AutoCAD在機械工程中的應用探究

【摘 要】計算機輔助繪圖軟件AutoCAD的誕生和發展，為機械工業設計帶來了實質性的變革。AutoCAD強大的輔助圖形設計和三維實體造型功能使其在機械工程設計中得到了廣泛的應用，改變了傳統的機械繪圖方式，使機械繪圖工作變得輕松而高效。目前，AutoCAD已經成為機械工程技術人員必不可少的繪圖工具之一。

【關鍵詞】AutoCAD；機械工程；繪圖

CAD（Computer Aided Design）指計算機輔助設計，是計算機技術的一個重要應用領域。AutoCAD則是美國Autodesk企業開發的一個交互式繪圖軟件包，是用于二維及三維設計、繪圖的系統工具，可以使用它來創建、瀏覽、管理、打印、輸出和共享設計圖形。

1.用AutoCAD繪制機械圖形的一般步驟

在系統地學習和利用AutoCAD機械設計繪圖之前，需要先認識AutoCAD軟件和了解機械設計制圖國家相關標準。雖然同一幅圖有很多種繪制方法，但了解機械設計的一般步驟還是非常重要的，畢竟這是行業前輩多年的經驗積累。

1.1機械設計制圖國家標準簡介

1.1.1線型要求

為了便于機械工程的CAD制圖需要，可將GB/T17450中所規定的8種線型分為以下幾組。在繪圖過程中，當遇到兩個以上不同類型的圖線重合時，應遵循以下的優先規則：

①可見輪廓線和棱線（粗實線，A型線）。②不可見輪廓線和棱線（虛線，F型線）。

③剖切平面跡線（細點畫線，G型線）。④軸線和對稱中心線（細點畫線，G型線）。

⑤假想輪廓線（雙點畫線，K型線）。⑥尺寸界線和分界線（細實線，B型線）。

1.1.2字體要求

機械工程的CAD制圖所使用的字體，應按GB/T13362.4～13362.5中的要求，做到字體端正、筆畫清楚、排列整齊、間隔均勻，具體要求如下：

①數字：一般應以斜體輸出。②小數點：進行輸出時，應占一個字位，并位于中間靠下處。③字母：一般應以斜體輸出。④漢字：漢字在輸出時應采用國家正式公布和推行的簡化字。⑤標點：符號標點應按其含義正確使用，除省略號和破折號占兩個字位外，其余均為一個符號占一個字位。

1.1.3標注要求

機械工程的CAD制圖中所使用的尺寸線的終端形式（箭頭）有如下幾種供選用：

①在圖樣中一般按實心箭頭、開口箭頭、空心箭頭、斜線的順序選用。

②當尺寸線的終端采用斜線時，尺寸線與尺寸界線必須互相垂直。

③同一張圖樣中一般只采用一種尺寸線終端形式。當采用箭頭標注位置不夠時，允許用圓點或斜線代替箭頭。

④當圖形中的尺寸以毫米為單位時，不需要標注計量單位，否則必須注明所采用的單位代號或名稱，如cm（厘米）、nm（納米）等。

⑤圖形的真實大小應以圖樣上所標注的尺寸數值為依據，與所繪制圖形的大小及畫圖的準確性無關。

1.2機械制圖一般步驟

對于大多數零件圖和裝配機械圖，繪制的一般步驟都大同小異，其主要步驟順序如下：

（1）設置繪圖環境，如圖形界限、捕捉設置、坐標設置和單位設置等。

（2）設置圖層，一般為不同線型設置不同的圖層，也可以為不同類型的對象設置不同的圖層。

（3）繪制中心軸線。中心軸線可以是一條、兩條也可以是多條，主要根據所繪圖形的結構而定。

（4）根據中心線確定主要結構的位置和形狀。

（5）繪制并修剪細節部分。

（6）標注尺寸。

（7）標注文字。

（8）繪制圖框以及技術要求，并設置打印輸出。

2.三維CAD技術在機械設計中的優點

2.1零件設計更加方便

使用三維CAD系統，可以裝配環境中設計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設計新零件，既方便又快捷，避免了單獨設計零件導致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來，使人一目了然。

2.2裝配零件更加直觀

在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件的時候，可清楚地看到內部的裝配結構。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢驗行程是否達到要求，及時對設計進行更改，避免了產品生產后才發現需要修改甚至報廢。

2.3縮短了機械設計周期

采用三維CAD技術，機械設計時間縮短了近1/3，大幅度地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，而大部分零部件的設計都將繼承以往的信息，使機械設計的效率提高了3～5倍。同時，三維CAD系統具有高度變型設計能力，能夠通過快速重構，得到一種全新的機械產品。

2.4提高機械產品的技術含量和質量

由于機械產品與信息技術相融合，同時采用CAD CIMS組織生產，機械產品設計有了新發展。三維CAD技術采用先進的設計方法，如優化、有限元受力分析、產品的虛擬設計、運動方針和優化設計等，保證了產品的設計質量。同時，大型企業數控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工，一致性很好，保證了產品的質量。

3.AutoCAD技術在機械設計中的應用

無論是機械設計行業的設計師還是繪圖員，都需要掌握在AutoCAD中設計和繪制零件圖、裝配圖、三維模型等專業技能。

3.1零件與裝配圖的實體生成

3.1.1零件的實體建模

用計算機繪制三維圖形的技術稱為三維幾何造型。AutoCAD 2004可繪制的三維圖形有線框模型、表面模型和實體模型3種類型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，系統提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體和楔形體。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。

對于有些復雜的零件，往往難以分解成若干個基本體，使組合或分解后產生的基本體過多，導致成型困難。所以，僅有基本體系還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先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、差等得到所需要零件的三維實體造型。

3.1.2實體裝配圖的生成

在零件實體構造完成后，利用機器運動分析過程中的資料，在運動的某一位置，按各零件所在的坐標進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現。

3.2模具CAD/CAM的集成制造

隨著科學技術的不斷發展，制造行業的生產技術不斷提高，從普通機床到數控機床和加工中心，從人工設計和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業正向數字化和計算機化方向發展。同時，模具CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術（RPM）等，幾乎覆蓋了整個現代制造技術。

一個完整的CAD/CAM軟件系統是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數控加工、有限元分析、動態顯示等。這些模塊應以工程數據庫為基礎，進行統一管理，而實體造型是工程數據的主要來源之一。

4.結語

AutoCAD軟件在機械工程中是必不可少的工具，是我們高效完成機械制圖的強有力保障。因此，我們在應用的過程中要善于的積累繪圖技巧，不斷建立自己的素材庫使之真正成為自己工作中的“好工具”從而達到事倍功半的效果。 [科]

【參考文獻】

[1]楊學元.工程制圖基礎.北京：機械工業出版社，2002，8.