三維CAD技術在機械設計中應用探討

劉小雄

摘 要：隨著三維CAD 技術的發展，三維圖形已由過去的輔助作用，迅速擴大到現在貫穿于設計和生產的全過程。針對當前三維CAD 技術在機械設計領域發展的實際情況，現對三維CAD 設計技術作了系統、全面、深入的分析。根據三維CAD設計的技術特點，探討了現代機械設計人員必備的技術要求。

關鍵詞：三維CAD；機械設計；信息化設計

三維造型設計技術是利用計算機模擬一個三維空間，設計人員直接在這個三維空間里設計物體的模型，描述自己的設計意圖。三維CAD造型技術設計理念的興起，對傳統的機械設計模式帶來了極大的沖擊。與平面二維CAD技術是利用投影圖描述物體相比，過去軸測圖、透視圖等三維圖形一般是作為機械設計的輔助圖樣，而三維機械設計三維圖形卻貫穿于整個設計以及制造過程中。幾何形體的三維空間描述比傳統的二維空間描述表現的更真實、更準確、更全面。由于三維設計具有傳統的平面二維設計所無法比擬的優越性，目前三維造型設計技術在機械設計中己成為主流。

1 三維CAD設計的特點與優勢

1.1 三維CAD設計的特點

三維設計中對于任何一個位置的特定的點和空間的圖形對象，CAD都具有一個相對應的三維坐標系統，該坐標系具有可移動的用戶坐標系統，以便于局部區域的操作。同時可在計算機模擬空間的任何位置設置視點，從任意視點和方向觀察所設計對象。能將三維模型轉換成標準的多個視圖，生成帶有標注尺寸的產品圖。然后通過內置渲染器所配有的各種光源及表面材質，可根據三維模型制作真實感著色圖。

1.2 三維CAD設計的優勢

人們頭腦中所構思的設計對象就是三維形態，因此，直接用三維實體形式來描述設計對象是最直觀的描述方式。采用三維CAD 技術，使機械設計周期縮短了近1/3，提高了設計和生產效率。在用三維CAD 系統進行新機械的開發設計時，只需對其中部分零部件進行重新設計和制造，可以在裝配環境中設計新零件；利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件，可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨設計零件出現錯誤而導致裝配的失敗。同時還可以進行運動仿真，能清楚地看到機器運動的全過程，檢驗行程是否達到要求，對于在靜態下不發生干涉而在運動中出現碰撞的也可檢驗出來，從而及時對設計進行更改。由此可見，三維CAD 系統具有高度變型設計能力，能夠通過快速、精確重構及仿真，得到一種全新的機械產品。

2 三維CAD 技術對機械設計的影響

三維CAD 技術在機械設計中的特點及優勢，從根本上改變了機械設計方法，現代設計概念的引進，克服了傳統二維設計的弊端，使機械設計發生了深刻的變化。具體表現一下幾點：

2.1 三維機械設計充分發揮機械設計創新性

傳統機械設計偏重經驗，設計過程中多依靠經驗設計，且主要以機械改型設計為主，忽視了創新性的機械設計，使得機械設計產品無法實現質的飛躍。而三維CAD 技術使設計在方案設計階段，即可充分利用設計專家系統及現代科技新理論，建立多元系統進行設計造型對比，實施產品創新，同時由于三維設計立體表現的特點，能更加逼真的反映設計人員新穎的設計構思，進而得到更高科技含量的設計產品。

2.2 實現機械制造過程全面信息化

三維CAD設計系統中先進的信息處理技術不僅使設計全程計算機化，而且在設計產品加工制造之前，即可利用三維設計技術實現虛擬組裝及動態仿真，在設計產品加工前就可以發現設計是否缺陷并進行針對性改進，進而極大地提高了設計效率和設計質量。另外，隨著網絡通信的快速普及，信息傳輸技術已進入高速交流時代，使異地設計成為現實，甚至設計方案的實時異地討論、異地現場修改都已成為現實。

3 三維CAD設計展望

三維CAD 技術徹底更新傳統二維設計手段及設計方法，這就要求從事機械設計工作的設計人員提出更高的要求，不僅要具備扎實的設計理論知識、豐富的設計經驗等基本機械設計素質，還應具備熟練的計算機相關知識及科學的設計思想。總之，三維CAD 設計技術在目前機械設計中已發揮了重要的作用，使機械設計提高到全新的階段。它的迅速發展必將能滿足現代化機械設計越高的需求，為機械設計提供強有力的支持。

參考文獻

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