三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：隨著我國信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛，設(shè)計(jì)手段也產(chǎn)生了較大的變化。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中起到了非常重要的作用，更好的推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展。本文針對(duì)三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開研究和分析。

關(guān)鍵詞：三維CAD；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用和發(fā)展

0.引言

目前，全球信息技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，機(jī)械設(shè)計(jì)的水平也逐漸開始產(chǎn)生變化。此時(shí)，各類CAD軟件包的使用，使得機(jī)械設(shè)計(jì)的目標(biāo)以及設(shè)計(jì)的過程系統(tǒng)化。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維以及設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)不能有效的滿足當(dāng)今設(shè)計(jì)的需求，因此，需要開發(fā)新型的設(shè)計(jì)軟件。三維CAD技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了良好的發(fā)展平臺(tái)，與傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)相比，三維CAD技術(shù)的性能更加穩(wěn)定，技術(shù)也較為先進(jìn)，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供一定的保障。

1.三維CAD技術(shù)概述

三維CAD技術(shù)通常也被稱為建模技術(shù)，經(jīng)過了長時(shí)間的發(fā)展才逐漸形成。三維CAD技術(shù)建立在三維模型的基礎(chǔ)上，主要包括圖樣檔案管理、三維轉(zhuǎn)二維、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和仿真以及三維造型與三維設(shè)計(jì)等內(nèi)容[1]。系統(tǒng)的三維CAD技術(shù)能夠有效的滿足幾何圖形的性能需求以及形態(tài)需求，還能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的指標(biāo)進(jìn)行處理，使其達(dá)到最佳狀態(tài)。三維CAD技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)者充分的自己的創(chuàng)造力以及想象力，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用能夠較好的解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量以及工程繪圖質(zhì)量等關(guān)鍵的問題，還能夠使虛擬設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)仿真等達(dá)到完美狀態(tài)。目前，熟練的運(yùn)用三維CAD技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)人才的基本需求。

2.三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢

2.1能夠有效的提高機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量

目前，機(jī)械產(chǎn)品逐漸開始與信息技術(shù)相融合，CAD/CIMS的結(jié)合使用，為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新的發(fā)展方向。三維CAD技術(shù)使用的先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，能夠有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。除此之外，多數(shù)大型企業(yè)的數(shù)控手段都較為完整，加上CAD/CAP對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工，能夠較好的保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率。

2.2使零件設(shè)計(jì)更加便捷，提高工作效率

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，使用三維CAD技術(shù)，能夠在裝配環(huán)境中對(duì)零件進(jìn)行改革，或者利用相鄰的零件位置以及形狀設(shè)計(jì)全新的零件，能夠有效的避免了在不符合裝配的條件時(shí)造成的資源浪費(fèi)，提高了工作效率。資源查找器可以進(jìn)行零件回放，能夠?qū)⒘慵O(shè)計(jì)或改造的過程完整的體現(xiàn)出來，更好的為機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)。

2.3有效的縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)的周期

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，使用三維CAD技術(shù)，能夠有效的縮短機(jī)械設(shè)計(jì)的工期，平均可節(jié)約1/3的時(shí)間，大大提升了工作效率。在使用三維CAD技術(shù)進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)時(shí)，主要對(duì)其中的一些零件進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)即可，不需要全部替換，在提高機(jī)械設(shè)計(jì)的速率的同時(shí)，還節(jié)約了大量的成本。三維CAD技術(shù)的變形設(shè)計(jì)能力較高，可通過快速的重組，設(shè)計(jì)出全新的產(chǎn)品。

2.4能夠有效的實(shí)現(xiàn)變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)變量化與參數(shù)化設(shè)計(jì)是使用三維設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的CAD技術(shù)通常是采用固定的尺寸對(duì)幾何元素進(jìn)行定義，假如需要進(jìn)行圖畫的修改，就只能重畫，設(shè)計(jì)通常需要多次修改才能得到最終的產(chǎn)品，采用傳統(tǒng)的CAD技術(shù)通常造成設(shè)計(jì)工作延遲的現(xiàn)象[2]。雖然能夠提供一定的參數(shù)化功能，但是實(shí)現(xiàn)建立在裝配環(huán)境中的參數(shù)化設(shè)計(jì)還存在一定的問題。三維CAD設(shè)計(jì)中的變量化與參數(shù)化的模塊能夠?qū)χ慵叽绲淖兓a(chǎn)生變化，在裝配環(huán)境中能夠?qū)α慵某叽邕M(jìn)行調(diào)整，減少了修改的工作量，提升了工作效率。

2.5能夠?qū)α慵M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以及有限元分析

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能完全保證設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與實(shí)際工作需要數(shù)據(jù)的高度相似，零件使用的可靠性會(huì)大大降低，還可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)因素的出現(xiàn)。三維CAD技術(shù)能夠?qū)α慵M(jìn)行有限元分析，將重要的零件數(shù)據(jù)參數(shù)化后輸入到有限元網(wǎng)絡(luò)中，然后對(duì)零件的振動(dòng)情況、變形情況以及變形優(yōu)化進(jìn)行分析。當(dāng)結(jié)果不符合裝配需求時(shí)，就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，提高了工作效率以及安全系數(shù)的同時(shí)，還有效的節(jié)約了成本。

3.三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.1生成實(shí)體裝配圖

零件實(shí)體設(shè)計(jì)完成后，采用系統(tǒng)運(yùn)行中的資料分析，在運(yùn)動(dòng)的某處，按照零件所在的位置進(jìn)行裝配，這一過程能夠通過CAD軟件的三維編輯功能來實(shí)現(xiàn)，提升了零件的可靠性。

3.2零件與裝配圖的實(shí)體生成相應(yīng)的實(shí)體建模

在CAD的三維建模中，通常可采用實(shí)體模型、線框模型以及表面模型三種方式進(jìn)行。一些實(shí)體建模功能的CAD軟件中，存有一些基本的體系，例如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中，就含有集中系統(tǒng)，包括楔形體、圓柱體、立方體等。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)較為簡單的零件來說，可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，拆分成為幾種基本體，然后開展三維實(shí)體造型，對(duì)零件的差、交以及并進(jìn)行布爾運(yùn)算，最終得到實(shí)體模型[3]。對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件來說，可先使用二維幾何元素構(gòu)造，對(duì)零件的截面輪廓進(jìn)行定義，然后在通過三維的實(shí)體造型中的拉伸或者旋轉(zhuǎn)得到全新的“基本體”，最終通過差、交以及并等得到合適的三維實(shí)體造型。

3.3檢查零件部件設(shè)計(jì)

使用三維CAD技術(shù)，能夠在原裝的機(jī)械中設(shè)計(jì)全新的零件，還能夠參照附近的機(jī)械零件設(shè)計(jì)全新的機(jī)械零件。使用三維CAD技術(shù)能夠使相鄰的零件與全新的零件更好的結(jié)合，避免出現(xiàn)嚴(yán)重誤差。

結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)功能不斷的向前發(fā)展，三維CAD技術(shù)將會(huì)得到更全面的發(fā)展，更好的為機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王其芳. 三維CAD技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響[J]. 煤礦機(jī)械. 2009（04）

[2] 林黎明.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2010（14）

[3] 劉書君.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)工程與裝備. 2009（11）

作者簡介：

蔡澤能（1984—），男，侗族，貴州錦屏縣人，貴州大學(xué)學(xué)士，貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助教，研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)