機(jī)械設(shè)計(jì)制造中CAD技術(shù)的應(yīng)用論述

陳勇　王琪

【摘要】隨著高科技的迅猛發(fā)展，CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用也越來越廣泛。本文簡單介紹CAD系統(tǒng)的組成、發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用現(xiàn)狀，并重點(diǎn)對其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)制造：0AD技術(shù)；應(yīng)用

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0006-01

CAD也就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。它為工程技術(shù)人員解決了很多困難，給設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)軟件、分析軟件以及繪圖軟件，并且很容易掌握，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中已被廣泛地應(yīng)用，它具備漢化工程繪圖系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)具有如下功能：設(shè)計(jì)圖形、修改圖形、具有很大的存儲量等等，同時，還能夠進(jìn)行刪除、查詢、更新等操作，與人們的繪圖習(xí)慣相對應(yīng)。它不需要畫圖板，也不需要繪圖儀器以及描圖員，且設(shè)計(jì)出來的施工圖的質(zhì)量都相當(dāng)?shù)母摺Ｋ跈C(jī)械方面的設(shè)計(jì)能力是非常強(qiáng)的，能夠進(jìn)行有限元分析以及機(jī)械制造等。總而言之，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中融入CAD技術(shù)不僅可以將工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量提高，還能大大縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1.CAD系統(tǒng)的組成

CAD系統(tǒng)包括軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)主要兩個方面：CAD軟件、有關(guān)的輔助模型，而硬件系統(tǒng)主要包括個人計(jì)算機(jī)、工程工作站、圖形輸入設(shè)備和圖形輸出設(shè)備等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，硬件已經(jīng)不是阻礙CAD發(fā)展的主要因素，而決定其發(fā)展的是CAD軟件與有關(guān)的輔助模型。CAD軟件可以分為以下三個類別：交互式圖形顯示軟件、CAD應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)管理軟件，由于某些專業(yè)性企業(yè)的繪制內(nèi)容存在著差別，這樣就會出現(xiàn)幾種CAD系統(tǒng)一起運(yùn)行的情況，對于這種情況，應(yīng)該要協(xié)調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)一配置的數(shù)據(jù)資源庫。

2.CAD系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 CAD的發(fā)展?fàn)顩r

CAD技術(shù)最初的名字是交互式圖形學(xué)研究計(jì)劃，在20世紀(jì)60年代就已出現(xiàn)，由于當(dāng)時計(jì)算機(jī)的應(yīng)用成本非常高，因此，只有那些波音航空公司以及通用汽車公司運(yùn)用了該技術(shù)。

進(jìn)入20世紀(jì)70年代的時候，由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用成本大大降低了，這樣一來，交互式繪圖系統(tǒng)在美國工業(yè)中的應(yīng)用極為廣泛，接著由于出現(xiàn)了PC機(jī)，使得CAC技術(shù)達(dá)到了迅速發(fā)展，且出現(xiàn)了一些專門探索CAD技術(shù)的公司，其中versaCAD公司推出了CAD強(qiáng)大的軟件功能，但是由于價(jià)格比較貴，以至于此軟件沒有得到廣泛的應(yīng)用。

到目前為止，在很多電子部門以及機(jī)械部門中都廣泛地應(yīng)用了CAS技術(shù)，并且由于信息科技技術(shù)的迅速發(fā)展，CAD技術(shù)的應(yīng)用將會越來越廣泛。

一般而言，CAD技術(shù)由很多模塊組成，還可以理解為由許多功能塊組成，比如說AutoCAD就具有如下幾個功能：a，畫平面圖，也就是說運(yùn)用AutoCAD能夠以很多方式創(chuàng)立圖形對象；b，作為繪圖的輔助工具，主要包括如下幾個輔助工具：對象捕捉、極軸追蹤以及捕捉追蹤等；c，對圖形進(jìn)行編輯，AutoCAD具有很多編輯作用，如移動對象、復(fù)制對象，以及對對象進(jìn)行拉伸、延長、縮放、修剪等；d，對尺寸進(jìn)行標(biāo)注，它能夠創(chuàng)建各種各樣的尺寸，并且可以自己設(shè)定標(biāo)注外觀；e，對文字進(jìn)行書寫，可以在圖形的各個位置進(jìn)行文字書寫，并且還可以設(shè)置文字的屬性；f，三維繪圖，能夠創(chuàng)建3D實(shí)體以及表面模型，同時還能對實(shí)體進(jìn)行編輯。

2.2 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 能夠進(jìn)行二維繪圖以及三維實(shí)體造型

在CAD技術(shù)出現(xiàn)的初級階段，由于計(jì)算機(jī)圖形功能特別是硬件方面的限制，使得CAD只能繪制簡單的二維圖形，而無法進(jìn)行三維圖形的繪制。然而，由于硬件技術(shù)的快速發(fā)展，再加上不斷更新的軟件系統(tǒng)，使得在CAD融入三維技術(shù)成為了可能，而且三維技術(shù)在三維實(shí)體造型中已被廣泛應(yīng)用起來。

2.2.2 性能以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

從根本上講，CAD技術(shù)就是進(jìn)行性能與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，且是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，也就是說，在這個過程中，計(jì)算機(jī)起了輔助的作用，而不僅僅是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)繪圖代替人工繪圖，在設(shè)計(jì)有關(guān)產(chǎn)品時，專門的設(shè)計(jì)人員必須要分析產(chǎn)品的具體性能，還要對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，接著把產(chǎn)品的性能與形體設(shè)計(jì)結(jié)合起來，并利用有關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來分析產(chǎn)品的每個零部件，并對零部件的各個方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

