三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

王 維

（廣東省地質(zhì)裝備中心，廣東廣州 510510）

三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

王 維

（廣東省地質(zhì)裝備中心，廣東廣州 510510）

想要保障機(jī)械設(shè)備性能的發(fā)揮，必須要做好機(jī)械設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式效率低，工作量大，易出現(xiàn)錯(cuò)誤，且設(shè)計(jì)效果不直觀。三維CAD技術(shù)的誕生給機(jī)械設(shè)計(jì)提供了新路徑、新環(huán)境，基于三維CAD技術(shù)環(huán)境下的機(jī)械設(shè)計(jì)不僅設(shè)計(jì)效果直觀，且設(shè)計(jì)過程操作簡單，勞動(dòng)強(qiáng)度被大大降低，設(shè)計(jì)成本節(jié)約百分之三十以上。三維CAD技術(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域已成為必然趨勢。將針對三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開研究。

機(jī)械設(shè)計(jì)；三維CAD技術(shù)；應(yīng)用實(shí)踐

機(jī)械設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的專業(yè)性和復(fù)雜性，涉及內(nèi)容和領(lǐng)域非常廣泛，加之近幾年科學(xué)水平的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計(jì)中需要考慮的因素越來越多，設(shè)計(jì)難度大大提升，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式與思路顯然已不在能滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性越來越明顯。三維CAD技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一套完整的三維設(shè)計(jì)環(huán)境，有效提高了機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，減少了設(shè)計(jì)誤差，縮短了設(shè)計(jì)周期。在機(jī)械設(shè)計(jì)中利用三維建模來完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)效果更直觀、更好理解，因此機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)積極應(yīng)用和推廣三維CAD技術(shù)。

1 三維CAD技術(shù)的特點(diǎn)

三維CAD技術(shù)指的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)及圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)工作。三維CAD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要建立在計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件基礎(chǔ)上[1]。三維CAD技術(shù)誕生于二十世紀(jì)六十年代，但當(dāng)時(shí)由于硬件設(shè)備過于昂貴，所以該技術(shù)并沒有得到大面積應(yīng)用，僅用于汽車工業(yè)與航空領(lǐng)域。二十世紀(jì)七十年代，小型計(jì)算機(jī)費(fèi)用大幅度下降，三維CAD技術(shù)開始融入美國工業(yè)領(lǐng)域。八十年代后，計(jì)算機(jī)普及度開始不斷上升，開始出現(xiàn)專業(yè)的CAD軟件及系統(tǒng)開發(fā)公司，CAD技術(shù)得到空前發(fā)展[2]。九十年后，CAD技術(shù)基本得到普及，應(yīng)用范圍越來越廣泛。基于三維CAD技術(shù)下的設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)曲面設(shè)計(jì)、真實(shí)感模擬、二維繪圖、體素拼合、三維實(shí)體造型、刀具路徑模擬等多種功能，其強(qiáng)大的造型功能為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了理想環(huán)境，能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜的曲面、曲線零件。在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)者在虛擬三維空間中進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這個(gè)三維空間中按照想要表現(xiàn)的對象的形狀、尺寸來建立三維模型，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)生產(chǎn)想要表現(xiàn)的三維畫面。這種三維畫面能夠給人強(qiáng)烈的視覺沖擊，模擬效果逼真、直觀、準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于廣告、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事、影視等領(lǐng)域。三維CAD技術(shù)的誕生與應(yīng)用給設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來了革命性變化，完全顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，三維CAD技術(shù)將成為核心輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。

