計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的運用探討

關(guān)鍵詞：計算機輔助設(shè)計;CAD技術(shù);機械設(shè)計及制造

隨著計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，該技術(shù)以其精確性高、效率高、速度快等優(yōu)勢在機械設(shè)計及制造領(lǐng)域占有一席之地。在機械設(shè)計及制造行業(yè)，應(yīng)用CAD技術(shù)，可以有效提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，縮短整個工程設(shè)計的周期，減輕了設(shè)計人員的工作壓力，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，本文重點針對計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的運用進行深入探究。

一、計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)概述

計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)是一種可以將具體或抽象的事物及其特征以數(shù)據(jù)和圖形為載體通過計算機轉(zhuǎn)化為具體精準(zhǔn)的三維立體幾何的方法，是機械設(shè)計中最為重要的設(shè)計，其核心技術(shù)是三維技術(shù)，也叫建模技術(shù)。而三維技術(shù)是在二維平面技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，設(shè)計人員可以將實物或者大腦里抽象的事物通過計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在電腦中呈現(xiàn)出來，以達到可視化的目的，這不僅可以使設(shè)計師的想象充分發(fā)揮，還能檢驗設(shè)計出的幾何圖形是否滿足圖形和性能要求。此外，CAD技術(shù)的應(yīng)用讓零部件設(shè)計更精準(zhǔn)，很多機械設(shè)計也更易實現(xiàn)，進而實現(xiàn)機械制造的成功[1]。換句話說，計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)給現(xiàn)代機械設(shè)計注入了新的血液，大大加速了機械設(shè)計的發(fā)展。

目前CAD技術(shù)課程已經(jīng)被引入到大學(xué)很多專業(yè)課程設(shè)置當(dāng)中，隨著CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其核心三維技術(shù)也得到了突飛猛進的發(fā)展。三維技術(shù)的快速發(fā)展也極大的加速了相關(guān)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，其模型也從最初的線框建模演變到特征建模，憑借其高效強大的設(shè)計功能，成為現(xiàn)代機械設(shè)計師必須熟練掌握的技術(shù)之一。目前，機械CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)的整個過程中，機械工藝設(shè)計中對產(chǎn)品的草圖、建模等均能利用CAD軟件解決。由此可見，CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計和制造方面起著關(guān)鍵性作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代化制造業(yè)不可分割的一部分。

CAD系統(tǒng)主要包括兩大類，分別是硬件部分和軟件部分。硬件部分保證了計算機可以正常運行，為物質(zhì)基礎(chǔ);而軟件部分為CAD設(shè)計過程中最為核心的部分，很大程度上決定了計算機的功能，因此CAD系統(tǒng)不是一個單獨的軟件而是由硬件和軟件共同組成的。其中軟件又由支撐軟件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件3部分構(gòu)成，且不同軟件又有不同的任務(wù)。首先，系統(tǒng)軟件的工作對計算機內(nèi)部的資源進行管理和劃分。支撐軟件則是一種輔助軟件，主要是為開發(fā)其他軟件做基礎(chǔ)的，進而高效開發(fā)某個軟件。而應(yīng)用軟件是一種操作比較靈活的軟件，其主要作用是幫助計算機中支撐軟件以及其他軟件，且操作者可以通過自定義設(shè)置來解決不可預(yù)料的問題。

二、計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)優(yōu)勢

（一）零件設(shè)計更加便捷直觀

傳統(tǒng)的機械設(shè)計主要是設(shè)計師將自己的設(shè)想畫在紙上，很難立體的展現(xiàn)出來。而使用計算機輔助設(shè)計CAD軟件時，不僅可以利用旁邊多余的空間設(shè)計新零件，也可在裝配環(huán)境中設(shè)計新零件，不但可以減少由單獨設(shè)計的零件不規(guī)范而導(dǎo)致的拼接失敗，操作起來還很方便快捷，極大的提高了效率。計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)由于其可視化且高精度的特點，使其在設(shè)計零件裝配時，有效提高適配效率以及零件之間裝配的精準(zhǔn)度。該技術(shù)還支持檢驗和模擬運動，可在正式適配前發(fā)現(xiàn)問題，因此，設(shè)計師可及時調(diào)整零件參數(shù)，以及時解決問題達到合格標(biāo)準(zhǔn)。

