基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)分析

蔡曉娜

（廣東科技學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 東莞 523083）

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的地位

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，由于傳統(tǒng)的方法受到了設(shè)備及技術(shù)水平的制約，因此只能通過各種靜止化的假設(shè)以及粗略的計(jì)算來完成整個(gè)設(shè)計(jì)過程。然而，在這樣的一種設(shè)計(jì)過程中，也必然會存在部分設(shè)計(jì)人員盲目根據(jù)之前經(jīng)驗(yàn)而出現(xiàn)設(shè)計(jì)隨意性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)會出現(xiàn)一些不合理的地方，同時(shí)在設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確化及高效化等方面存在一定的缺陷。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了巨大的沖擊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的粗放簡單的形式向現(xiàn)代的基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)精確設(shè)計(jì)方式的成功轉(zhuǎn)變。

（1）計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用。隨著各種計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)不斷突破，對機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)生了巨大影響。機(jī)械設(shè)計(jì)由最初的手動(dòng)操作進(jìn)行設(shè)計(jì)逐漸轉(zhuǎn)變成了現(xiàn)在運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但提高了設(shè)計(jì)的效率，而且能夠帶來許多創(chuàng)新和靈感。另外，以前的手工設(shè)計(jì)是二維的形式，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)能夠呈現(xiàn)出三維狀態(tài)，對產(chǎn)品的形狀和尺寸可以更加直觀、一目了然，對于加工的數(shù)據(jù)和材料能夠系統(tǒng)分析。計(jì)算機(jī)的多種新設(shè)計(jì)方法都離不開計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也使許多復(fù)雜的設(shè)計(jì)變得簡單。

（2）現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要要求。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對設(shè)計(jì)技術(shù)的要求務(wù)必要具備一定的數(shù)據(jù)分析、快速運(yùn)算以及信息檢索的能力。因此，就需要計(jì)算機(jī)及人工智能技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)迫切需要將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過程中。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)主要要求有以下幾個(gè)方面：①經(jīng)濟(jì)化。技術(shù)的經(jīng)濟(jì)化也是用戶需求和市場競爭的必然選擇。②精確性。基于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過程中綜合性和復(fù)雜性的要求也就需要設(shè)計(jì)方法具備精確性特點(diǎn)，同時(shí)這也是現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)及分析技術(shù)在應(yīng)用過程中不斷發(fā)展的結(jié)果。③并行化與動(dòng)態(tài)化。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中要同時(shí)考慮到后期的相關(guān)工作，以實(shí)現(xiàn)有效降低庫存消耗及減少廢品的目的，保證其經(jīng)濟(jì)化要求。同時(shí)，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，要堅(jiān)持從動(dòng)態(tài)的角度出發(fā)，去分析問題、考慮問題。另外，組織的協(xié)調(diào)合作也要具有動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)。④智能化。現(xiàn)階段，在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)制造過程中，要求設(shè)計(jì)方法要同時(shí)能夠進(jìn)行分解、分析及綜合，這個(gè)過程也是一種包含了創(chuàng)造性的智能活動(dòng)。⑤集成化。集成化要求就是將現(xiàn)代各種高新生產(chǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)過程中來，從而促使一種機(jī)電一體化或人機(jī)一體化的形成。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

CAD技術(shù)作為一種具有顯著綜合性作用的新技術(shù)，其應(yīng)用也隨著計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展也迅速普及開來。現(xiàn)階段，CAD技術(shù)已成功的與計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)以及數(shù)控自動(dòng)編程等技術(shù)相連接，而且在現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，CAD技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）三維造型。在機(jī)械設(shè)備零部件的設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械零件的實(shí)體造型可通過三維圖像得以具體體現(xiàn)，同時(shí)在對設(shè)計(jì)部件進(jìn)行了著色或消隱后，能夠更加真實(shí)地反應(yīng)零件的真實(shí)形狀，這對于設(shè)計(jì)人員能夠更加準(zhǔn)確的掌握零件結(jié)構(gòu)尺寸具有重要的幫助作用。

（2）二維繪畫。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，一般都會應(yīng)用手工繪畫的形式來描述設(shè)計(jì)物件的具體特征，而現(xiàn)代CAD技術(shù)能夠更加直觀地將二維繪畫展現(xiàn)出來。

（3）參數(shù)化設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐中，很大部分的機(jī)械零部件自身結(jié)構(gòu)都會存在一定的相似性，因此在設(shè)計(jì)過程中為達(dá)到一種更加精確地水平就需要嚴(yán)格控制調(diào)整設(shè)計(jì)中的需對尺寸。當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)引進(jìn)后，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，有效建立起一種圖形程度庫，能夠及時(shí)根據(jù)新的結(jié)構(gòu)尺寸調(diào)整出新的圖形，從而極大地方便了整個(gè)圖形的繪制過程。

