論CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

【摘 要】在機(jī)械設(shè)計(jì)中引入CAD技術(shù)，可以解決機(jī)機(jī)械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計(jì)多、信息資源利用率低的問(wèn)題，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和利用前景，從而創(chuàng)造出高效、安全的產(chǎn)品。常規(guī)幾何模型通常難以勝任一些復(fù)雜曲面產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造問(wèn)題，為此，提出了應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造的基于點(diǎn)的幾何模型概念， 給出了基于點(diǎn)的幾何模型的定義及其計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造應(yīng)用流程， 研究了基于點(diǎn)的幾何模型的幾何特性、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法、計(jì)算機(jī)輔助制造方法及其計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法。

【關(guān)鍵詞】CAD技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；基本功能；應(yīng)用領(lǐng)域；發(fā)展前景

一、基于點(diǎn)的幾何模型

與逆向工程的流程不同， 基于點(diǎn)的幾何模型的CAD/CAM應(yīng)用無(wú)需建立常規(guī)的CAD模型， 具體的應(yīng)用流程如圖1所示。（1）對(duì)測(cè)量產(chǎn)品實(shí)物方式，測(cè)量產(chǎn)品實(shí)物后得到表面數(shù)據(jù)點(diǎn)集；（2）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 直接得到基于點(diǎn)的幾何模型；（3）對(duì)點(diǎn)模型實(shí)施系列CAD操作， 完成點(diǎn)型的設(shè)計(jì)修改， 得到新的點(diǎn)模型；（4）直接針對(duì)點(diǎn)模型進(jìn)行CAM操作， 生成數(shù)控加工程序， 進(jìn)而完成產(chǎn)品制造。

二、CAD的功能

CAD是一個(gè)可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過(guò)菜單選項(xiàng)和工具按鈕等多種方式實(shí)現(xiàn)。它的工具欄、菜單設(shè)計(jì)、對(duì)話框、圖形打開(kāi)預(yù)覽、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預(yù)覽為用戶的繪圖帶來(lái)很大方便。

（1）平面繪圖功能。可以作用多種方式創(chuàng)建直線、圓、橢圓、多邊形、樣條曲線等基本圖形對(duì)象，完成對(duì)實(shí)體的繪制，并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行編輯操作。

（2）繪圖輔助工具。CAD提供了正交、對(duì)象捕捉 極軸追蹤、捕捉追蹤等輔助繪圖工具正交功能是幫助用戶方便地繪制水平、垂直直線；對(duì)象捕捉是幫助用戶拾取幾何對(duì)象上的特殊點(diǎn)；極軸追蹤功能可以使所畫(huà)斜線及在不同角度上定位的點(diǎn)變得更加容易。

（3）編輯圖形。CAD具有強(qiáng)大的編輯功能，除基本的移動(dòng)、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、修剪、縮放操作外，可以輕松地對(duì)圖形進(jìn)行陣列、拉伸、延長(zhǎng)對(duì)象、倒角、倒圓角等操作，變幻出更多豐富的效果。

（4）標(biāo)注尺寸。可以創(chuàng)建多種類(lèi)型尺寸，并對(duì)標(biāo)注的外觀自行設(shè)定。

（5）書(shū)寫(xiě)文字。能方便地在圖形的任何位置、沿任何方向書(shū)寫(xiě)文字，設(shè)定字體、傾斜角度及寬度縮放比例等屬性。

（6）圖層管理。圖形對(duì)象都位于某一圖層上，可設(shè)定圖層顏色、線型、線寬等特性。圖層的定義，是整個(gè)CAD軟件最為關(guān)鍵的設(shè)置，合理的使用圖層功能，既可以為繪圖工作打下良好的基礎(chǔ)，又可以大大提升繪圖的質(zhì)量。

（7）三維繪圖。可創(chuàng)建3D實(shí)體及表面模型，能對(duì)實(shí)體本身進(jìn)行編輯。CAD具有較強(qiáng)的三維功能，可以很方便的繪制軸測(cè)圖，并可進(jìn)行表面著色與陰影處理，使三維繪圖功能也更加完善。

三、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展及重要性

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)器生產(chǎn)的前提，同時(shí)也是決定機(jī)械性能的最主要因素，一部機(jī)器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量，狹義的機(jī)械設(shè)計(jì)僅指技術(shù)性的設(shè)計(jì)過(guò)程，廣義的機(jī)械設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強(qiáng)度、各個(gè)零部件的材料和形狀尺寸、以及潤(rùn)滑方法、力和能量的傳遞方式等進(jìn)行分析、構(gòu)思和計(jì)算，并將其形成具體的描述以作為機(jī)械制造依據(jù)的工作過(guò)程。這不僅是一個(gè)創(chuàng)造性的工作，同時(shí)也是建立在豐富的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來(lái)，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)器。

20世紀(jì)60 年代初，麻省理工學(xué)院的一名研究生發(fā)表了題為《人機(jī)對(duì)話圖形通信系統(tǒng)》的論文，首次提出了交互技術(shù)及計(jì)算機(jī)和圖形符號(hào)的存儲(chǔ)采用分層的思想，為CAD 技術(shù)的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業(yè)的領(lǐng)軍人物開(kāi)始認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的重大作用，并投入重金研發(fā)。美國(guó)的IBM公司開(kāi)發(fā)了以大型機(jī)為基礎(chǔ)的CAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編制等功能，之后有關(guān)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研制與開(kāi)發(fā)接踵而至，通用汽車(chē)公司研制出了用于汽車(chē)設(shè)計(jì)的DAC-1系統(tǒng)，洛克希飛機(jī)公司研發(fā)的CADAM系統(tǒng)，適用于不同階段的飛機(jī)設(shè)計(jì)。

四、結(jié)論

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能夠使設(shè)計(jì)人員對(duì)本身的設(shè)計(jì)思維中的三維建模直接設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)理念中存在數(shù)據(jù)集合參數(shù)與設(shè)計(jì)的思路，便能在三維建模中研究、分析如何整體設(shè)計(jì)機(jī)械的過(guò)程，讓設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一使用，爭(zhēng)取分析出更理想、完善的設(shè)計(jì)思想與方案。在使用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，把已經(jīng)建立且完全統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)，對(duì)整體的零部件和設(shè)計(jì)進(jìn)行各方面的探析，從長(zhǎng)遠(yuǎn)方向來(lái)觀察，CAD技術(shù)在以后的發(fā)展道路中必定取代其他的繪圖軟件。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的提高，網(wǎng)絡(luò)信息的便利性、普及化及多媒體的使用情況，CAD技術(shù)已經(jīng)慢慢朝著標(biāo)準(zhǔn)、集成、開(kāi)放、智能等多方面快速發(fā)展，如何正確對(duì)待CAD技術(shù)的發(fā)展，對(duì)目前技術(shù)領(lǐng)域CAD繪圖軟件的開(kāi)發(fā)以及企業(yè)怎樣準(zhǔn)確的應(yīng)用規(guī)劃自身的CAD技術(shù)系統(tǒng)，具有思考的意義。

作者簡(jiǎn)介：閆小磊，女，滿族，1982年12月生，籍貫：吉林省吉林市；2006年畢業(yè)于吉林師范大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士研究生。

參考文獻(xiàn)：

[1]發(fā)展前景展望[M].中國(guó)校外教育，2011（12）

[2]陳建良，童水光.應(yīng)用于CAD_CAM的基于點(diǎn)的幾何模型[M].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006（12）