三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用探究

史 越

（東北石油大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江大慶,163318）

隨著科技的日新月異，CAD技術(shù)在各個領(lǐng)域也被廣泛運用，而機械設(shè)計也字其幫助下帶來了新的發(fā)展。目前三維CAD技術(shù)已逐漸取代二維CAD，成為機械設(shè)計發(fā)展過程中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 三維CAD技術(shù)概述

1.1 三維CAD技術(shù)定義

三維CAD技術(shù)，也叫建模技術(shù)，是從二維技術(shù)發(fā)展而來，成為整個CAD技術(shù)的核心組成部分。三維CAD技術(shù)出現(xiàn)在上個世紀(jì)60年代，由線框建模發(fā)展到曲面建模，再到實體建模、參數(shù)化建模，直到當(dāng)前的產(chǎn)品集成建模、行為建模等，是一個長期的發(fā)展過程。

1.2 三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢

（1）促進新產(chǎn)品的開發(fā)

對于機械新產(chǎn)品的研究之處，利用三維 CAD技術(shù)快速直觀的進行模型構(gòu)建，更具立體感，也能夠逼真的將零件造型用動畫形式表現(xiàn)出來，更易讓人發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不足之處，一目了然。而且三維CAD技術(shù)的應(yīng)用能夠降低機械設(shè)計的難度，使得產(chǎn)品的創(chuàng)新更加容易，也推動了機械設(shè)計工作人員的創(chuàng)新能力，加快了新產(chǎn)品開發(fā)的腳步。如圖1所示，對挖掘機造型的新設(shè)計，通過三維CAD技術(shù)建模，可以清晰明了的進行對比調(diào)整，快速的設(shè)計出最佳的挖掘機。

（2）提高機械設(shè)計效率

三維CAD軟件的合理應(yīng)用，能夠有效的提高機械設(shè)計的效率，降低機械設(shè)計過程因為細(xì)微零件的裝配的失誤率。利用三維CAD技術(shù)的各種軟件，能夠直觀的展現(xiàn)圖形設(shè)計的模型，通過對形狀、位置甚至零件的觀察，而盡快的完成機械設(shè)計。

（3）保證機械設(shè)計質(zhì)量

三維CAD技術(shù)的合理應(yīng)用，使得機械設(shè)計更加科學(xué)，利用CADAM、Solid-Edge以及CADDS等軟件，可以進行運動仿真，限元受力分析，產(chǎn)品虛擬建模等，讓設(shè)計人員直觀的檢驗產(chǎn)品，找出最佳的設(shè)計方案，保證機械設(shè)計的質(zhì)量。

（4）縮短設(shè)計周期

三維 CAD 軟件進行機械設(shè)計周期縮短，主要表現(xiàn)在可以利用系統(tǒng)對機械產(chǎn)品進行重新構(gòu)建。簡單來說，就是當(dāng)產(chǎn)品的某一零部件出現(xiàn)變化，系統(tǒng)會相應(yīng)的使機械整體進行改變，成為全新的，尺寸合理匹配的機械產(chǎn)品。

2 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

（1）進行機械產(chǎn)品的零件與裝配圖建模

三維CAD技術(shù)對于機械設(shè)計來講，是一種重要核心的輔助工具，尤其是對于產(chǎn)品零件和裝配圖的實體建模，具有重大的意義。通常線框、表面、實體建模是CAD技術(shù)中的三種基本方式，但是在三維CAD技術(shù)中，提供了包括立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體等六種基本建模體系。這樣的軟件技術(shù)發(fā)展，對于機械產(chǎn)品中，不同種類樣式的零件進行實體建模都有一定的幫助，可以通過對零件的分解，在運用交、并以及差等布爾運算，完成機械零件的三維造型實體建模。當(dāng)然對于機械產(chǎn)品零件的實體建模后，可以使用CAD軟件將各項資料進行整理分析，重新整合出新的機械裝配圖形，便于產(chǎn)品質(zhì)量的保證以及機械設(shè)計效率的提高。

