CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用研究

岳曉博

摘要：CAD技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)80年代美國(guó)開(kāi)發(fā)的繪圖程序軟件包，如今已經(jīng)發(fā)展為國(guó)際廣泛應(yīng)用的繪圖工具，能夠?qū)崿F(xiàn)二維及三維圖形的高效繪制，繪圖效率更高、精度更高、個(gè)性化更強(qiáng)，在多個(gè)領(lǐng)域中都有著普遍應(yīng)用。而CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中的應(yīng)用則有效解決了機(jī)械重復(fù)設(shè)計(jì)等問(wèn)題，并提高了設(shè)計(jì)效率與效益，保障資源利用率等?；诖耍疚谋銍@CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開(kāi)論述，重點(diǎn)分析了CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用策略。

Abstract： CAD technology is a drawing program software package developed by the United States in the 1980s. Now it has developed into a drawing tool widely used internationally， which can achieve efficient drawing of two-dimensional and three-dimensional graphics， with higher drawing efficiency， higher precision and personality. It is more intensive and widely used in many fields. The application of CAD technology in the field of mechanical design and manufacturing effectively solves the problems of mechanical repetitive design， improves design efficiency and benefits， and ensures resource utilization. Based on this， this article focuses on the application of CAD in mechanical design， focusing on the application strategy of CAD technology in mechanical design and mechanical manufacturing technology.

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì);機(jī)械制造技術(shù)

Key words： CAD technology;mechanical design;mechanical manufacturing technology

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0193-02

0? 引言

在機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械制造技術(shù)方面，CAD技術(shù)的應(yīng)用不僅能進(jìn)一步改善機(jī)械設(shè)計(jì)效率，同時(shí)還能保障機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，推動(dòng)機(jī)械制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)化智能化，加強(qiáng)企業(yè)的綜合水平，更好地應(yīng)對(duì)外部競(jìng)爭(zhēng)。在我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)型的時(shí)代背景下，單一的CAD平臺(tái)軟件也漸漸無(wú)法滿足企業(yè)越來(lái)越多樣的需求，所以CAD平臺(tái)軟件的多元化發(fā)展也成為了當(dāng)下的迫切需求，只有全面掌握并應(yīng)用CAD技術(shù)，靈活融合CAD技術(shù)，才能不斷提高我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造水平，并推動(dòng)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

1? 機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期

三維CAD機(jī)械設(shè)計(jì)不但可以很好地改善復(fù)雜的幾何造型問(wèn)題，同時(shí)還能通過(guò)簡(jiǎn)易的集合實(shí)體和運(yùn)算功能來(lái)構(gòu)建靈活的復(fù)雜性集合實(shí)體，可以自動(dòng)生成相貫線及截交線，進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)工作的整體工作量，還能將機(jī)械設(shè)計(jì)的周期進(jìn)行縮減，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率和機(jī)械生產(chǎn)效率。三維CAD軟件的應(yīng)用在機(jī)械開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)方面僅需重新設(shè)計(jì)或制造部分零散部件，可以承襲多數(shù)部件的設(shè)計(jì)參數(shù)信息，從而大大提高機(jī)械設(shè)計(jì)的整體效率。除此之外，CAD軟件還具有完善的變形設(shè)計(jì)能力，可以快速重建并產(chǎn)生新的機(jī)械產(chǎn)品。

1.2 便捷性的零件設(shè)計(jì)和修正

三維CAD軟件能夠在已裝配的條件下設(shè)計(jì)新的機(jī)械零件，利用原有裝配相鄰零件的位置信息和形狀信息等配置信息實(shí)現(xiàn)新零件的設(shè)計(jì)，并且新零件的適用性也能得到保障，新零件和舊零件的契合性也相對(duì)較高。通過(guò)這一方式設(shè)計(jì)新零件還可以規(guī)避獨(dú)立性機(jī)械設(shè)計(jì)可能面臨的誤差現(xiàn)象，避免裝配失敗等問(wèn)題。如在裝配環(huán)境下實(shí)施零件設(shè)計(jì)時(shí)，可以進(jìn)行實(shí)地考察，更為高效地獲取周邊零件的具體信息，基于此設(shè)計(jì)的零件可以很好地滿足周?chē)慵男枨?，順利完成零件裝配。此外，三維CAD軟件還可以在零件修正方面發(fā)揮輔助作用，在零件修正時(shí)通過(guò)資源查找器尋找零件的設(shè)計(jì)步驟命令，結(jié)合這一命令了解零件的設(shè)計(jì)步驟及順序，通過(guò)查找器的有關(guān)指令完成零件修改，能夠直接點(diǎn)擊修改目標(biāo)實(shí)現(xiàn)零件的修改。

