三維CAD技術在機械設計中的應用

溫月祥

（秦皇島市海港區迎賓路廣播電視臺視聽之友報社，河北 秦皇島 066001）

機械設計是機械工程的基礎環節之一，它對整個機械生產鏈起著至關重要的作用，而機械設計的水平和質量很大程度上都體現在技術水平上。文章將通過分析三維技術對機械設計的影響、舉例說明三維技術在機械設計中的應用、指出三維技術對機械設計中的優勢以及尚還存在的問題來說明三維CAD技術在機械設計中的應用。

1 三維技術對機械設計的影響

（1）打造信息化的制造過程。設計人員可以利用現代信息處理技術實現了數字化的機械設計，同時還可以運用三維CAD實現動感仿真以及虛擬組裝，也就是說在產品完工之前甚至加工之前就找到問題，盡早解決問題，這樣不僅提高了機械設計的質量和水平，也縮短了設計的時間。目前機械設計已經從以往的繪圖發展到如今的虛擬制造、智能設計、三維建模以及CAD/CAE/CAM集成階段，實現了設計和生產的一體化流程。

（2）營造創新性的設計氛圍。相對于傳統設計，新型設計依靠三維CAD技術可以在設計階段根據一些新的科技理念和理論及相關的專家系統，進行設計創新，不僅可以建立多種機構來對比構型，同時由于設計的效果好、立體感強還可以更加激發設計人員的構思，促使設計人員設計出更好的產品。

2 三維CAD技術在機械設計中的具體運用

（1）零部件設計檢查。設計人員能夠在三維CAD系統的裝配環境中運用簡單快捷的操作來設計新的零部件，同時也可以通過操作相關的零部件來設計新的零部件。這樣，在三維CAD技術的支持下，相鄰的零部件之間可以更好地結合，減少了誤差，降低了設計的失敗率。

（2）零件與裝配圖的實體生成。線框模型、表面模型和實體模型是CAD的三種三維建模方法，擁有實體建模功能的CAD系統中都有一些基本的體系：簡單的零件可以在結構分析的功能下分解成不同的基本體，這些基本題通過三維實體造型和布爾運算，就可以得出零件的三維實體模型；復雜的零件，通常是先在二維幾何元素構造中定出零件的幾面輪廓，之后再在三維造型中通過一些操作得到基本體，最后通過布爾運算得到三維實體造型。

3 三維CAD技術在機械設計中的優勢

（1）提高機械產品的質量和技術含量。現代機械生產在三維CAD技術的支持下，利用先進的設計方法來提高機械設計的水平保證產品的設計質量，如優化、產品的虛擬設計、有限元受力分析、運動方針等。機械產品本身就是與信息技術相融合的，再加之采用CAD、CIMS組織生產，如此一來，機械產品的設計就有了新的發展。

（2）促進零件的裝配更加方便與直觀。由于CAD軟件的發展，三維設計形象、直觀設計人員再設計零件的時候可以運用三維實體甚至是帶有相當復雜運動關系的三維實體進行設計，實現設計階段的模擬裝配、模擬運轉，從而使設計更加接近實際過程。

（3）減少機械設計時間、提高機械設計效率。在三維設計中，其基本思想之一就是實現參數化、變量化設計。無論是傳統的CAD繪圖軟件還是現有的二維繪圖軟件都實現不了參數化設計。但在三維CAD的參數化、變量化設計版塊中，零件可以根據結構尺寸的變化而自行更改以達到合適的效果；同樣，當零件的尺寸和形狀發生變化的時候，其他相關結構也會隨之變化。這樣，三維CAD技術就可以幫助機械設計減少大量的工作量，使工作時間減少了近三分之一，而工作效率卻提高3～5倍，縮短機械設計的周期，從而提高了生產的效率。

（4）促進實現CDA/CAM集成。由于三維設計可以實現CAD/CAM的集成，這就意味著在三維CAD的技術下，產品在從設計到制造的整個全過程，通過信息集成和信息流自動化，可以保證加工的產品與設計完全精確吻合，使CAM可以直接獲取CAD的信息進行加工。而按照傳統做法，工作人員是根據CAD設計出來的圖紙進行數控加工編輯的，因此不可避免地造成了在CAD和CAM中有兩套一樣的零件數據，很容易導致管理上的混亂。

4 三維CAD技術在機械設計中的不足及分析

在機械設計的過程中，三維CAD技術的確具有很大的優勢。但該技術在實際的推廣使用中，并不是所有的企業效果都很好，具體表現在以下幾個方面：

（1）缺乏三維CAD技術的專業人才。首先，三維CAD系統本事就是一個復雜的系統，不是所有設計人員都很熟練地掌握的，甚至很多接受過CAD系統應用培訓的設計人員都對CAD的部分功能還很模糊，這種情況對設計人員完成機械設計是一個很大的障礙。其次，由于在現代社會人才的流動性很大，而且三維CAD技術的培訓成本很高，這難免打擊了某些企業對培育CAD人才的積極性。因此造成了精通三維CAD的技術人員缺乏的情況。

（2）未實現真正的輔助設計。就目前而言，很多企業在CAD軟件的選擇上表現出很多錯誤的觀點。有些企業采用三維CAD技術運用CAD軟件只是簡單地為了追求三維效果，并沒有真正的意識到三維CAD軟件的潛能和三維CAD技術的優勢。對于機械設計，他們還只是停留在傳統的設計方法上，也僅僅只是利用計算機制圖，如此一來，CAD軟件也就失去了它真正的意義和功能。還有些企業的錯誤表現在軟件的選擇上，他們盲目追求那些高端的CAD軟件，如Pro/Engineer、UG等。對于中小型企業來說，這些功能強大的軟件價格不菲而且難掌握，這樣一來投入過大而軟件的功能卻未必完全發揮。因此，企業在選擇CAD軟件的時候一定要實事求是，根據自身的情況、實際需求以及企業近期的發展目標來選擇適宜的軟件，不要盲目追求功能強的軟件，要考慮到性比價、服務、軟件商的技術支持度等各因素。

5 結語

我國的制造業正隨著技術的不斷發展而發展壯大，中國制造如何轉變為中國創造這有賴于產品的設計創新。在機械設計中，三維CAD技術是重中之重也是未來的發展趨勢，它是企業在激烈的市場競爭環境中立足的法寶。未來計算機不斷完善的功能、信息的智能化處理，這都使CAD三維技術的未來發展前景良好。