（2）檢驗機械零部件設(shè)計

利用三維CAD系統(tǒng)軟件，使用建模或者動畫播放形式，直觀快速的對機械產(chǎn)品的零部件裝配情況進行演示。同時還可以使用資源查找器，對機械產(chǎn)品中某一零件的修改而進行新機械產(chǎn)品模型的構(gòu)建，增加了機械零部件之間的適配準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)零件出錯而導(dǎo)致整個機械產(chǎn)品裝配的失敗。這樣自動化的對零部件進行檢驗，更加清晰直觀，在保證機械產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也大大的縮短了設(shè)計周期。如下圖2所示，可以看出因為某一機械零件進行了修改調(diào)整，而三維CAD軟件系統(tǒng)做出整體適配調(diào)整，而呈現(xiàn)出不同形狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)實體建模。

圖2 機械零部件在三維CAD技術(shù)的更改建模應(yīng)用

2.2 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的優(yōu)勢

（1）實現(xiàn)機械設(shè)計過程的全面信息化

利用計算機信息技術(shù)的幫助使用三維CAD技術(shù)，不僅實現(xiàn)了機械設(shè)計過程的數(shù)字化，還進行了產(chǎn)品的虛擬仿真建模組合，提前檢驗機械產(chǎn)品設(shè)計的問題，及時解決調(diào)整，大大的縮短機械設(shè)計時間，提高效率，也保證了機械設(shè)計的質(zhì)量。這樣在整個機械產(chǎn)品建造完成前的一系列工作，都呈現(xiàn)出機械設(shè)計過程的全面信息化，推動了三維CAD技術(shù)與機械技術(shù)的進一步發(fā)展。

（2）縮短機械設(shè)計的周期

三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計過程中的廣泛應(yīng)用，除了能夠有效快速的檢驗機械產(chǎn)品外，還能提高設(shè)計效率和質(zhì)量，對機械產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量提高進行強有力的保障。除此之外，三維CAD技術(shù)還能夠縮短機械設(shè)計的周期，對機械產(chǎn)品的某以零部件進行修改，就會導(dǎo)致整個機械產(chǎn)品改型，重新讓各零部件組合連接，成為匹配機械產(chǎn)品的尺寸，將傳統(tǒng)的機械設(shè)計效率提高了3-5倍，也縮短了機械設(shè)計周期。

如在切割器設(shè)計中應(yīng)用三維CAD軟件，如果想將原來開口為150mm切割器，修改為3mm，僅需要在軟件上，將裝配圖上的15mm調(diào)整為300mm，三維CAD系統(tǒng)就會根據(jù)修改，自動的將切割器的驅(qū)動軸、鋼絲刷以及配重塊、加強板等做尺寸的相應(yīng)調(diào)整，快速的重新組建新的切割器模型，出現(xiàn)全新的切割器機械產(chǎn)品，如圖3所示。

圖3 切割器的三維CAD技術(shù)應(yīng)用

（3）發(fā)揮了創(chuàng)新設(shè)計

在傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，對于機械產(chǎn)品的創(chuàng)新具有一定的難度，仿型設(shè)計產(chǎn)品過多，加上對與機械尺寸的修改比較困難，且所花費的成本過高。因此，在機械產(chǎn)品的設(shè)計上，多是常規(guī)設(shè)計，創(chuàng)新機械產(chǎn)品較少，很難具有實質(zhì)性的機械創(chuàng)新。而依靠三維CAD技術(shù)，可以在原有機械設(shè)計模型上，通過新理論、技術(shù)的創(chuàng)新，進行立體感強的觀察對比，設(shè)計出逼真的創(chuàng)新機械產(chǎn)品。這樣的技術(shù)應(yīng)用，充分的激發(fā)了機械設(shè)計人員的創(chuàng)新靈感，帶來了機械設(shè)計的新氣象。

