試論CAD技術在機械設計中的應用

摘要：隨著計算機技術的飛速發展，在進行機械產品設計時越來越多的使用CAD（計算機輔助設計）技術。CAD技術在機械設計工作中的應用不僅極大的降低了機械設計人員的工作量、提高工作效率，而且能夠極大的降低產品設計的成本，有利于及時的發現設計過程中所存在的問題。本文就CAD技術在機械設計中的應用進行了簡單的闡述。

關鍵詞：CAD 機械設計 應用

1.概述

機械設計主要是根據用戶的定制要求對機械產品進行結構、形狀等設計。機械設計的主要目標是在滿足各種條件約束（材料、加工性能等）的前提下，設計出成本最低、性能最好、可靠性高以及效率高的產品。機械產品設計的好壞直接關系到產品的質量，能否達到使用要求，以及維護的容易性。機械產品成本的70%在產品的設計階段就已經決定。因此，機械產品的設計工作對于企業在降低技術成本方面是非常重要的。機械產品設計涉及到結構、運動方式、力（力矩）、材料、潤滑等多方面內容，傳統的依靠設計者的知識、經驗和遠見的設計方式已經遠遠不能滿足現代產品的要求。

隨著計算機技術的飛速發展，計算技術應用到機械設計中得到了廣泛的應用。利用計算機軟件在機械產品的設計階段進行方案確定、尺寸確定、結構設計等都會極大的方便設計人員。CAD技術在機械設計中的應用極大的降低了設計人員的工作量，提高了設計人員的工作效率，同時降低了企業的設計成本。

2.CAD技術

2.1 CAD技術簡介

上世紀60年代發展起來的CAD（Computer Aided Design）技術主要是利用計算機強大的數值分析計算能力和圖形處理能力幫助工程技術人員進行工程和產品設計的技術。它具有工程和產品的設計、三維建模、仿真、圖形繪制等多種功能。CAD技術目前已經被廣泛的應用到機械、航天、船舶、輕工等多個領域內。

CAD技術是將人與計算機進行結合，將工程人員的設計通過計算機的圖形顯示以及強大的計算能力實現。機械設計的整個過程包括分析和綜合。人創造性的思維活動是進行機械產品設計的關鍵部分，將設計的思維和方法經過綜合、分析后轉換成計算機所能求解的數學模型后經過計算機計算得到最終的結果。計算機的作用是分析計算和對信息進行處理，計算機可以完成信息管理、圖形繪制、三維模型建立、優化等數值分析計算。將人與計算機兩者相互結合，將各自的優勢發揮出來可以更快更好更準確的實現設計結果，并且縮短設計周期。

2.2 CAD 技術

CAD技術是工程人員以計算機為基本的工具，對機械零件、裝配件等產品的圖紙繪制、分析等設計活動的總稱。根據具體的設計工作，CAD一般包括二維CAD和三維CAD。二維CAD技術通常使用的軟件是Auto CAD，CAXA等軟件；三維CAD系統現在廣泛使用的包括Proe/Engineer，Solidworks，UG軟件等。

通常實際中使用的CAD二維繪圖功能可以將工程技術人員從手工繪圖的勞動解放出來，實現設計質量的提高和設計速度的提升。計算機三維設計包括三維模型的建立、三維模型的裝配、曲面設計、機構運動分析、注塑分析等。三維設計可以將工程人員的設計通過計算機圖形的方式進行表達。

3 .CAD技術在機械設計中的應用

3.1 機械設計

機械設計是機械工程的一個重要組成部分，是進行機械生產和產品設計的第一步。機械設計直接關系到產品的性能，產品成本等多方面。根據用戶的要求對所需要的產品進行工作原理、結構、使用方式、力的傳遞、零件的材料選取、形狀尺寸確定等。產品設計是后面產品制造的依據以及產品使用過程中維修、維護的重要依據。

機械設計的目標是在滿足各種約束條件的前提下，設計出最好的機械產品。通常的設計目標包括最好的工作性能、最低的成本、最小的重量、高可靠性、高的傳遞效率等。這些目標之間有可能是互相矛盾的因此需要設計者在進行設計的過程中，傳統的設計方式是設計者根據已有的經驗進行選取。由于傳統的設計方式存在主觀性，因此現在越來越多采用科學的計算實現機械設計的優化設計。

3.2 CAD技術在機械設計中的應用

CAD技術在機械設計中的應用通常是二維圖紙的繪制和三維模型的建立。二維圖紙的繪制通常是指使用Auto CAD技術進行點、線、面的繪制工作，并且能夠將費時費力的圖紙修改等后續工作以高速、精確的方式完成。

CAD的三維建模方法有線框模型、表面模型和實體模型。具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。對簡單的零件，可通過對其進行結構分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。

對于復雜的零件，僅有基本體系不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構造中定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到需要零件的三維實體造型。在零件實體構造完成后，將零件可以進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。

三維CAD系統可以將設計出來的零件進行裝配，將零件的相互位置和形狀表達出來，有效的避免了單獨設計零件可能導致的后期裝配失效。三維裝配可以對零件之間的裝配關系進行記錄，一旦發現裝配不正確可以進行及時的修改。這樣的話不僅極大的降低了生產成本，而且能夠提高生產的效率。在進行裝配完成之后，三維CAD能夠對整個機器的裝配件進行運動模擬演示，可以實現對機構運動行程要求的檢測，已驗證行程是否達到使用要求。

4. 總結

隨著計算機技術的發展，計算機輔助設計會在設計工作中發揮越來越大的作用。CAD技術軟件技術在飛速的發展，越來越多的軟件。這些軟件根據自身的屬性，在不同應用范圍內得到了廣泛的應用，極大的節省了設計制造的時間周期，并且能夠對設計產品的精度有所提高。

參考文獻：

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