三維CAD技術在機械設計中的應用

范盈圻

摘 要：在改革開放春風的沐浴下，我國經濟水平顯著提升，科技迅猛發展，在人們日常工作生活中，電子計算機技術已經得到廣泛普及應用，為人們的生活、工作、學習提供了相當多的便利。其中，在機械設計工作中可實現計算機三維CAD技術的有效使用，為機械設計及制造創造了有利條件，旨在更為便捷地完成機械作業，意義深遠。在此，該文將針對三維CAD技術在機械設計中的應用進行簡要探討。

關鍵詞：機械設計 三維CAD技術 應用

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0026-02

1 簡述三維CAD技術的相關概念

分析CAD技術可知，三維CAD技術為其的核心內容，該技術是將三維模型作為基礎，歷經多年不斷發展其逐步發展成型，若可實現對應三維結構的良好構建，則可簡單地構建二維模型，通常能夠把三維CAD技術稱作建模技術。三維CAD技術的關鍵內容包括三維設計以及三維造型、圖樣檔案管理以及仿真、三維轉換二維、分析機構運動等。健全完善的三維CAD技術一般可充分滿足幾何圖形相關的形狀及性能需求，使得多方指標得以保持完美狀態。通過三維CAD技術的合理應用能夠將設計人員的創造想象力充分發揮出來，其跟創造者的實際設計思維是較為相符的。縱觀優化設計工作，基于三維CAD技術的合理應用，可使產品虛擬仿真設計能夠達到做好最好狀態，產品設計質量及其對應的繪圖質量問題得以優化解決。可見，在現代化工業發展進程中，深入了解掌握三維CAD技術可謂是機械設計工作者必備技能之一。

2 在機械設計中三維CAD技術的應用優勢分析

該項技術的應用優勢為，設計作品更為形象直觀、可完成變量化及參數化設計、針對零部件實施有限元優化設計分析等。

2.1 機械產品設計擁有較強直觀特性

傳統意義上的機械產品設計手段通常在紙上難以把產品立體效果繪制出來，若運用CAD技術設計機械產品，則可向客戶展示機械產品的立體實體效果，使得設計工作者可更為直觀地針對產品實施檢查工作，基于三維CAD技術完成機械產品的模擬裝配運轉，在設計機械產品的相應階段，使之能夠跟生活實際應用更為貼近。

2.2 有效完成機械產品參數設計工作

研究表明，傳統意義上的計算機輔助設計技術若需實施畫圖修改工作則必須重新進行繪制，然而對于機械產品而言，從其設計階段開始直至最終完成必須歷經多次修改過程，必將會造成機械產品設計周期及開發周期不斷延長。三維CAD技術自身擁有變量化板塊及參數化設計板塊，進而能夠結合設計工作者實際需求自動修改產品整體，若是設計進程當中產品某個零件發生變化，使用三維CAD軟件可對應合理調整機械產品其他零件尺寸。

2.3 實現機械產品零部件優化設計工作

針對機械產品零部件實施設計的進程當中能夠選擇使用三維CAD技術就其開展有限元分析工作，在有限元網絡中輸入經過參數化的零部件，進行振動以及受力變形、形狀優化等處理分析作業，若在有限元分析進程中出現零部件參數跟產品實際需求難以相符的問題，此時三維CAD軟件會重新計算設計機械產品零部件，如此一來，在日后的機械產品使用過程中可確保其擁有較強可靠性。

3 在機械設計中合理應用三維CAD技術

3.1 應用于建模進程

研究可知，三維CAD技術的主要優勢在于確保設計方案更為立體直觀，所以該項技術可廣泛應用在設計方案建模進程當中。基于三維CAD技術的建模方式涵蓋有表面方式以及框架方式、立體方式三方面主要內容，同時，此技術普遍自帶有設計方案中所需的橢圓形以及圓形、圓柱形等一些簡單圖形。針對復雜多變的結構形狀，此項技術可基于布爾運算，排列組合系統自帶圖形，結合實際需求，基于計算，進而構筑設計人員所圖案，使得設計方案建模進程快速完成。譬如說，設計央視大樓圖案時，在計算機設備用使用CAD技術，在其他類型設計軟件的幫助下，歷經一系列預算獲取簡單模型圖案，努力為日后完成設計方案奠定扎實基礎。實現零件實體建模之后，基于機器運動特定位置，結合機器實際運動進程當中涉及的對應資料，參考零件具體坐標實施裝備工作，可利用三維CAD軟件中的三維編輯功能完成實施此項工作進程。

3.2 應用于方案形成進程

近年來，伴隨著科學技術水平的顯著提升，制造行業生產技術獲得深化改革，制圖方式由傳統人工設計轉變為CAM/CAE/CAD技術應用，由普通機床趨向于數控機床及加工中心轉變，目前制造行業發展方向主要為計算機數字化。做好方案中涉及的基本零部件設計工作之后，應加工重組零部件，歷經排列組合，旨在優化完成設計方案。基于三維CAD技術的應用，利用其編輯功能，結合設計工作者設計意圖，把原本互相獨立且不存在有聯系的部件排列組合在一起，就復雜程度部件，可采用現代化三維技術中涉及的旋轉等模式獲取新型更適應排列組合的新部件，盡可能便捷實現三維方案實施，充分確保設計方案高質完成。在設計方案形成進程當中可重點應用CAD/CAM軟件開發系統，運用曲面造型以及平面設計、數據分析以及立體構筑等有效措施，統一管理應用具體數據，保障方案順利開展。

