CAD技術(shù)與機(jī)械制圖技術(shù)融合策略

李乖云

江西省化學(xué)工業(yè)學(xué)校 江西 南昌 330001

引言

隨著CAD技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD專業(yè)繪圖軟件已被廣泛地運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中?！肮こ讨茍D”是一門以機(jī)械制圖為基礎(chǔ)，對機(jī)械圖形的基本原理與方法進(jìn)行研究的學(xué)科。其主要目的是使學(xué)生具備一定的繪畫和閱讀機(jī)械圖形、空間想象和思考能力，并具備繪畫的實(shí)踐能力。CAD是一種功能齊全、用途廣泛的通用繪圖軟件，是一種在機(jī)械制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)中非常有用的輔助工具[1]。因此，掌握CAD與機(jī)械制圖之間的關(guān)系，合理地選取CAD的切入點(diǎn)，將極大地改善機(jī)械制圖的教學(xué)質(zhì)量和效果，從而使CAD與機(jī)械制圖之間的差距得到理順，并制定出合理的教學(xué)思路，使電腦的優(yōu)勢和人類的聰明才智得到最大限度的發(fā)揮。

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于機(jī)械制造，CAD技術(shù)是從計(jì)算機(jī)技術(shù)衍生出來的。在機(jī)械加工中，如何運(yùn)用CAD技術(shù)，充分利用CAD技術(shù)，既能提高制圖精度，又能使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加合理，因而在機(jī)械制圖中起著舉足輕重的作用。如何促進(jìn)CAD和機(jī)械制圖技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，也是目前機(jī)械制造行業(yè)所關(guān)心的問題。

1 CAD技術(shù)簡述

CAD技術(shù)是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的技術(shù)，在機(jī)械制造行業(yè)中具有舉足輕重的地位，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行比較、分析、計(jì)算，最終得出最優(yōu)方案[2]。利用CAD技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)圖形的復(fù)制、刪除、放大、平移等功能，使得設(shè)計(jì)方案更具科學(xué)性，降低了設(shè)計(jì)者的工作負(fù)擔(dān)，并在建筑、機(jī)械、航空等各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械制圖中的重要作用

首先，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械繪圖CAD的應(yīng)用越來越廣泛，例如圖像處理，機(jī)械工程的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)代的企業(yè)中，CAD的基礎(chǔ)知識(shí)和三維模型的使用越來越多。其次，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是現(xiàn)代繪圖的一個(gè)重要手段，可以減少設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率，使新的產(chǎn)品更逼真、更直觀。充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的想象力，提前知道新產(chǎn)品被接受的程度，提高新產(chǎn)品的成功概率。最后，CAD技術(shù)是建立在機(jī)械制圖的基礎(chǔ)上，通過學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的知識(shí)，使其具備繪制3D圖形和手工繪制的能力，并建立起創(chuàng)意的思維。

3 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的關(guān)系

近幾年，以電腦為基礎(chǔ)的資訊科技迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域亦日益廣泛，為將機(jī)械制圖與機(jī)械CAD技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，提供了極好的機(jī)遇與技術(shù)支撐。在機(jī)械制圖中應(yīng)用CAD技術(shù)，對提高制圖效率和質(zhì)量、體現(xiàn)整體設(shè)計(jì)效果和關(guān)鍵點(diǎn)、提高設(shè)計(jì)精確度做出了重大貢獻(xiàn)。

3.1 提高繪圖的工作效率和質(zhì)量

利用計(jì)算機(jī)CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制圖，可減輕人工制圖帶來的種種不便，通過計(jì)算機(jī)及其有關(guān)軟件的自動(dòng)處理和改進(jìn)功能，極大地縮短了制圖過程中所需要的圖形計(jì)算和制作模型的時(shí)間。同時(shí)，在基本的直線、曲線、圓、多邊形等基礎(chǔ)圖形的運(yùn)用上，可以使用各種不同的方法來生成圖形，而在這些工具的幫助下，可以提供正交、物體捕捉、極軸追蹤、捕捉追蹤等功能，使得操作人員能夠很容易地反映出幾何圖形的特點(diǎn)，并且便于在設(shè)計(jì)圖中確定重要的標(biāo)定點(diǎn)。

