CAD技術在機械工程設計中的應用研究

周帥

摘要：隨著我國經濟和計算機技術的發展，CAD技術越來越多地被應用在工程機械領域，為機械工程設計及其優化提供了強力支持。隨著CAD技術的應用越來越廣，它已經成為技術人員從事機械設計工作必須掌握的一項基本技能。本文主要從CAD技術的發展、優勢及應用等方面進行簡要的探討。

關鍵詞：CAD；機械工程；設計；應用探究

近些年來隨著計算機技術的飛速發展，CAD技術依托計算機技術逐漸發展起來，在許多領域都有應用，如汽車、建筑、紡織等，尤其是在機械產品設計方面應用十分廣泛，最典型的CAD技術運用要數Auto CAD軟件。CAD軟件經過不斷的發展更新，使軟件在繪圖的靈活性和精度上有了很大的提高。CAD在機械工程設計中的應用大大提高了設計效率，使設計人員從繁重的設計工作中解放出來，專注于更好地發揮設計思想，促進了機械工程的發展。

1 CAD技術的發展

隨著計算機技術的發展，其運算能力和圖形處理能力也相應地得到了提高，機械工程的設計人員使用CAD技術可以實現圖形和數值等方面的各種設想，使設計出來的產品更容易達到理想的效果。CAD技術誕生于20世紀50年代，因為其強大的處理能力被廣泛使用在機械、電子、能源化工等行業。CAD技術發展到現在，出現了結合人工智能的智能CAD技術，是CAD技術現代化的標志。它可以在某一方面模擬專家的設計模式并進行推理，發現設計和產品中存在的問題并予以解決。相比于較早的CAD技術，現在的CAD的特征是三維立體，能夠直觀地將人們所想的產品模型在三維空間中展示出來，具有更高的實用價值。機械工程設計要想跟上時代發展的潮流，必須要時刻關注cAD技術的發展。

2 CAD技術的優勢

2.1 提升產品質量

CAD技術在機械工程設計中主要是用來保障零件的設計水平，可以在虛擬的三維空間中建立完整的零件構圖，通過對零件的受力分析、運動分析等來確定零件設計的好壞。相比于傳統的機械設計，CAD技術的運用可以在理論方面對零件的設計優劣進行分析判斷，在解決設計中的問題后，設計產品的質量和性能無疑會大大提升。另外，CAD技術的使用可以拓展人員的思維。三維空間的使用可以讓設計人員的思維更充分地發散，設計立體效果較好的產品。在實際生產中，CAD技術與數控加工技術結合使用，可以更好地保證產品的成型和質量。

2.2 降低設計難度

傳統的機械設計是采用繪圖方式來對產品的零部件進行設計，不僅耗用的時間過長，在容錯率上也很難保證。通常，若某些重要的參數出現錯誤就要導致一切重新再來；并且其設計圖紙是平面的，不利于設計人員判斷產品性能和優缺點。CAD技術的使用可以讓設計人員在設計過程中更容易、更快捷地調整零件的尺寸、結構，使零件達到預期效果，相比于傳統設計方式，在時間和效率上都有極大的提升。CAD可以將設計好的零件結合在一起來觀察匹配效果和產品性能，并進行模擬的運轉，使設計趨向于實際化，這樣保證了設計產品的實際應用，很大程度上降低了設計難度。

2.3 促進技術集成

CAD技術的使用與發展使零件的設計更加集中化，生產方式也由機床向數控轉變，尤其是CAD/CAM系統的建立，在基于龐大數據庫的基礎上形成獨具特色的功能板塊，來使產品設計中的每個步驟能夠獨立運轉，如三維繪圖、數控加工、動態顯示等，并且還能保證CAD與CAM的零件設計數據相同。CAD/CAM系統的使用讓零件設計實現高度的數字化和集成化，使實際的產品設計更加優越。

3 CAD技術在機械工程設計中的具體應用

3.1 繪圖應用

CAD技術設計的初衷就是為了處理圖形數據，所以繪圖是CAD最為基礎的應用。相較于傳統的繪圖方式，CAD在繪圖的簡便性和操作性上大大增強。它較為基礎的功能有文字、標準尺寸、填充、圖形編輯、區分層次等，這些功能的協調使用能夠讓設計者輕松設計出想要的產品模型。當然，這在實際的CAD技術應用中是通過不同的軟件來完成的。為了降低軟件的使用難度，可在基礎的繪圖軟件包上開發具有宏命令的參數化繪圖軟件，使專業素質較低的設計人員也可以輕松使用。

3.2 建模應用

在機械工程設計中，建模是設計的核心，即在三維空間中建立產品或零件的模型對其進行功能和外觀上的優缺評判。工程設計中常用的建模有線框、表面、實體3種模型。在建立模型的基礎上對模型的參數進行優化設計，一般通過軟件本身如AutoCAD提供的基本體系來構成產品或零件的基本模型。常用的基本體系有立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環狀體、楔形體六種。但對于實際的零件設計來說，這六種基本體系遠遠不能滿足設計需求，需要我們通過用在二維平面構造的輪廓在三維空間中拉伸或者旋轉等來構成新的體系，最后通過布爾運算來獲得實際的設計模型。設計人員可以通過CAD對零件的任意部位進行修改和操作，最終實現零件的功能。這樣設計更加趨向于實際應用，在設計成功率和效率方面大大提高。

3.3 應用趨勢

現行的CAD技術雖然給機械設計帶來了極大的便利，但還是局限于數據和圖形的可數類型上，而在實際的設計中因為零件的力學性能和結構優化等因素需要設計人員重新構思。為了解決這方面的問題，CAD的智能化正在發展，能夠在設計中智能地對故障進行診斷并進行優化和修復。智能化在CAD技術中的應用必將越來越廣，未來將會進入智能時代。這就需要研究人員加大對CAD關鍵技術的研究，使其和智能更好地融合?，F在智能化的表現是ANSYS等有限元分析軟件的無障礙對接，它可智能化地判斷零件的結構和力學性能的合理性并進行修改。

4 結語

CAD作為機械工程設計中重要的基礎工具，由于具備三維和建模的優勢，因此與傳統的機械設計相比更具有優勢，使設計過程更加輕松、高效。并且伴隨著計算機技術以及智能化的不斷發展，它們之間的融合度也必將更高，最終最大化地提升設計產品的質量。