2.3 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中存在的問題

三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的廣泛應(yīng)用，在設(shè)計上時間縮短了，同時提高了機械設(shè)計的效率與質(zhì)量，也對機械設(shè)計帶來了創(chuàng)新，激發(fā)了機械設(shè)計工作人員的創(chuàng)新能力。這樣的有效幫助，實現(xiàn)了三維CAD技術(shù)與機械設(shè)計的巧妙結(jié)合，促進機械設(shè)計的進一步發(fā)展。但是在進行三維CAD技術(shù)實際推廣應(yīng)用過程中，也出現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)為缺乏熟練操作三維CAD技術(shù)的工作人員，不能充分發(fā)揮出三維CAD技術(shù)的輔助功能。

三維CAD技術(shù)是在二維CAD技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步的發(fā)展，無論是技術(shù)還是質(zhì)量上都具有革命性的突破，所以才能夠為機械設(shè)計帶來一系列的優(yōu)勢。正因為三維CAD技術(shù)的功效強大，因此它也是一個復(fù)雜多樣的系統(tǒng)，具有很強的科學(xué)技術(shù)性。因此，在獲得三維CAD技術(shù)幫助，促進機械設(shè)計的發(fā)展時，必須首先精確熟練的掌握三維CAD技術(shù)的真正輔助功能，才能真正意義上發(fā)揮三維CAD技術(shù)功效。但是目前，對于三維CAD技術(shù)精通熟練掌握的工作人員卻大量缺乏，他們對于三維CAD技術(shù)只懂得皮毛，不能在機械設(shè)計過程中，發(fā)揮出三維CAD技術(shù)的真正作用，導(dǎo)致機械制造企業(yè)的三維CAD技術(shù)應(yīng)用效果不佳。

目前，很多制造業(yè)的工作人員，在使用三維CAD技術(shù)進行機械設(shè)計的過程中，主要是為了繪制機械設(shè)計平面圖，作為直觀的實體建模。其實，在傳統(tǒng)的CAD技術(shù)應(yīng)用時，是作為機械平面繪圖工具使用的，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，也賦予了三維CAD技術(shù)有限元受力分析、產(chǎn)品優(yōu)化、整體空間設(shè)計等全新輔助功能。因此，要想實現(xiàn)三維CAD技術(shù)的真正意義，就必須從本質(zhì)上去探討其的真正設(shè)計輔助功能，不能僅僅停留在平面設(shè)計圖的繪制上。

2.4 三維CAD技術(shù)對機械設(shè)計的影響

無論是三維CAD技術(shù)自身的特征與發(fā)展優(yōu)勢，還是其在機械設(shè)計過程中所顯現(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢與輔助功效，都注定了三維CAD技術(shù)與機械設(shè)計的密切關(guān)系，在未來成為機械設(shè)計領(lǐng)域的主要趨勢。在CAD技術(shù)的不斷進步提升上，三維CAD技術(shù)作為目前核心的主要技術(shù)，對傳統(tǒng)的機械設(shè)計帶來了新一輪的挑戰(zhàn)，必將成為機械設(shè)計領(lǐng)域的又一次變革發(fā)揮。首先表現(xiàn)在機械產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新意識上，傳統(tǒng)的機械設(shè)計受到技術(shù)的限制，只能在尺寸上進行調(diào)整修改，缺乏創(chuàng)新意識，而三維CAD技術(shù)軟件利用計算機建模，可以直觀立體的激發(fā)機械設(shè)計人員的創(chuàng)新能力，帶來更多的創(chuàng)新機械產(chǎn)品。其次，由于三維CAD技術(shù)都是通過計算機來實現(xiàn)完成的，因此可以說三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計過程中實現(xiàn)了全程智能化。

3 結(jié)語

機械制造業(yè)是我國的基礎(chǔ)行業(yè)，它的進步發(fā)展離不開機械設(shè)計的突破。三維CAD技術(shù)的出現(xiàn)為機械設(shè)計發(fā)展提供了具體的工具與途徑，它在機械設(shè)計過程中，具有二維CAD技術(shù)所不能達(dá)到的優(yōu)勢，因此成為機械設(shè)計中新的核心工具，帶來了機械設(shè)計的新發(fā)展與變革。因此，為了保證機械設(shè)計的不斷發(fā)展，要努力精通掌握三維CAD技術(shù)，真正的發(fā)揮其對機械設(shè)計的輔助功效。

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