CAD技術在機械設計中的發展與應用

張曉紅 鄧澤輝 蔡安輝

摘 要： 隨著計算機技術的不斷發展，CAD技術也逐漸發展起來。CAD技術在機械設計中的廣泛應用改變了傳統的機械設計行業。文章對CAD的基本組成及其發展進行了分析，并對CAD在機械設計中的應用進行了歸納，最后對其今后的發展予以展望。

關鍵詞： CAD 機械設計 具體應用 發展展望

機械制造業是我國最基本的工業產業鏈，也是工業化生產的主要產業之一。而機械零件在加工前要經過詳細的圖紙分析設計，才能確定零部件結構的具體尺寸參數[1，2]。CAD是一款基于計算機技術的多功能輔助軟件，將其與機械設計相結合是該行業的發展必然。通過計算機技術，CAD能將各種設計信息包括數字、文字和圖形信息存儲在計算機中，并且可以進行快速檢索和數據處理。CAD技術的出現，使整個機械設計行業向前邁了一大步。

1.CAD技術的發展及其系統的組成

（1）CAD技術的發展

CAD技術最早的名稱為交互式圖形學研究計劃，于60年代麻省理工大學誕生。因為計算機設備在當時的應用成本較高，所以只有通用汽車和波音航空公司開發并使用這種技術[3]。

到了70年代，隨著計算機設備的成本開始下降，使得交互式繪圖系統開始為美國工業界廣泛使用。之后PC機的出現讓CAC技術走上了迅猛發展的道路。Versa CAD公司推出了強大的CAD軟件功能，但其昂貴的價格使得該軟件并沒有得到普及。到如今，CAD技術開始廣泛應用到電子、機械、運輸及航空等各個部門之中，而且隨著信息技術的不斷發展，CAD技術的應用領域還在不斷延伸[4]。

（2）CAD系統的組成

CAD系統由硬件系統和軟件系統兩部分組成，在硬件系統方面，它包括工程項目工作站、PC（個人計算機）、圖形輸入輸出設備等。在軟件系統方面，它主要包括CAD軟件設計和相關的輔助設計模型。CAD軟件主要包括三類，即交互式圖形顯示軟件、CAD應用軟件和相應的數據管理軟件。輔助設計模型則是幫助提高零件設計效率的標準件庫。而不同的CAD繪制內容，可能會導致多種CAD系統同時運行，影響正常工作，所以此時就需要能夠統一配置系統的數據資源庫進行協調。

2.CAD技術在機械設計中的作用及應用現狀

（1）CAD技術在機械設計中的作用

一方面，CAD的應用有助于促進設計及生產一體化的實現。CAD廣泛應用到機械設計領域中，極大地縮短了設計周期，實現了對成本的有效控制。另一方面，在機械設計領域引入CAD技術，受現代化理念的影響，極大地增強了機械產品的立體感，有利于開拓設計人員的思維，激發創新靈感。

（2）CAD技術在機械設計中的應用現狀

CAD技術在機械設計中主要應用于以下幾個方面。

①二維繪圖。這是最常見的應用，用來代替手工繪圖。

②圖形級符號庫。將復雜圖形分解成多個簡單的圖形與符號，先存放在庫中，需要時可調出，通過編輯修改后插入其他圖形中，從而使圖形設計更加快捷方便。

③參數化設計。標準化的零部件的尺寸參數需經常變動，此時可通過參數化設計新建圖形數據庫，調出后輸入新的尺寸即可生成新圖形。

④三維造型。應用實體造型方式設計零部件的結構，通過消隱及著色處理后可顯示物體的真實形狀，同時可作裝配與運動仿真，以便觀察是否有干涉現象。

⑤工程分析。應用較為廣泛的有有限元分析、優化設計、運動學和動力學工程分析。

3.CAD技術在機械設計中的具體應用

（1）CAD技術在零件裝配圖實體生成中的應用

基于CAD技術的三維建模方法有三種，第一種是線框模型，第二種是表面模型，第三種是實體模型。大多數擁有實體模型的CAD軟件中，基本上都包含一些基礎體系，供機械設計者選用，可減少基礎勞動，提高設計效率。對于一些較為復雜的零件，也可將其分解成一些基本體，再通過三維實體造型對其進行布爾運算，計算后即可得到零件具體三維模型。

（2）基于CAD技術的模具集成制造

事實上，一個較為完善的CAD系統本身就是由許多個模塊有機結合、共同作用而成，而這些模塊要發揮作用及在工程中具體應用，都要以工程數據庫為基礎，在工程數據庫的統一管理下，通過CAD技術，便可進行模具的設計與制造。

4.CAD技術在機械設計中的發展展望

對于機械制造企業來說，要想在激烈的市場競爭中占有一席之地，保持競爭優勢，就要提升機械零件設計水平，提高自主創新能力。從某種程度上說，機械制造企業要擁有強大的競爭力，必須有先進的機械設計水平與創新能力。站在長遠角度看，對于機械設計來說，二維向三維的過渡十分必要，而在機械設計領域中引入先進的CAD技術也是發展必然。

5.結語

CAD技術能夠幫助人們根據自己的想法進行機械產品的設計，使頭腦中的立體結構可以通過計算機的輔助轉變為三維實體造型。通過CAD技術，能夠進行統一的數據分析，更好地幫助設計人員完善設計方案，使之更為科學化。從機械制造的發展形勢看，CAD技術必然會在機械設計方面大放異彩。

參考文獻：

[1]張夕琴.CAD，CAE技術在機械設計中的應用.裝備制造技術，20ll，19（10）：50-52.

[2]肖勁，王磊.Auto CAD技術在機械設計中的應用與發展[J].煤炭技術，2013，32（4）.

[3]謝新兵.基于CAD/CAM的雙圓弧弧齒錐齒輪傳動的參數化建模與設計[D].天津工業大學，2007.

[4]胡莉萍.CAD在機械設計中的應用研究[J].煤炭技術，2012，31（11）.

基金資助：湖南省教育科學“十二五”規劃2013年度青年專項資助課題（項目號：XJK013QGD010），2013年全省普通高校實踐教學建設項目“機械類專業校企合作人才培養基地”（項目號：湘教通[2013]295號）