3.2 高精度的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)

CAD設(shè)計(jì)軟件比人工繪制的精度要高得多，這極大地減少了設(shè)計(jì)中的計(jì)算和后續(xù)的制造環(huán)節(jié)的煩瑣。例如，利用CAD技術(shù)，可以在設(shè)計(jì)階段迅速地決定新產(chǎn)品的位置和外形，并將新產(chǎn)品與周圍部件進(jìn)行準(zhǔn)確的匹配，從而避免由于手工設(shè)計(jì)而造成的產(chǎn)品尺寸和精度偏差[3]?？傊?，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在現(xiàn)代機(jī)械制圖中的地位非常重要。它基于機(jī)械制圖原理，是一種以機(jī)械制圖為代表的計(jì)算機(jī)繪圖工具，極大地提高了機(jī)械制圖的現(xiàn)代化水平，同時(shí)也體現(xiàn)出了CAD技術(shù)本身的實(shí)用價(jià)值。

3.3 把握設(shè)計(jì)要領(lǐng)，展示立體效果

與傳統(tǒng)的手工繪圖方法相比，CAD技術(shù)能夠獲得非常好的立體效果，通過3D實(shí)體和曲面的方式，能讓設(shè)計(jì)圖更加生動(dòng)、具體，讓設(shè)計(jì)者能夠直觀地感受和觀察設(shè)計(jì)的思維，在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)問題，并加以改進(jìn)，從而在CAD機(jī)械繪圖中，提升設(shè)計(jì)者對設(shè)計(jì)理念的理解，并進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新。

4 將機(jī)械繪圖和CAD相結(jié)合的重要性

4.1 可以發(fā)揮更大的作用

在實(shí)際應(yīng)用中，CAD技術(shù)要與機(jī)械圖紙相結(jié)合，方能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。所以，在應(yīng)用CAD軟件時(shí)，一定要全面了解和掌握有關(guān)的原理，從而為CAD軟件的應(yīng)用提供科學(xué)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行機(jī)械制圖CAD中，由于涉及的內(nèi)容較為復(fù)雜，其自身的作用也是千差萬別。所以在實(shí)際操作中，沒有扎實(shí)的機(jī)械制圖基礎(chǔ)，又沒有把CAD技術(shù)和機(jī)械制圖結(jié)合起來，不但不能做出好的圖紙，而且還會(huì)給制圖帶來很大的麻煩。

4.2 可以畫出更好的圖形

CAD技術(shù)和機(jī)械制圖的有機(jī)結(jié)合，能生產(chǎn)出高質(zhì)量、高性價(jià)比的產(chǎn)品。機(jī)械繪圖在機(jī)械工程中占有舉足輕重的地位，是機(jī)械工程師必須具備的基礎(chǔ)技能。在進(jìn)行實(shí)際測繪時(shí)，操作人員必須準(zhǔn)確地測量物體的長度和角度。然而，由于各種因素的影響，如果在測量中出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，將會(huì)對圖形的設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的影響，從而對整個(gè)項(xiàng)目造成無法估量的損失。因此，在進(jìn)行工程制圖工作時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對制圖工具的使用方法的掌握，這不僅會(huì)給作業(yè)人員帶來困難，而且還會(huì)使作業(yè)人員的工作熱情受到影響。

4.3 設(shè)計(jì)呈現(xiàn)更直觀

在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般都是采用二維平面技術(shù)，通過把設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)目標(biāo)有機(jī)地結(jié)合在一起，從而達(dá)到預(yù)期的效果，然而由于二維平面技術(shù)的限制，許多功能和概念都不能被實(shí)現(xiàn)，而CAD技術(shù)可以有效地解決這個(gè)問題。CAD技術(shù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)3D概念，在制圖時(shí)，可以直觀地顯示出各部件的匹配情況，從而有效地提升產(chǎn)品的精度。另外，在完成了圖紙之后，還可以利用CAD技術(shù)對零件進(jìn)行模擬，以確定零件的設(shè)計(jì)有沒有不合理的地方，如果有什么不合理的地方，可以讓設(shè)計(jì)者進(jìn)行改進(jìn)，以確保零件的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求。