2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

通過前文分析不難看出三維CAD技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)積極融入三維CAD技術(shù)，利用三維CAD技術(shù)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，使機(jī)械設(shè)計(jì)走向數(shù)字化、信息化、高效化。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可先對機(jī)械結(jié)構(gòu)三維模擬構(gòu)建，然后在三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)中要選擇合適的輔助軟件，不同類型的CAD軟件，性能、功能、使用范圍都有較大的區(qū)別。一些軟件對圖形系統(tǒng)硬件設(shè)備性能要求較高，性價(jià)比較差，一些軟件的性能則并不足以應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，不能滿足設(shè)計(jì)要求[3]。目前主流的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件有：CATIA、UG、PROW、SOLIDWORKS、AUTODESK INVENTOR等等。軟件選擇不僅要滿足前期處理要求，更要滿足后置處理功能要求，同時(shí)還要考慮到軟件的操作性、實(shí)用性、適用性、方便性，盡可能選擇一些界面簡潔優(yōu)化，實(shí)用性較強(qiáng)，操作簡單的軟件。一些界面復(fù)雜的軟件，需進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，且會(huì)對設(shè)計(jì)者造成干擾。界面友好的CAD軟件，通常不需要進(jìn)行培訓(xùn)就可獨(dú)立操作，能夠有效降低設(shè)計(jì)難度，這對于設(shè)計(jì)師來說是一種無形的幫助，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師提供更加便利的設(shè)計(jì)條件。此外，還要考慮到軟件的集成度，具體模塊應(yīng)包括：曲面造型模塊、有限元分析模塊、圖形編輯模塊、動(dòng)態(tài)顯示模塊、仿真模擬模塊等等。集成度較高的CAD軟件，不僅應(yīng)用性強(qiáng)，且數(shù)據(jù)便于管理和應(yīng)用，能夠大大節(jié)省系統(tǒng)資源，降低系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，壓縮設(shè)計(jì)成本，且對于保障數(shù)據(jù)完整性有著很大幫助，這對于后續(xù)工作開展有著重要意義，能夠大大提高整個(gè)設(shè)計(jì)的效率。設(shè)計(jì)中要先對設(shè)計(jì)要求和方案進(jìn)行分析，獲取模型信息，調(diào)整模型參數(shù)，建立三維模型路基，設(shè)置修改參數(shù)，生成主軸，確定主軸轉(zhuǎn)速及給進(jìn)速度，輸入輸出相關(guān)數(shù)據(jù)代碼，驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性與科學(xué)性，進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)和整體修改，細(xì)化設(shè)計(jì)后，再次進(jìn)行數(shù)據(jù)校對，進(jìn)行最終的深化設(shè)計(jì)。三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，切實(shí)有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)模式中的不足，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

3 結(jié)束語

新時(shí)代背景下，人們對機(jī)械設(shè)備的使用度越來越高，同時(shí)也對機(jī)械設(shè)備的性能要求提出了更高要求，機(jī)械設(shè)計(jì)難度隨之提高，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的局限性越來越突出。而基于三維CAD技術(shù)的設(shè)計(jì)模式，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一種三維虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境，利用三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)效率，壓縮了設(shè)計(jì)成本。

[1] 賀杰高.三維機(jī)械CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)技術(shù)及在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D].蘭州理工大學(xué)，2013.

[2] 任燕平.機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)三維CAD系統(tǒng)建模及關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[D].昆明理工大學(xué)，2011.

[3] 吳文根.基于SolidWorks的產(chǎn)品設(shè)計(jì)專用系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].武漢理工大學(xué)，2012.

To Investigate the Three-dimensional CAD Technology in Mechanical Design

Wang Wei

If you want to play to protect mechanical equipment performance，good mechanical design must ensure that the design of scientifi c rationality.Low effi ciency of traditional mechanical design patterns，heavy workload，prone to error and design effect is not intuitive.The birth of 3D CAD technology to provide a new path for mechanical design，new environment，not only mechanical design based on the effect of three-dimensional CAD design technology environment intuitive design and simple operation，labor intensity is greatly reduced design cost savings thirty percent the above.3D CAD technology into the fi eld of mechanical design has become an inevitable trend.This article will expand research for 3D CAD Technology in Mechanical Design.

mechanical design；three-dimensional CAD technology；Application Practice

X799.3

A

1003-6490（2016）01-0119-02

2016-01-24

王維（1987—），男，廣東廣州人，助理工程師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)研發(fā)工作。