三維CAD技術在機械產品制造中的應用研究

朱振杰　楊振怡

摘 要：近年來，我國的制造業發展迅速，機械產品的制造水平也在不斷提升。將三維CAD技術應用到機械產品制造中能夠有效提高機械產品的生產效率。通過分析三維CAD技術的原理和特點，探討將該技術應用到機械制造過程中的可行性，希望能促進機械產品制造業的發展。

關鍵詞：三維CAD技術；機械制造；三維模型；機械產品

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.144

隨著計算機圖形學的發展和普及以及計算機性能的不斷提升，計算機三維CAD這一技術在機械產品制造業中的應用越來越廣泛。對于機械制造來說，其設計過程以往都是通過鉛筆繪圖的方式來完成，這樣的工作方式使原本簡單的工作變得非常復雜，且耗時較長，浪費了很多不必要的人力和物力。CAD作為與傳統機械制造思想不同的新興力量，它的出現使我國的機械制造業又向前邁出了一大步。下面就從多個方面對三維CAD技術在機械產品制造中的應用進行探討。

1 三維CAD技術綜述

目前，三維CAD技術在各個行業中得到了廣泛的應用，它以“平面→草圖→特征→零件→裝配體”這條線路為基礎，通過相應的三維軟件直接生成機械產品的三維模型。現今的三維軟件都具備直接將三維模型轉化為二維圖紙的功能，因此機械制造企業可以直接根據生成的二維圖指導制造流程。在機械產品制造中，使用三維CAD技術的主要是設計和裝配環節，其工作內容是對零件的加工工藝過程進行仿真。與傳統技術相比，三維CAD技術的優點在于能夠利用輸入的參數自動計算體積、質量等參數；直觀地對機械零部件進行受力分析；在實際裝配前進行虛擬裝配，并快速生成二維圖紙等。

2 在機械產品制造中的應用

2.1 直觀地表達三維機械模型

機械產品制造人員都希望能夠運用軟件表現具有運動關系的機械模型，但由于過去機械制造手段有限，因此很難在圖紙上表現出立體圖形。隨著三維CAD技術的不斷發展，在現有多種軟件的支持下，設計人員可直接利用三維思維表達機械模型，使圖紙更加形象、直觀，機械產品結構更加一目了然，而且三維CAD技術能夠實現機械構件的運用模擬，幫助設計者更好地分析和改進產品。

2.2 實現參數化、變量化

參數化和變量化是機械制造的基礎。傳統的制圖方式只能用簡單的固定尺寸來表達機械產品，如果要對產品和圖紙進行更改，則只能刪除原有線段，重新繪制新的線段，在一個機械產品的設計中，要經過不斷的修改，工作量非常大，并且二維模型難以模擬產品的裝配過程。而利用三維技術能夠使機械產品零部件的尺寸互相關聯，修改其中一個零件的尺寸，其余各零件的尺寸能夠自行更改，大大減少了工作量，減輕了機械制造工作者的勞動負擔，使技術和設計人員從復雜的工作中解脫出來，提高了機械產品的制造效率，減少了信息的儲存量。

2.3 實現CAD/CAM的集成

從狹義上來說，CAM是指生成數控程序，能夠將數控代碼經過通訊接口傳輸到數控機床，然后實現機械產品加工這一過程。傳統機械制造行業是在二維設計圖紙的指導下實現這一過程的，但二維圖紙中存在的零件混亂問題易導致制造過程的混亂。而三維CAD技術的運用能夠整合三維CAD和三維CAM，使三維CAM能夠從三維CAD中獲取制造信息，然后進行加工，使產品從設計到制造的全過程都實現信息化和自動化，并保證加工出來的機械產品符合各項要求。

2.4 實現對機械產品的有限元分析和優化

機械產品各部分零件的形狀和受力狀態往往較為復雜，在傳統的計算中，實際計算數據與實際工作數據相差較大，因此要加大安全系數，這就導致設計出的機械產品較為笨重，造成了不必要的浪費，也使得機械產品不夠精密。而應用三維CAD技術能夠方便地對每個零部件進行有限元分析，分析其受力變形、熱變形等，優化這些形變結果，并通過分析不同工作狀態下的同一機械產品，找到最適合機械產品加工的途徑和方法，從而提高了機械制造企業的設計水平和制造效率，降低了人力和物力的消耗量，提高了機械產品的可靠性，使設計出的產品更加精巧，價格更加合理，性能更高。

3 三維CAD技術在應用中的不足

在機械產品制造過程中，三維CAD技術已經不可或缺，這種能夠有效提高產品制造水平和效率的軟件已經被廣大機械制造公司所青睞。但研究發現，現有的三維CAD技術還存在一定的不足。各機械制造公司為了追求利益最大化，不斷追求最先進的三維CAD技術軟件，但對于中小型企業來說，高端的三維CAD軟件無疑是一種不必要的消費。這些軟件雖然功能強大，但是價格不菲，如果中小型企業一味地追求功能強大，而忽視了軟件與機械產品之間的利益關系，就不能讓三維CAD技術發揮最大的作用。另外，還有部分企業運用三維CAD技術單純是為了制作出好看的三維模型，但這種模型并沒有在實際機械制造過程中起到重要作用，對軟件的利用依舊停留在二維的階段，這就使三維CAD技術失去了存在的意義。

4 結束語

綜上所述，三維CAD技術在機械產品制造中已經被廣泛使用，而軟件的廣泛應用也從根本上解決了機械制造企業在設計、裝配等方面的問題，大大提高了這些制造環節的工作效率，節約了制造成本。放眼未來，三維CAD技術必將不斷發展，成為機械產品制造行業的主流。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