1.3 加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量及質(zhì)量水平

機(jī)械產(chǎn)品和信息技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效融合，并且CAD設(shè)計(jì)模式與CIMS組織生產(chǎn)使得機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)得到了進(jìn)一步提高。三維CAD技術(shù)采取先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，如優(yōu)化、有限元受力分析等，這也能夠進(jìn)一步提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。大型企業(yè)數(shù)控加工系統(tǒng)相對(duì)較為完善，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用CAD/CAM/CAPP等技術(shù)手段進(jìn)行機(jī)械零件加工可以獲得較為顯著的收效，保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。三維機(jī)械設(shè)計(jì)不但能提高對(duì)象形狀大小等幾何信息的描述便利性，而且還可以賦予設(shè)計(jì)對(duì)象體積、慣性矩等信息參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)象幾何形狀的數(shù)學(xué)描述以及運(yùn)作狀況的物理模擬等，能夠更加全面且精確地表現(xiàn)出設(shè)計(jì)意圖[1]。

2? CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用

2.1 CAD技術(shù)與機(jī)械制圖的結(jié)合，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力

2.1.1 CAD技術(shù)和機(jī)械繪圖原理的結(jié)合應(yīng)用

若想充分發(fā)揮CAD技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員需要將手工繪圖知識(shí)和CAD技術(shù)的繪圖原理、繪圖流程等理論內(nèi)容實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，從而提高機(jī)械制圖的綜合水平。同時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員還需要具備一定的空間想象能力與圖形分析能力，才能將機(jī)械制圖中的手工繪圖原理在CAD輔助設(shè)計(jì)中得以應(yīng)用，充分發(fā)揮CAD技術(shù)的高效繪圖價(jià)值，繪制機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的三維模型，進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的效率性與質(zhì)量。基于此，將CAD技術(shù)和機(jī)械繪圖原理進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用能夠?yàn)槠髽I(yè)的產(chǎn)品制造構(gòu)建更具高水平化的機(jī)械制圖技術(shù)和機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 CAD技術(shù)和機(jī)械繪圖的協(xié)調(diào)應(yīng)用

企業(yè)若想保障機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，關(guān)鍵便在于機(jī)械制造的制圖模塊，所以機(jī)械設(shè)計(jì)人員需要具備足夠的機(jī)械知識(shí)理論與機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，全面了解機(jī)械繪圖原理及CAD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造繪圖的電子化，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量水平，將機(jī)械制圖和CAD技術(shù)兩種模式進(jìn)行協(xié)調(diào)應(yīng)用，需要嚴(yán)格根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)以及人工繪圖的機(jī)械設(shè)計(jì)模式實(shí)施設(shè)計(jì)規(guī)劃，并將CAD計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一結(jié)合，滿足機(jī)械制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用以及發(fā)展需求。

2.1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造的標(biāo)準(zhǔn)化制圖

CAD技術(shù)是融合機(jī)械制圖的現(xiàn)代化繪圖技術(shù)，包含了有關(guān)的繪圖原理及繪圖技巧等，從而在整體上達(dá)到了機(jī)械設(shè)計(jì)制造制圖標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)。機(jī)械制造企業(yè)的產(chǎn)品大多具有一定的獨(dú)特性特征，所以在結(jié)合應(yīng)用過(guò)程中需要進(jìn)一步協(xié)調(diào)并優(yōu)化模塊設(shè)計(jì)，確保整體效果與作用能夠在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中得以展現(xiàn)，使得機(jī)械制圖和CAD技術(shù)在內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)更深一步的優(yōu)化。所以設(shè)計(jì)人員需要不斷提高自身的機(jī)械制圖設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)水平，合理操作CAD技術(shù)軟件，利用CAD技術(shù)來(lái)提高機(jī)械制圖設(shè)計(jì)的可行性。機(jī)械制造企業(yè)需要結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)來(lái)為設(shè)計(jì)人員普及有關(guān)的制圖技巧和知識(shí)，并進(jìn)行CAD軟件應(yīng)用與更新的培訓(xùn)活動(dòng)，讓機(jī)械設(shè)計(jì)人員能夠按照自身的專(zhuān)業(yè)水平掌握CAD軟件的繪圖功能操作程序，也了解軟件繪圖的有關(guān)規(guī)律。機(jī)械制造企業(yè)還需要為設(shè)計(jì)人員創(chuàng)設(shè)和諧穩(wěn)定的工作設(shè)計(jì)環(huán)境，保證設(shè)計(jì)人員能夠在這一環(huán)境下提高自身的設(shè)計(jì)動(dòng)力和三維空間想象力，不斷提高設(shè)計(jì)規(guī)劃的創(chuàng)新力，實(shí)現(xiàn)兩種模式的有效融合，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造的創(chuàng)造力[2]。

2.2 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.2.1 應(yīng)用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品建模

