計算機(jī)輔助設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

郭瑋 張康 陳沖

摘要：計算機(jī)本身功能較多，包括計算能力以及圖形處理能力等，輔助設(shè)計技術(shù)對其進(jìn)行合理應(yīng)用，給相關(guān)技術(shù)人員提供幫助，共同設(shè)計產(chǎn)品。上世紀(jì)五十年代，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)出現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如建筑、機(jī)械以及交通等，產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量得到有效提升。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)輔助設(shè)計;機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計;應(yīng)用

一、計算機(jī)輔助設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用意義

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)可以借助強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計算能力和圖形處理分析能力，以及繪圖軟件實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的精確設(shè)計。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計相比，計算機(jī)輔助設(shè)計可以提高設(shè)計效率與精度，使一些工程零件可以得到最大程度的精確設(shè)計。由于計算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)高速、準(zhǔn)確的計算，在設(shè)計零件的時候，就可以獲取零件的精確數(shù)據(jù)，減少設(shè)計誤差。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計中，設(shè)計人員一般都通過手工操作的方式進(jìn)行圖紙繪制，對于產(chǎn)品而言，這種設(shè)計方式就可能會存在誤差。如果利用計算機(jī)輔助設(shè)計，就可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的有效開發(fā)和修改，使產(chǎn)品質(zhì)量能夠得到保證。

（一）實(shí)現(xiàn)和人腦思維適應(yīng)性的匹配

計算機(jī)輔助設(shè)計可以幫助設(shè)計人員獲得更加開闊的思維。由于設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品的時候需要提前進(jìn)行構(gòu)思，再通過具體的繪圖進(jìn)行表達(dá)，因此，若是能夠使這一表達(dá)方式更加具體、形象，就可以有效提高設(shè)計的準(zhǔn)確性。計算機(jī)可以設(shè)計出三維模型，使構(gòu)思的產(chǎn)品更加具體。通過三維模型可以反映出產(chǎn)品的屬性、形狀，對產(chǎn)品設(shè)計具有一定的輔助作用。

（二）提升機(jī)械設(shè)計的工作效率

利用計算機(jī)輔助設(shè)計可以進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)計的工作效率。設(shè)計師頭腦中構(gòu)思的物體狀態(tài)可通過三維模型進(jìn)行展示，不管產(chǎn)品有多復(fù)雜，這種模型都可以展現(xiàn)出非常全面的信息。再利用計算機(jī)強(qiáng)大的計算功能對實(shí)體進(jìn)行計算，化復(fù)雜為簡易的纖細(xì)線型，這樣就可以有效降低設(shè)計難度，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。

（三） 方便對機(jī)械設(shè)計零件修改

采用計算機(jī)輔助設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對零件的修改，使各種零件的設(shè)計都可以順利完成。由于不同零件所面臨的環(huán)境不同，因此，在開展設(shè)計的時候就需要搜集環(huán)境的信息和零件的信息，使零件設(shè)計更加方便快捷。設(shè)計之后，就可以根據(jù)需求對零件進(jìn)行有效搭配，減少不必要的設(shè)計誤差。在裝配環(huán)境下，機(jī)械設(shè)計工作人員可以根據(jù)箱子的形狀在較短的時間內(nèi)設(shè)計出和箱子相匹配的箱蓋。如果零件設(shè)計完畢后，發(fā)現(xiàn)需要有修改的地方，也可以利用計算機(jī)進(jìn)行修改。修改完畢后，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械設(shè)計步驟。

（四）提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量

計算機(jī)輔助設(shè)計代表著信息技術(shù)，其與機(jī)械設(shè)計的融合體現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域正在不斷與時俱進(jìn)。許多機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計的過程中，需要借助計算機(jī)這一技術(shù)進(jìn)行輔助，提高質(zhì)量，使其在未來的應(yīng)用中有保障。計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)能夠提高設(shè)計精度，使產(chǎn)品的設(shè)計得到進(jìn)一步優(yōu)化，確定產(chǎn)品是否受力均勻，性能是否可以達(dá)到要求。同時，計算機(jī)輔助設(shè)計還能夠找出產(chǎn)品設(shè)計中存在的問題，剔除不足，實(shí)現(xiàn)整體產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化。對于許多企業(yè)而言，需要通過精確的機(jī)械設(shè)計提高產(chǎn)品質(zhì)量，而計算機(jī)輔助設(shè)計可以對機(jī)械設(shè)計零件的位置、大小和形狀進(jìn)行準(zhǔn)確描述，使設(shè)計人員的設(shè)計意圖得到準(zhǔn)確表達(dá)。機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展正隨著計算機(jī)的應(yīng)用而蒸蒸日上，其產(chǎn)品的質(zhì)量也會得到保障。

二、計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

在計算機(jī)輔助設(shè)計中，包含五個環(huán)節(jié)，分別為設(shè)計、建模、協(xié)同、集成以及仿真。同時所包含的內(nèi)容有優(yōu)化設(shè)計以及分析有限元等。當(dāng)下，在計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)中，輔助繪圖的成熟度不斷提升。計算機(jī)輔助設(shè)計所包含的內(nèi)容不斷豐富，例如優(yōu)化設(shè)計、接口技術(shù)以及概念設(shè)計等等。如果CAD系統(tǒng)比較健全，其中還需包括圖形程序庫以及應(yīng)用程序庫等。

