探索機械設計中CAD技術的運用

【摘 要】隨著科學技術的不斷進步，機械設計中CAD技術也快速發(fā)展，CAD技術幫助機械企業(yè)解決了重復性設計多、信息資源的利用率低等問題，而且還可以大大縮短產(chǎn)品的制造工期，從而給機械企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。本文淺析CAD技術在機械設計中的優(yōu)點、運用和發(fā)展。

【關鍵詞】機械設計；CAD技術；優(yōu)點；運用

0.引言

隨著科學技術的不斷進步，CAD應用軟件也逐漸被推廣。CAD指計算機輔助設計，是設計人員利用計算機及其圖形設備進行輔助設計的一種技術。在機械設計中應用CAD技術將機械產(chǎn)品的研發(fā)、設計、分析、制造與技術管理等結(jié)合在了一起，不僅提高了工作效率，對于企業(yè)而言也具有巨大的經(jīng)濟效益。

1.CAD技術系統(tǒng)的形成

CAD技術系統(tǒng)包括兩部分即硬件和軟件。其中硬件系統(tǒng)指計算機輔助設計技術的物質(zhì)基礎；軟件系統(tǒng)則是指計算機輔助設計的核心技術，系統(tǒng)所具有的功能就取決于軟件系統(tǒng)。

2.機械設計中較常見的CAD技術

CAD技術在機械設計中的主要應用于零件與裝配圖的實體生成、CAD/CAM、CAE軟件的應用等方面。CAD技術的更新?lián)Q代， 徹底突破了傳統(tǒng)的設計方式的套路，吸收了現(xiàn)代先進的設計理念， 推動機械行業(yè)的迅猛發(fā)展。

（1）從零件的實體生成的裝配圖的實體生成的角度上看，CAD有邊框模型、外形模型和實體模型這三種建模方法。大多數(shù)能夠?qū)嶓w建模的CAD軟件中，都包含若干基礎得體系。比如說， AUTOCAD 的三維立體的實體模型的模塊中，系統(tǒng)具有立方體、圓柱體、圓錐體、球體、環(huán)狀體和楔形體這六種最基礎的體系。還能對單一的零部件做結(jié)構(gòu)分析，把它們分解成一些基本的體系，把基礎體系做好三維實體造型后，再使用布爾運算法做差、并、交運算，就可以完成零件的三維實體造型。當零部件的實體模型構(gòu)造完畢后，運用機械運轉(zhuǎn)研討過程中的信息，需要運用CAD軟件的三維編輯功能，在運行的某個位置，根據(jù)各零件所在的坐標進行“裝配”。

（2）模具CAD/CAM的集成制造。隨我國科學技術的不斷發(fā)展進步， 對機械設計和制造業(yè)的生產(chǎn)技術要求也越來越高，設計和制圖也從人工發(fā)展到CAD/CAM/CAE，機械設計正在向數(shù)字化和計算機化方向發(fā)展。與此同時，模具 CAD/CAM技術、模具激光快速成型技術等得到普遍推廣和使用，廣泛適用于機械設計和制造行業(yè)中。真正科學的CAD/CAM軟件系統(tǒng)包括三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析和動態(tài)顯示等多個功能模塊。這些功能模塊要根據(jù)工程數(shù)據(jù)庫要求進行統(tǒng)一的管理，而工程數(shù)據(jù)的主要來源之一就是實體造型。

3.CAD技術在機械設計中的優(yōu)點

3.1縮減機械設計時長

采用三維CAD系統(tǒng)軟件，既能在裝配過程中設計新零件，還可以利用相鄰零件的間隙和形狀設計出新的零件，充分利用，而且還確保了新零件與相鄰零件的精確配合，有效避免了單獨設計的零件錯誤而導致后期裝配的失敗。總而言之，三維CAD技術，不僅縮減了機械設計的周期，還大大地提升了設計水平和生產(chǎn)效率。采用三維CAD系統(tǒng)開發(fā)設計新機械時，只需重新設計和制造其中的若干零件，剩余的大部分零件的設計和制造都可以按照的之前參數(shù)，這樣一來就把機械設計的效率提高了3至5倍。而且三維CAD系統(tǒng)還具有高度變型設計功能，可以進行快速重構(gòu)，短時間內(nèi)設計出一種全新的機械產(chǎn)品。