（4）圖形和符號庫。對于一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的圖形，CAD技術(shù)能夠有效地對其進(jìn)行分解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將一個(gè)復(fù)雜圖形簡單化，而且能夠在應(yīng)用過程中通過在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查找、編輯及調(diào)出的圖像后，在另外的圖形中也能夠得到很好地利用。

（5）設(shè)計(jì)文檔、報(bào)表的生成。在設(shè)計(jì)過程中，能夠利用計(jì)算機(jī)的特定軟件將設(shè)計(jì)屬性制定成報(bào)表或文檔，同時(shí)對于設(shè)計(jì)過程中的一些參數(shù)還能夠用圖像的形式進(jìn)行表現(xiàn)。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性。CAD技術(shù)的應(yīng)用能夠加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，通過對CAD技術(shù)的優(yōu)化和有限元受力分析等方式，幫助產(chǎn)品的信息化性能得到保證。另外，CAD技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)更加直觀，為設(shè)計(jì)產(chǎn)品提供更多的相關(guān)信息，豐富產(chǎn)品的形象設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)確無誤地了解到產(chǎn)品的物理特性和幾何數(shù)據(jù)，更好地激發(fā)設(shè)計(jì)師的靈感和創(chuàng)新，并能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)師的想法充分的展現(xiàn)出來。

（2）有助于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)表現(xiàn)。CAD技術(shù)的應(yīng)用能夠充分將設(shè)計(jì)的意圖表現(xiàn)出來，通過直觀的三維立體形象幫助設(shè)計(jì)直觀的被接受，另外CAD技術(shù)的應(yīng)用能夠提高設(shè)計(jì)師的專心度，有利于設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中提高設(shè)計(jì)水平，深入擴(kuò)展設(shè)計(jì)，更好地展現(xiàn)設(shè)計(jì)作品。

（3）在裝配環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對零件的及時(shí)設(shè)計(jì)和修改。在機(jī)械裝備環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對零件的設(shè)計(jì)和修改是CAD技術(shù)的一大亮點(diǎn)優(yōu)勢。在裝備環(huán)境中進(jìn)行的新零件設(shè)計(jì)，可以通過CAD技術(shù)的應(yīng)用來完成，同時(shí)還能夠有效借助相鄰的零件設(shè)計(jì)出所需要的新零件，比如在機(jī)械裝配過程中，能夠根據(jù)箱體的體積、外部結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出一套與之相匹配的箱蓋；除此之外在裝配環(huán)境中，還設(shè)置了資源查找器，當(dāng)零件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)完成時(shí)，能夠通過資源查找器來詳細(xì)了解零件的詳細(xì)制造過程，能夠具體到每一個(gè)環(huán)節(jié)及相應(yīng)的操作方法。

（4）縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少工作量。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)是一項(xiàng)巨大工程，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠繼承絕大部分的零件信息，針對個(gè)別的零件結(jié)構(gòu)信息，通過更改后也可以形成記憶，避免了重復(fù)性的操作，這樣一來就大大的節(jié)省了工作時(shí)間，極大的提高了設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，CAD技術(shù)能夠通過組合方式將簡單幾何體組合成復(fù)雜的幾何體，進(jìn)行高度變形設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)相比大大減少了工作量。

（5）在裝配環(huán)境中能夠?qū)ρb配零件進(jìn)行查看及修改。在機(jī)械裝配環(huán)境中，各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系在所設(shè)置的資源查找器的路徑查找器中都有詳細(xì)的記錄。如果在裝配過程中出現(xiàn)了不正確的匹配狀況那么就能夠通過路徑查找器進(jìn)行查看及時(shí)找出存在的錯(cuò)誤；同時(shí)為了便于觀看零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還能將該零件進(jìn)行更好的隱藏。在部件裝備工作完成后，能夠進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)畫演示，來了解整個(gè)機(jī)械裝配過程。如果對于部門裝配而工作具有形成要求的，為檢查其是否達(dá)到了形成要求還能夠根據(jù)行程檢查器來完成判斷。如果在機(jī)械靜止?fàn)顟B(tài)的環(huán)境中，原本不會發(fā)生互相干涉的相關(guān)部件出現(xiàn)了相碰撞的問題，要及時(shí)進(jìn)行檢查并更正，從而有效避免在設(shè)備設(shè)計(jì)完成后才發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，導(dǎo)致設(shè)備報(bào)廢現(xiàn)象的發(fā)生，從而有效降低了機(jī)械模具實(shí)驗(yàn)的相關(guān)成本。