（一）機(jī)械零件

在對機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計時，通常會包含眾多計算。舉例來說，當(dāng)位于AutoCAD以及Visual Basic平臺時，做好多項(xiàng)設(shè)計工作，包括直線共軛內(nèi)嚙以及齒輪泵輪等，科學(xué)應(yīng)用人機(jī)對話這一形式，針對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行有效改正，使齒輪泵應(yīng)用性能得到有效提升。通常設(shè)計普通機(jī)械零件時，對該方法進(jìn)行應(yīng)用。

（二）機(jī)械設(shè)備

在機(jī)械設(shè)計過程中，設(shè)計機(jī)械模具這一問題的發(fā)生率較高。針對注塑模具而言，其具備突出計算機(jī)輔助設(shè)計特征，通過對其進(jìn)行有效掌握與了解，使計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的優(yōu)勢更為強(qiáng)大，明確目前計算機(jī)輔助設(shè)計的狀況及其發(fā)展方向。除此之外，也需充分了解注塑模具多項(xiàng)構(gòu)成部分，主要包括冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、模具系統(tǒng)，還有已經(jīng)成型的零件尺寸的設(shè)計，在較大程度上強(qiáng)化模具設(shè)計及便捷性與精確性。

（三）機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)

在機(jī)械設(shè)計中，機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)占據(jù)至關(guān)重要的位置，是其必不可少的組成部分。比如，針對全液壓推土機(jī)，探究其行使靜壓驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，在此過程中，科學(xué)、合理應(yīng)用VB6.0平臺以及計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)。不僅需要完成傳統(tǒng)牽引性能的計算，也需要針對液壓系統(tǒng)，對其多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計算，比如速度與參數(shù)校核等。

（四） 機(jī)器人

對于機(jī)械設(shè)計而言，機(jī)器人的重要性不言而喻，是其綜合體現(xiàn)。舉例來說，SCARA機(jī)器人具備鮮明特征，包括速度快、靈敏性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高等，充分應(yīng)用Pro/E動態(tài)仿真原理，將其作為重要前提，通過應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計以及機(jī)器人特征與優(yōu)勢，對下棋機(jī)器人的各項(xiàng)操作進(jìn)行探析，包括手掌運(yùn)動過程、運(yùn)動特征以及范圍等，進(jìn)而明確這一機(jī)器人的實(shí)際尺寸與型號。在應(yīng)用Pro/E動態(tài)仿真系統(tǒng)的過程中，能夠?yàn)檫\(yùn)動控制的實(shí)時性提供重要保障，強(qiáng)化其安全性與可靠性。

（五） CAD在逆向工程中的應(yīng)用

針對逆向工程而言，有其重要目標(biāo)，即吸收先進(jìn)技術(shù)。因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員的素質(zhì)與能力較低，所獲得的財政支持較小，并且技術(shù)條件滯后，所以在我國，這一工程的發(fā)展速度比較慢。在逆向工程中，不僅應(yīng)用產(chǎn)品，而且應(yīng)用物理模型，在拆卸原產(chǎn)品時完成新產(chǎn)品物力模型的構(gòu)建，從而制造全新產(chǎn)品。

（六）在零件裝配觀察中的應(yīng)用

在計算機(jī)輔助設(shè)計中，需要根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的特征，找到設(shè)計的主旨，確保產(chǎn)品的設(shè)計準(zhǔn)確度。利用計算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和運(yùn)算能力，可以化復(fù)雜為簡單，化實(shí)物為模型，使設(shè)計人員能夠有效結(jié)合模型開展產(chǎn)品設(shè)計。由于計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)在我國的應(yīng)用處于摸索階段，尤其與發(fā)達(dá)國家相比，還存在較大的差距，因此，我國要加大自主研發(fā)力度，使計算機(jī)的輔助設(shè)計技術(shù)走向新的階段。在機(jī)械設(shè)計中，需要盡量提高產(chǎn)品的設(shè)計精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量，而這則需要計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的鼎力支持。

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計中能夠提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)和圖形的簡化分析。為了進(jìn)一步提升機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計加工效率，需要有關(guān)設(shè)計人員加強(qiáng)對計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的研究應(yīng)用。需要注意的是，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)大多來自于發(fā)達(dá)國家，我國自主研發(fā)的較好，將其應(yīng)用在機(jī)械產(chǎn)品加工設(shè)計中和國外相比仍有較大的差距。為此，還需要有關(guān)人員加強(qiáng)對計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的自主研發(fā)力度，結(jié)合社會主義經(jīng)濟(jì)市場發(fā)展需要和對該技術(shù)的應(yīng)用情況提升計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用水平，加大力度宣傳計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，從而為計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用提供更為廣闊的空間。

三、 結(jié)束語

總而言之，近年來，我國經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展與創(chuàng)新，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中取得長足進(jìn)步，發(fā)揮著不可替代的作用與影響。不過，相較于西方發(fā)達(dá)國家，我國的計算機(jī)輔助技術(shù)仍舊存在較大落差，因此，相關(guān)設(shè)計人員需要投入更多時間與精力，不斷更新技術(shù)與設(shè)計理念，針對計算機(jī)輔助設(shè)計，對其研發(fā)能力進(jìn)行有效提升，由此更好應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，加強(qiáng)計算機(jī)輔助設(shè)計效率與質(zhì)量，促進(jìn)我國機(jī)械工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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