3.2 CAD技術裝配零件方便直觀

采用不同的裝配系統(tǒng)能把各個機械零件裝配起來。裝配時，資源查找器中的裝配路徑查詢器可以記錄各個機械零件間的裝配關系，如果裝配錯誤或者產(chǎn)生干擾，查找器立馬就會顯示，此外還可以對零件的裝配進行靜干涉的檢測，若出現(xiàn)干涉就可以及時對零件等做出糾正，確保設計的可實用性和正確性。同時，還可以隱藏零件，隱藏了外部零件之后，就能清晰地看到內(nèi)部的裝配構(gòu)造。在整個機器或某個部件裝配模型完畢后還可以進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢測行程是否達標，還可以檢驗出在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運動中出現(xiàn)碰撞零件，然后及時改進和優(yōu)化設計，確保設計的確實可行，杜絕機械產(chǎn)品制造完成后才發(fā)現(xiàn)問題甚至報廢，要避免給制造企業(yè)和使用單位帶來經(jīng)濟損失。

3.3提高機械產(chǎn)品的技術含量

因為機械產(chǎn)品需要信息技術做基礎，同時采用CAD設計方法和CIMS組織進行設計與制造，大大提高了機械產(chǎn)品的技術含量和質(zhì)量保障，使機械設計有了新發(fā)展。三維CAD技術使用科學的設計方法，利用優(yōu)化和有限元受力分析，從而保證了產(chǎn)品的設計質(zhì)量。同時，大型制造行業(yè)數(shù)控加工手段也在不斷完善，再利用CAD/CAPP/CAM技術對機械零件進行加工制造，保持一致性，提高了制成品的質(zhì)量。

4.機械設計中CAD技術的運用

4.1零件的實體生成

通過CAD技術進行機械設計，其建模方法有線框模型、表面模型以及實體模型三種。而許多具有實體建模功能的CAD軟件都含有一些基本的體系，比如立方體、球體、圓柱體、圓錐體、球狀體以及錐形體等。對于有些簡單的元件來說，首先可以對它進行結(jié)構(gòu)分析，其次使其被分解為若干基本體，然后在對已經(jīng)被分解的基本體進行三維實體造型，最后進行交、并、差等布爾運算就可以使零件的三維實體模型得以生成。可是對于復雜的零件來說，想要把它分解為若干個基本體是很有難度的，并且在分解后產(chǎn)生的基本體過多對零件的實體建模也是比較有難度的。由此看來，在復雜零件的構(gòu)思中，只采用軟件中自身攜帶的基本體來完成三維實體的造型要求是很艱難的。所以說，我們首先可以利用二維幾何元素定義零件的截面輪廓，然后就可以在三維實體的造型中通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作得到新的“基本體”，最后對其進行交、并、差等布爾運算就可以完成三維實體造型。

4.2裝配圖的實體生成

在進行零件實體構(gòu)造后，可以使用機器運動分析中的信息，在運動的某一環(huán)節(jié)依據(jù)各零件的標準坐標對其進行裝配，在進行裝配時可以采用CAD軟件中的三維編輯功能。

4.3設計技巧

4.3.1圖紙設計

圖紙對于設計非常重要，在CAD制圖中也是一樣，圖紙設計是否合理直接影響到制圖的質(zhì)量。所以，CAD制圖中的圖紙制定的要求很多：首先，圖層數(shù)越少越好。圖層數(shù)太多的話會致使設計圖的運行周期太長，圖層數(shù)太多就會導致文件占用的空間過大，也不利于圖紙的修改。因為，圖紙制定過程中應該根據(jù)一定的規(guī)律和順序做分類與排放，最后實現(xiàn)合理利用圖層的目的。其次，在選擇圖像的顏色的時候要慎重思考。所以在圖像顏色的選擇上，如果不是最終的效果圖，就不要選擇配色系統(tǒng)和真彩色中的顏色。

4.3.2比例方面的設置

運用CAD軟件制圖的過程中，為了及時發(fā)現(xiàn)和糾正尺寸不對的地方，最好使用1：1的比例進行標注，在設計中標注尺寸會方便運用，它可以自動測量出尺寸數(shù)字，一旦出現(xiàn)錯誤就會與規(guī)定數(shù)字尺寸相對比，準確的對比得出清晰的結(jié)果。此外，CAD軟件制圖也有利于調(diào)整圖與圖之間的形式和換算等，能很快的縮小和放大圖紙的比例。

5.結(jié)語

改革開放以來我國科學技術的不斷進步與發(fā)展，人工智能、數(shù)據(jù)庫分析技術、信息集成、交換技術的成熟、信息傳輸標準的制定、運用與改進， CAD技術也不斷改進，并且在運用過程中取得了巨大成效。

【參考文獻】

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