4.4 設(shè)計(jì)周期更短

技術(shù)相結(jié)合為廣大的機(jī)械繪圖工作者提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，可以將設(shè)計(jì)者的許多設(shè)計(jì)思想與想法通過CAD技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還可以將總體的設(shè)計(jì)思想和運(yùn)行紀(jì)錄保留下來，從而有效地解決了以往的數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)丟失等問題。此外，CAD技術(shù)中的存儲(chǔ)功能也為機(jī)器繪圖提供了安全保證，可以使設(shè)計(jì)者在計(jì)算機(jī)上發(fā)生錯(cuò)誤或樣品遺失時(shí)，可以快速地恢復(fù)。此外，設(shè)計(jì)者還可以利用CAD技術(shù)的密碼技術(shù)來保護(hù)設(shè)計(jì)作業(yè)的隱私，避免設(shè)計(jì)被盜用，保證設(shè)計(jì)人員的資料安全。

5 CAD與機(jī)械繪圖技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

5.1 在組合體視圖中應(yīng)用

通常，在機(jī)械視圖中，利用線面解法和形體分析方法，可以科學(xué)地分析和掌握直線的投射特性，并掌握基本幾何體的投射特性，并在此基礎(chǔ)上，對實(shí)體模型進(jìn)行對比和分析，使其特定的形態(tài)和相互關(guān)系得到系統(tǒng)的整理和總結(jié)。此外，利用CAD技術(shù)進(jìn)行組合體視圖的繪制和顯示，也可以利用CAD技術(shù)中的3D實(shí)體模型來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)。具體來說，可以通過不同的組合來構(gòu)建一個(gè)基本的幾何體，再根據(jù)一個(gè)合適的坐標(biāo)來顯示三維運(yùn)動(dòng)的方向，當(dāng)各個(gè)零件被移動(dòng)到對應(yīng)的位置時(shí)，就可以利用組合的方法來完成整個(gè)零件的繪制。通過以上的描述，我們可以通過CAD技術(shù)，快速、準(zhǔn)確地繪制出更多、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖，從而提高繪制的效率。

5.2 在畫法幾何中應(yīng)用

CAD技術(shù)在繪畫幾何領(lǐng)域的具體運(yùn)用，能夠通過利用坐標(biāo)的方法，實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)、線和面的繪制。此外，還可以在視圖選項(xiàng)中設(shè)置4個(gè)視角，包括主視圖、左視圖、俯視圖和西南軸線視角，并在繪制選項(xiàng)中單擊實(shí)體功能，從而建立完整的3D模型。在立體建模中，充分利用了著色線和色面的作用，并相應(yīng)地選擇了特定的線面。利用以上的運(yùn)算，詳細(xì)地分析了在不同位置的線條與面向投影線的特征，并結(jié)合了關(guān)于點(diǎn)、線的抽象知識(shí)和具體的立體圖形，從而使其能夠熟練地掌握物體的投影技術(shù)。

5.3 在剖視圖中應(yīng)用

剖面圖一般用于帶有多孔槽的零件，通過切割想象斷面，觀察和分析零件的結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在機(jī)械制圖中存在大量的虛線，而且形狀也比較復(fù)雜。所以，在繪制橫斷面時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生線的交叉和重疊，從而使繪制者難以對物體的本質(zhì)進(jìn)行想象。

CAD技術(shù)在剖面上的運(yùn)用，不但可以構(gòu)建出一個(gè)科學(xué)的零件模型，而且還可以通過CAD的切割功能，對零件進(jìn)行科學(xué)的切割，從而得到零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性。此外，利用CAD技術(shù)進(jìn)行剖面圖的繪制，也可以利用剖面的不同剖面方式，對不同部位的零件進(jìn)行切割，從而提高對剖面的認(rèn)識(shí)和掌握。通過不同的開孔和立體視圖，可以全面地觀察剖面，并繪制出零件的真實(shí)外形。