（二）設(shè)計周期縮短

研究發(fā)現(xiàn)，隨著計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)的成熟和快速的推廣，大幅度縮短了機械設(shè)計的周期。根據(jù)相鄰位置零件的形狀與特征，設(shè)計師可以快速設(shè)計出新的零件，且設(shè)計樣本不會丟失，都可以保存計算機中。由于事先積累了大量的樣本零件，當(dāng)設(shè)計師需要某一種零件時，如果已經(jīng)保存在設(shè)計庫中可直接拿出來使用，因此在設(shè)計新的機械零件時可以大幅度提高效率[2]。此外，計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)還有很多實用的功能，比如可以調(diào)節(jié)尺寸、外形以及高度的設(shè)計功能，在設(shè)計出全新的零件的同時，大大的縮減設(shè)計師的設(shè)計時間。

（三）數(shù)據(jù)安全性的保障

設(shè)計師可以充分利用計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)平臺完成自己的設(shè)計，充分發(fā)揮自己的想象力，因為所有的操作只需要在計算機上完成，大大降低設(shè)計成本，設(shè)計完的產(chǎn)品都可以保存在計算機的硬盤里，不僅可以有效避免設(shè)計圖紙的丟失，數(shù)據(jù)泄露等問題，當(dāng)再一次查找該設(shè)計樣本的時候也會更加方便快捷，此外通過設(shè)置計算機的開機密碼進行加密還可有效的防止他人竊取重要設(shè)計資料。綜上所述，在設(shè)計安全的保護方面，計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)較傳統(tǒng)圖紙有著得天獨厚的優(yōu)勢。

三、計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

（一）制造業(yè)中的應(yīng)用

目前CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類制造業(yè)，其中汽車設(shè)計、航天器、智能家電等制造業(yè)應(yīng)用最多。

（二）工程設(shè)計中的應(yīng)用

1.建筑設(shè)計。包括方案設(shè)計、三維制造、建筑渲染圖設(shè)計、平面布景、建筑構(gòu)造設(shè)計、小區(qū)規(guī)劃、日照分析、室內(nèi)裝潢等各類CAD軟件。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括平面結(jié)構(gòu)設(shè)計、框/排架結(jié)構(gòu)計算和分析、高層結(jié)構(gòu)分析、地基及基礎(chǔ)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工等。

3.設(shè)備設(shè)計。包括水、電、暖各種設(shè)備及管道設(shè)計。

4.城市規(guī)劃、城市交通設(shè)計。如城市道路、高架、輕軌、地鐵等市政工程設(shè)計。

5.市政管線設(shè)計。如自來水、污水排放、煤氣、電力、暖氣、通信（包括電話、有線電視、數(shù)據(jù)通信等）各類市政管道線路設(shè)計。

6.交通工程設(shè)計。如公路、橋梁、鐵路、機場、港口、碼頭等。

7.水利工程設(shè)計。如大壩、水渠、河海工程等。

8.其他工程設(shè)計和管理，如房地產(chǎn)開發(fā)及物業(yè)管理、工程概預(yù)算、施工過程控制與管理、旅游景點設(shè)計與布置、智能大廈設(shè)計等。

（三）電氣和電子電路方面的應(yīng)用

CAD技術(shù)早期僅使用于電路原理圖及平面設(shè)計等工作。發(fā)展至今，CAD技術(shù)已經(jīng)擴展到各行各業(yè)，比如印刷電路

板的設(shè)計和集成電路設(shè)計，因此，也推動了微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展。

（四）仿真模擬和動畫制作

由于CAD技術(shù)有仿真模擬的功能，因在可以真實的模擬很多場景，如機械零件的加工處理過程、模擬軍演、汽車駕駛、貨輪進出港口、農(nóng)業(yè)機械模擬耕作、車禍現(xiàn)場以及自然災(zāi)害等現(xiàn)象[3]。在電影等娛樂產(chǎn)業(yè)方面，通過計算機合成出仿真畫面，可以將抽象的事物用逼真的畫面顯示出來。此外，技術(shù)人員通過技術(shù)合成將虛擬動畫和實際背景融合在一起，在電影更加生動形象，讓觀眾體驗到視覺盛宴。