3.3 應用于農業機械設計

實踐證明，三維CAD技術同樣適用于農業機械設計。譬如說設計聯合收割機的進程中，可將軸流釘齒脫粒分離裝置當作設計出發點，結合Motion works系統展開開發工作，參考數控加工模塊Cam works加工設計三維系統，基于CAD技術或者是API技術等細化劃分系統，完成各個部分之后最終自動生成實際方案。分離的各個部分主要是基于數據傳輸維持聯系的，進而滿足數據共享需求。

3.4 應用機械CAE軟件

機械CAE軟件的功能在于實現結構優化設計，合理對比分析設計方案中涉及的相關數據，進而形成有效合理的設計方案，認真評估評價對應方案，充分確保設計方案擁有較強合理性。在CAE軟件中應用三維技術，主要表現為構筑良好模型結構，再通過使用CAE軟件展開分析設計等各項步驟，確保各項方案設計的順利實施及便捷完成。具體而言，CAE系統所擁有的主要功能包括壽命預估以及工程數據分析、強度設計評價以及仿真動力學、結構優化設計等多方面內容，唯有采用CAD技術有效解決造型問題之后，方可運用CAE系統解決機械的材料以及剛度、干涉、壽命、動態特性以及運動特性、結構合理性等各類問題。

4 三維CAD技術在機械設計中的發展趨勢

近年來，隨著社會的不斷進步以及經濟的迅猛發展，科技水平顯著提升，三維CAD技術廣泛應用于機械設計工作中，其趨向于智能化及規范化、集成化、虛擬網絡化方向發展。

4.1 智能化

三維CAD技術智能化發展進步主要表現在參數設計及特征造型兩方面內容。在實際的用戶使用軟件進程當中，有效引入參數及特征可推動工作開展更為快速便捷，工程數據概念三維CAD軟件可以在數據模型中盡可能做到最大限度繼承。軟件的作用不僅僅是進行某些繪制工作的提供，也并不單純是集中存儲線面數據將其相互間的內在聯系忽略。在軟件中引入特征及參數，使之能夠演變成為用戶先進得力的助手。就目前的情況來看，CAD軟件特征模型所解決的主要問題為零件幾何造型情況，尚未綜合考慮后續分析以及CAPP、加工等具體需求。

4.2 規范化

應用三維CAD技術可以把幾何數據以及工程數據模型當做是自身系統開發的關鍵依據內容。三維CAD技術規范化發展趨勢的集中表現為數據交換格式標準化以及數據模型規范化、CAD資源規范化等。數據模型應該使用STEP標準體系，伴隨著該體系建設的不斷優化完善，其針對工程數據模型以及幾何數據的相關思想可當作是現代化CAD系統的開發指南。僅僅依靠原有標準接口難以充分滿足CAD數據交換需求。就目前的情況來看，參數化特征模型傳輸依然處于瓶頸階段，基于STEP標準，可實現該技術應用的有效突破。

4.3 集成化

三維CAD技術能夠將數據庫以及計算機硬件、計算機網絡及外圍設備等集于一身，該項技術并非為一項相對較為孤立的技術，與此同時，此項技術能夠跟制造資源管理系統以及管理信息系統、計算機輔助制造系統等實現有效集成。伴隨著現代化信息技術的迅猛發展，三維CAD技術逐步實現CAM/CAD的優化集成，日后此方向為CAD技術的主流發展趨勢。尤其是基于全球一體化經濟背景，實現異地設計制造以及并行工程等概念的發展應用。在WEB以及網絡基礎下應用的協同設計制造系統備受社會各界的廣泛關注。目前一系列標準相繼出臺，譬如說針對三維圖形以及三維圖像基于互聯網上傳輸共享進行解決所采取用的VRML標準，就異構系統平臺展開解決的XML以及XML-3D標準等，在互聯網構架之下，為努力營造良好的協同設計以及協同工作環境打下扎實基礎。

4.4 虛擬網絡化

依賴計算機等網絡工具的逐步推廣應用以及優化更新，隨著社會的不斷進步以及經濟的迅猛發展，三維CAD技術水平顯著提升，其能夠由單機狀態逐步轉變為網絡化。在虛擬空間中，三維CAD技術所起到的實際作用甚為顯著，其可在虛擬空間中完成機械模型構建，使得人們可直觀立體地充分了解掌握機械設計中所存在的弊端問題，參考各類參數，樹立一定的設計標準，在未來，三維CAD技術虛擬網絡依然占據著十分重要應用地位，所發揮成效甚為顯著。

5 結語

綜上可知，在人們日常工作生活中，三維CAD技術獲得廣泛普及推廣應用，其在機械設計行業十分突顯。正是由于此技術的直觀安全性，使之頗具優勢，在設計方案設計及形成進程當中、農業機械設計及其他機械設計中，三維CAD技術依然發揮著十分重要的租用。此技術發展前景十分廣闊，隨著科技的不斷進步，技術得以優化改善，可實現在機械設計中更為良好的應用。

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