5.4 在裝配圖中應(yīng)用

機(jī)械制圖工作，不僅要把機(jī)械零件的構(gòu)造和零件畫出來，還要把多個(gè)零件的裝配工作結(jié)合起來，形成一個(gè)整體。這類圖形的繪制難度較大，總體上也較復(fù)雜。借助CAD技術(shù)，可以對零件的真實(shí)狀況進(jìn)行建模，并根據(jù)零件的裝配工藝設(shè)定圖紙，從而使裝配人員可以更直觀地理解零件的相互關(guān)系，從而可以利用圖紙和3D模型，將各種零件的組裝方法展示出來，從而為以后的組裝打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。CAD技術(shù)可以有效構(gòu)造出不同的配制工藝，減少操作員組裝的困難，同時(shí)也可以對組裝工藝有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

5.5 在基本機(jī)械形狀中的繪制

在機(jī)械繪圖階段，設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)用到多邊形、橢圓形等圖形，所以，在一些常見的圖形上，必須要有規(guī)律地排列，這樣一來，在制作機(jī)械圖紙的時(shí)候，就會(huì)變得更加的方便和快捷，從而大大提升了制圖的工作效率。

6 CAD與機(jī)械繪圖相結(jié)合的實(shí)例

6.1 將組裝圖紙分解為零件圖紙進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)

在二維平面的訓(xùn)練中，著重于對零件進(jìn)行拆繪技能的培訓(xùn)，繪制出已分離的零件的邊緣輪廓，并依據(jù)原圖上的各個(gè)視圖及其投影關(guān)系，對被遮蔽的部位進(jìn)行補(bǔ)繪，并進(jìn)行工藝檢驗(yàn)，并按照零件圖的規(guī)定，選取相應(yīng)的表示方式和規(guī)格。這對于剛學(xué)會(huì)拆解組裝圖紙的學(xué)生來說，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，他們不但要記住零件的結(jié)構(gòu)和外形，而且要熟悉零件的位置圖。

6.2 在二維平面上進(jìn)行組裝和拆卸的動(dòng)力學(xué)仿真

根據(jù)3D軟件中的組裝和拆卸步驟，將這些零件的二維圖形轉(zhuǎn)換成三維動(dòng)畫，讓學(xué)生掌握三維動(dòng)畫中的零件和組裝之間的關(guān)系。學(xué)生在觀看安全閥的立體視圖時(shí)，腦中已經(jīng)形成了一個(gè)立體的圖像，可以捕捉到二維的圖像，并將其轉(zhuǎn)化為二維的圖像。

7 融合教學(xué)中注意的問題

“機(jī)械制圖”教學(xué)應(yīng)及時(shí)關(guān)注新國標(biāo)，明確繪圖方法的簡單化，注重繪圖方法的準(zhǔn)確性。在培養(yǎng)學(xué)生繪畫實(shí)踐能力的同時(shí)，注重實(shí)踐性，在繪畫幾何方面，應(yīng)適度選擇適合的范圍，不要過分追求理論體系的完整，從而失去其實(shí)用價(jià)值。

CAD課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)要做好技術(shù)項(xiàng)目。認(rèn)真執(zhí)行機(jī)械繪圖的原理，熟悉CAD技術(shù)的使用，按照國家標(biāo)準(zhǔn)制定的機(jī)械圖紙規(guī)范，一定要注意圖紙和參數(shù)。

8 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，其應(yīng)用的范圍也在不斷擴(kuò)大。將CAD技術(shù)和機(jī)械制圖緊密結(jié)合在一起，既可以使機(jī)械制圖的品質(zhì)得到最大化，又可以提高繪圖的精度，從而更好地了解到機(jī)械零件的特性，從而為機(jī)械工程的順利進(jìn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。