CAD技術(shù)中的三維建模具有多種功能工具可以做到零件的實(shí)體建模，針對(duì)零件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格進(jìn)行分析，并將其拆分為多個(gè)構(gòu)建體，再通過(guò)三維CAD技術(shù)將構(gòu)建體進(jìn)行組建，運(yùn)用布爾運(yùn)算分析構(gòu)建體，繪制出產(chǎn)品零件的三維實(shí)體組建模型。面對(duì)一些較為復(fù)雜的零件，也可以通過(guò)三維CAD軟件的草圖繪制工具建立實(shí)體模型，需要先描出產(chǎn)品零件的截面圖，之后利用CAD軟件進(jìn)行抽殼拉伸等操作，繪制零件的幾何圖形，之后按照產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)信息進(jìn)行模型的調(diào)整，確保幾何圖形的外形和數(shù)據(jù)能夠與零件達(dá)成一致。如對(duì)于葉輪產(chǎn)品零件的設(shè)計(jì)便可以將原本的二維CAD繪圖導(dǎo)入到三維CAD軟件草圖中，之后通過(guò)變形拉伸等操作工具繪制出三維實(shí)體，能夠有效改善繪圖的效率與準(zhǔn)確性，提高繪圖與產(chǎn)品的契合性。

2.2.2 應(yīng)用CAD進(jìn)行產(chǎn)品修改

根據(jù)產(chǎn)品系列劃分類(lèi)別是機(jī)械制造生產(chǎn)過(guò)程中區(qū)別產(chǎn)品的重要方法，同時(shí)根據(jù)不同系列新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品和換代產(chǎn)品間的實(shí)際改變進(jìn)行劃分，可能只是添加某一項(xiàng)性能部件或在外形規(guī)格上有所差異，都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的參數(shù)帶來(lái)影響。應(yīng)用CAD技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)的快速變更，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的換代設(shè)計(jì)。CAD技術(shù)在產(chǎn)品建模期間通常會(huì)應(yīng)用參數(shù)化建模的形式，通過(guò)參數(shù)來(lái)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品建模過(guò)程中的各項(xiàng)步驟以及產(chǎn)品外形規(guī)格、結(jié)構(gòu)特征等，若對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的尺寸或結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分變更，通常修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模中的有關(guān)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更新。通過(guò)CAD來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品修改不僅能快速實(shí)現(xiàn)精確化的變更，而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其他部分并不需要重新設(shè)計(jì)，有效降低了設(shè)計(jì)工作量，并提高設(shè)計(jì)效率[3]。

2.2.3 應(yīng)用CAD軟件生成實(shí)體零件圖及裝配圖

在零件裝配方面，根據(jù)產(chǎn)品裝配技術(shù)流程，應(yīng)用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的裝配模擬，或應(yīng)用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配路徑的存儲(chǔ)、查找，在CAD軟件中保存記錄，在后續(xù)機(jī)械運(yùn)作期間若發(fā)現(xiàn)模擬裝配中有存在異常的零件，那么可以在軟件中針對(duì)裝配模擬過(guò)程來(lái)查找零件裝配流程，其他零件不需要進(jìn)行拆卸便可以快速找到零件異常的成因和發(fā)生位置。在找到故障源后，也可以應(yīng)用CAD技術(shù)對(duì)有關(guān)零件進(jìn)行修改，提高設(shè)計(jì)精確性，更加直觀地實(shí)現(xiàn)零件裝配，使得零件圖和裝配圖的制圖效率大大提高。

2.3 CAD技術(shù)在實(shí)體生成中的應(yīng)用

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造來(lái)說(shuō)，CAD技術(shù)的應(yīng)用也能夠在實(shí)體生成中發(fā)揮巨大優(yōu)勢(shì)，CAD技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體生成中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在實(shí)體建模中，針對(duì)目前機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)體建模來(lái)說(shuō)，能夠選擇的模型類(lèi)型較為靈活，而應(yīng)用較為廣泛的主要有立方體和球形兩種。在機(jī)械零件三維實(shí)體模型構(gòu)建期間，CAD技術(shù)的應(yīng)用只需要明確零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征即可，可以實(shí)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)的劃分，使零件形成多種結(jié)構(gòu)體，在這一條件下對(duì)基本模型進(jìn)行三維實(shí)體構(gòu)造，之后應(yīng)用立體學(xué)和有關(guān)的布爾運(yùn)算進(jìn)行模型拼接，形成零部件的整體構(gòu)造。在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與生成方面，一般不會(huì)沿用單一的模型結(jié)構(gòu)類(lèi)型，而是通過(guò)集中模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)模型的結(jié)合應(yīng)用，保證零件模型的生成質(zhì)量[4]。

3? 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)也在不斷進(jìn)步與更新，在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中CAD技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，這不僅促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)水平的進(jìn)步，同時(shí)也加強(qiáng)了機(jī)械制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。但CAD技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然具有一定差距，因此還要進(jìn)一步提高CAD技術(shù)的研究深度，為機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用提供更有利的條件，促進(jìn)機(jī)械制造領(lǐng)域的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙元.淺析CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展[J].中外企業(yè)家，2018（21）：124.

[2]王治海.CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展探討[J].四川水泥，2016（12）：109.

[3]張麗.機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的CAD技術(shù)應(yīng)用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（03）：35.

[4]陳格.論CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐[J].建材與裝飾，2015（45）：245-246.