3.1 實(shí)體應(yīng)用

CAD有三種建模方式，即線框模型、實(shí)體模型與表面模型。在有些有實(shí)體建模作用的CAD軟件中，大多具備很多基本的體系。例如，就AutoCAD的三維實(shí)體造型而言，基本的體系有6種：立方體、圓柱體、球體、圓錐體、楔形體、環(huán)狀體等，對于那些比較簡單的零件，可以分析其結(jié)構(gòu)，然后把它分為很多基本體進(jìn)行三維實(shí)體的造型，接著進(jìn)行交集運(yùn)算、并集運(yùn)算以及差運(yùn)算，這樣就能夠得到零件的三維實(shí)體模型。然而由于有些零件相當(dāng)復(fù)雜，以至于難以分解成很多基本體，導(dǎo)致分解以及組合后的基本體太多，根本就無法成型。因此，如果只有基本體的話，是無法滿足零件三維實(shí)體造型要求的。所以，可以先在二維幾何元素構(gòu)造中對零件的截面輪廓進(jìn)行定義，之后經(jīng)過三維實(shí)體造型的旋轉(zhuǎn)以及拉伸，就可以得到新“基本體”，然后經(jīng)過交集運(yùn)算、并集運(yùn)算、差運(yùn)算等得到三維實(shí)體造型，在完成零件的實(shí)體構(gòu)造之后，通過機(jī)器的運(yùn)動來對資料進(jìn)行詳細(xì)地分析，當(dāng)通過某一個具體位置的時候，依據(jù)零件的坐標(biāo)來“裝配”，整個過程可以通過CAD軟件三維編輯作用來實(shí)現(xiàn)。隨著高科技的迅猛發(fā)展，逐漸地由普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床，加工中心不斷地由人工設(shè)計(jì)到CAD，制造業(yè)也在朝著計(jì)算機(jī)化與數(shù)字化的方向發(fā)展。與此同時，在整個現(xiàn)代制造技術(shù)當(dāng)中都融入了模具以及模具激光快速成型技術(shù)，對于一個完善的CAD系統(tǒng)，都包含很多模塊，例如三維繪圖、曲面造型、圖形編輯、數(shù)控加工以及有限元的分析等等，這些模塊是進(jìn)行統(tǒng)一管理的，必須要以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，然而工程數(shù)據(jù)最重要的來源之一是實(shí)體造型。機(jī)械CAD系統(tǒng)主要包括如下幾個方面的功能：對工程的數(shù)值進(jìn)行詳細(xì)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、評價(jià)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、運(yùn)動學(xué)仿真以及動力學(xué)等等。在CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、剛強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)是否合理以及運(yùn)動特性和動態(tài)特性之前，必須要運(yùn)用CAD技術(shù)來解決造型問題。

3.2 多維繪圖

設(shè)計(jì)有關(guān)機(jī)械產(chǎn)品，一般而言，處理的信息主要包括如下兩個方面：數(shù)據(jù)和圖形，繪圖的工作量比較大，占了總工作量的百分之六七十以上。就二維圖形而言，其處理目標(biāo)實(shí)質(zhì)上就是對傳統(tǒng)的工程圖進(jìn)行繪制。在開始二維工程的繪圖之前，必須要有與之相對應(yīng)的繪圖軟件。從當(dāng)前CAD的應(yīng)用情況來看，比較多的軟件是微機(jī)以及工作站繪圖軟件，并且功能都比較好。大多是采用交互式繪圖方式，可以繪制各種各樣的圖形，還能編輯圖形，除此之外，還具有以下功能：賦予圖形有關(guān)屬性，實(shí)現(xiàn)圖形之間的交換等。然而若要將CAD的繪圖功能充分發(fā)揮出來，還應(yīng)該要以繪圖軟件包為基礎(chǔ)，依據(jù)具備宏命令作用的參數(shù)化繪圖軟件，同時建立有關(guān)圖形符號庫，使用戶不用掌握計(jì)算機(jī)有關(guān)操作知識及編輯作用，就可以根據(jù)菜單自動繪圖。

4.GAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中存在的不足

由上可知，CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的優(yōu)勢很明顯，但是還是存在著一些不足，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：a，運(yùn)用CAD技術(shù)來代替圖板繪圖工具進(jìn)行繪圖，并不是本質(zhì)上的設(shè)計(jì)。目前，有很多單位通過CAD軟件的運(yùn)用所得到的三維模型僅僅是效果圖，沒有對空間進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，且缺乏有關(guān)的受力分析；b，CAD技術(shù)這方面的人才比較少，CAD系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，且變化多端，要想熟練地掌握該技術(shù)還是有點(diǎn)難度，就目前的情況來看，很多人都沒有接受專業(yè)培訓(xùn)，對CAD技術(shù)還不是很精通，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)作品存在著很多缺陷。

結(jié)束語

綜上所述，CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用是非常廣泛的，是一種必不可少的輔助工具，隨著CAD技術(shù)的日益成熟，相信在不久的未來，機(jī)械設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，以CAD為輔助工具的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]林黎明.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2008（14）

[2]高金燕，王彥輝，李秀娜.智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（9）

[3]白晶.CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題[J].價(jià)值工程，2010（30）

[4]戴磊.基于CAD/CAE集成技術(shù)的開放式參數(shù)化結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺[D].大連理工大學(xué)，2009（8）