四、CAD技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用分析

（一）CAD技術(shù)在機械建模過程中的應(yīng)用

在整個機械設(shè)計過程中，建模時非常關(guān)鍵的一步，需要對機械產(chǎn)品進行檢驗，判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，很多情況下建模種類分為線框、表面以及實體三種。由于CAD技術(shù)不斷成熟且加以完善，設(shè)計人員在機械建模和設(shè)計零件時所產(chǎn)生的工作量也隨之減少，設(shè)計效率大幅度提高。此外，傳統(tǒng)機械建模第一步就是要先畫圖紙，然后再根據(jù)搜集到的數(shù)據(jù)確定設(shè)計方案和參數(shù)，在設(shè)計過程中會經(jīng)常出現(xiàn)不確定因素，并對設(shè)計過程產(chǎn)生影響。而CAD技術(shù)可由設(shè)計者自由建模，并對用戶的需求進行分析，包括產(chǎn)品的尺寸規(guī)格等，通過計算機的自動化建立虛擬模型，可以加快展現(xiàn)產(chǎn)品的性能，并且誤差較小[4]。

（二）CAD技術(shù)在機械繪圖中的應(yīng)用

機械繪圖工作非常考驗設(shè)計者的機械理論與專業(yè)能力，尤其是傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法，通過筆繪圖，這不僅消耗設(shè)計人員的大量時間精力，還會存在一定的誤差，所以用CAD技術(shù)繪圖的這種方法被廣泛的應(yīng)用到機械設(shè)計的過程中。CAD技術(shù)的應(yīng)用包括繪圖、圖像處理及編輯，這所有的操作都可用計算機軟件來完成，只要設(shè)計人員熟練的掌握CAD技術(shù)，就可以快速的繪制出圖紙，并可以對圖紙隨意的修改保存，精準(zhǔn)度也相應(yīng)的提高。通過CAD技術(shù)大大減少了繪圖時間，也減輕了設(shè)計者的精神投入，從而降低繪圖成本。所以CAD技術(shù)的使用成為了機械行業(yè)發(fā)展的重要因素。

（三）CAD技術(shù)在機械設(shè)計精準(zhǔn)度與質(zhì)量控制中的應(yīng)用

CAD技術(shù)最大的優(yōu)勢在于計算能力與圖形處理能力，通過這兩個方面可有效的解決設(shè)計過零件程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。零件的質(zhì)量問題一般是零件精準(zhǔn)度不夠?qū)е?，?yīng)用CAD技術(shù)就能有效地改善這一情況。從現(xiàn)在的CAD技術(shù)發(fā)展來看，零件設(shè)計制造的成功率得到了極大的提高，而且CAD技術(shù)還在不斷的發(fā)展與完善，這樣就能讓零件與模型數(shù)據(jù)保持一致，機械設(shè)計的質(zhì)量也得到極大的提高[5]。CAD技術(shù)也會改變設(shè)計人員的設(shè)計思維，促使設(shè)計人員的設(shè)計思維得到提升，從而滿足產(chǎn)品的創(chuàng)新型。設(shè)計過程中，可以及時發(fā)現(xiàn)零件的缺陷并加以修正，不僅提高了設(shè)計知道的成功率，還有效的提升整體質(zhì)量。

五、結(jié)語

計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)因其操作簡單、儲存性、安全性等獨特優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實生活中，尤其在機械制造業(yè)。此外CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)和建筑設(shè)計等方面也發(fā)揮著重要作用，盡管技術(shù)還存在開發(fā)成本高等不足和缺點，有些應(yīng)用還無法兼容，但隨著產(chǎn)品設(shè)計師的不斷優(yōu)化和改善，未來CAD技術(shù)將更具優(yōu)勢，給予相關(guān)工作人員提供更強大的平臺，在機械設(shè)計及制造方面起到關(guān)鍵性作用。

參考文獻：

[1]吳楠.計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計，2021，38（11）：146.DOI：10.13841/j.cnki.jxsj.2021.11.028.

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[3]李欣.基于UG平臺下計算機輔助技術(shù)在機械設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].化工管理，2020（19）：77-78+90.

[4]武承晨.計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（06）：235-236.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2020.06.120.

[5]楊明陽.計算機輔助設(shè)計CAD技術(shù)在機械設(shè)計及制造中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2019（03）：196-197.

云南省教育廳科學(xué)研究基金項目 ?課題 ?基于AutoCAD標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化設(shè)計研究 ? 項目編號：2021J1068）

作者簡介：涂祖蕾 性別：女 年月： 1978年9月 民族：漢族 籍貫：云南昭通 學(xué)歷： 碩士研究生 ? ? 職稱：講師 ? 研究方向：機械制造及自動化