基于CAD在機械設計中應用的探索性研究

【摘 要】CAD技術是隨著電子計算機技術的快速發展而逐步發展起來的，隨著機械制造業的穩步發展以及CAD技術的迅速進步廣泛應用，CAD在機械設計中的應用也越來越廣，人們也越來越重視CAD技術對于機械設計的重要性。本文針對CAD在機械設計中應用進行了簡單的敘述，然后分析了CAD技術在機械設計中的缺點以及改善策略，最后對CAD技術的發展趨勢做出總結。

【關鍵詞】CAD；機械設計；應用；研究

所謂的CAD是英文Computer Aided Design的縮寫，意思是計算機輔助設計，是由計算機強大的數值計算能力和圖形處理能力來輔助技術工作人員進行工程或產品的設計與分析。目前CAD已經廣泛應用在航天、電子、建筑、汽車、機械、工程等各個方面，并提高了產品設計的效率。并且為后期判斷調整創造了有利的條件。

１．CAD技術在機械設計中應用的主要體現

隨著現在計算機電子技術的快速發展，現在CAD已經成為了一門綜合性的應用技術。在機械設計中也越來越多的與CAD技術相結合，CAD技術在機械設計中主要應用有以下幾個方面：

1.1多維幾何的繪圖

進行機械產品設計，所需要處理的信息就是圖形和數據兩個方面。其中，繪圖的工作量占有比較大。二維圖形的處理目標就是繪制傳統的工程圖，在進行二維工程繪制圖前，應該要符合它的圖形軟件。在CAD應用中，繪圖軟件較多，功能也都參差不齊。但是他們都以交互式繪圖為主，都能進行各種圖形的設計和編輯。但是要是想真正發揮CAD的繪圖功能，就要在繪圖軟件包得基礎上，按照專業開發具有宏命令功能的參數化繪圖軟件。建立相應的圖形符號庫。使工作人員無需復雜的操作，就可以進行自動設計繪圖。

1.2圖形及符號庫

將復雜圖形分解成許多簡單圖形及符號，先存入圖形符號庫中，需要的時候調出來，經編輯修改后插入到另一圖形中去，從而使圖形設計工作更加方便快捷。

1.3模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學技術的不斷發展和創新，制造行業的生產技術不斷提高從普通機床到數控機床和加工中心從人工設計和制圖到CAD，制造業正像數字化方向發展。模具技術，技術涵蓋了整個現代制造業。一個完整的軟件系統是有多個多功能的模塊組成的。例如圖形編輯、數控加工、動態顯示等。這些模塊應該以工程數據庫為基礎，進行統一的管理。實體造型是工程數據的主要來源之一。

1.4工程分析

實踐中較為常見的普遍是有限元分析、優化設計以及動力學分析等， 除此之外， 特定的設計對象還對應有專屬的工程分所問題。

2.CAD在機械設計中應用的優勢及缺點

2.1零件設計方便快捷

使用三維CAD系統，可以在裝配的環境中設計零件，也可以利用相鄰零件的位置形狀來設計新零件，方便快捷。避免了單獨設計零件的弊端。資源查找器中的文件回放功能還可以把零件造型的相關過程通過動畫的方式來播放，讓人一目了然。

2.2縮短了機械設計的周期

采用三維CAD技術有利于解決復雜的幾何造型，等系列的問題設計工作人員的任務量，縮短了接近一半的周期，使機械設計的效率提高了很多，同時，三維CAD系統具有高度變型設計能力，通過快速重構，可以得到全新的一種機械產品。

2.3在裝配環境中裝配零件方便直觀

在裝配的生產過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件間的配置關系。如果裝配的不正確就會及時的顯示。另外外部零件還可以隱藏，隱藏了外部零件就可以讓我們更清楚的看到內置的裝配結構。及時的檢驗是否達到了設計的要求，避免了產品生產出來之后才發現有需要改進的地方。

2.4 CAD技術在機械設計中的不足

一個方面是雖然CAD技術取代圖板繪圖工具，但是并非真正意義上的設計。當前，很多單位都是借助CAD軟件來獲取效果圖，缺乏相對的整體性。

另一個重要的方面就是真正掌握CAD的技術人才相對較少，隨著計算機電子技術的快速發展，CAD系統變得也越來越復雜多變，因此想要熟練的掌握CAD的軟件技術不是一件容易的事情，絕大多數的設計人員都沒有接受過非常正規的專業訓練和培訓，導致對CAD的了解程度有限，因此在設計機械零部件的時候有可能會存在一定的不足。

3.CAD技術在今后機械設計中的發展趨勢

隨著計算機電子技術的快速發展，CAD的技術在之后的發展還是向規范化、智能化、集成化的方向發展。

3.1標準化

標準化的趨勢主要表現以下在幾個方面：數據模型的標準化、數據交換格式的標準化和CAD資源的規范化等。數據模型應采用STEP 標準體系。隨著STEP標準體系的逐步完善，它對于幾何數據、工程數據模型的思想，將作為新一代CAD系統的開發指南。靠以前的一些標準接口已經無法完全滿足CAD 數據交換的要求。目前，參數化特征模型的傳輸還是一個世界難題。

3.2智能化

在智能化方面的進步主要表現在特征造型和參數設計的采用。軟件不只是提供一些繪制的工具去讓人們去使用，也不再將占線面數據存儲在一起，而忽略其內在聯系。特征和參數的引入使得軟件似乎成為人類一個更聰明的助手。CAD軟件應該更大限度地將工程數據概念集成到數據模型中。

3.3集成化

集成化是CAD發展技術的另一大趨勢。CAD技術并不是孤立的。首先，它集成了CAD/CAE/CAPP/CAM及各個應用領域的技術。同時，由于Internet 的發展，使得這些設想得以實現。如何構造在Internet 體系上的CAD/CAM 集成化系統將會是人們之后追蹤的熱點。

4.總結

總體上來說，CAD技術的快速發展必將對制造業產生深遠的影響，對提高我國機械制造業競爭力起到舉足輕重的作用。我國目前CAD軟件不論是研發水平還是從商品化程度上都與發達國家有比較大的差距。當前CAD技術水平正處在一個過渡的時期，所以我們一定要看清我們的劣勢和結合我們的優勢，在政府的大力支持的情況下，緊跟時代潮流，立足于國內并結合國情，面向國內經濟建設的需要，開發創造出帶有自己特色符合中國人習慣的CAD軟件。 [科]

【參考文獻】

［１］張啟明.CAD技術[M].人民交通出版社，2005.

［２］王定標，郭茶秀，向颯.CAD/CAE/CAM技術與應用[M].化學工業出版社，2005.