返工的問(wèn)題，提高企業(yè)的生產(chǎn)制造效率。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中具體應(yīng)用與機(jī)械制圖、準(zhǔn)確使用圖形符號(hào)于三維建模中，能夠有效提高機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，縮短制造周期，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)良性發(fā)展。在未來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，CAD技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中發(fā)揮的作用將進(jìn)一步提升，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：武承晨（1990-），男，江蘇常州人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造。