三維CAD技術在機械設計中的應用

矯元君

青島海德馬克智能裝備有限公司

三維CAD技術在機械設計中的應用

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作為CAD技術的核心所在，三維CAD 技術也被稱為建模技術，主要由二維技術發展而來，其主要內容包括三維造型、機構運動分析、三維設計、三維轉二維以及仿真等。三維CAD技術不將設.人員的想象力及創造力充分發.出來，符合人們的設計思維，而且還可滿足幾何圖形對形狀及性能的要求，使各方面的指標趨于完美狀態，基于此，本文將著重分析探討三維CAD技術及其在機械設計中的應用，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

機械設計；三維CAD技術；應用

1、三維CAD技術特點

三維CAD 技術指的是計算機輔助設計技術，利用計算機及圖形設備幫助設計人員完成設計工作。三維CAD 技術的實現需要建立在計算機圖形設備以及計算機應用軟件基礎上。三維CAD 技術誕生于二十世紀六十年代，但當時由于硬件設備過于昂貴，所以該技術并沒有得到大面積應用，僅用于汽車工業與航空領域。二十世紀七十年代，小型計算機費用大幅度下降，三維CAD技術開始融入美國工業領域。八十年代后，計算機普及度開始不斷上升，開始出現專業的CAD 軟件及系統開發公司，CAD 技術得到空前發展。九十年后，CAD 技術基本得到普及，應用范圍越來越廣泛。基于三維CAD 技術下的設計環境，能夠實現曲面設計、真實感模擬、二維繪圖、體素拼合、三維實體造型、刀具路徑模擬等多種功能，其強大的造型功能為機械設計提供了理想環境，能夠設計出復雜的曲面、曲線零件。在設計中設計者在虛擬三維空間中進行設計，在這個三維空間中按照想要表現的對象的形狀、尺寸來建立三維模型，調整相關參數，進行具體的設計生產想要表現的三維畫面。這種三維畫面能夠給人強烈的視覺沖擊，模擬效果逼真、直觀、準確，廣泛應用于廣告、醫學、工業、軍事、影視等領域。三維CAD 技術的誕生與應用給設計領域帶來了革命性變化，完全顛覆了傳統的設計模式，三維CAD技術將成為核心輔助設計技術。

2、機械設計中三維CAD技術的應用

2.1 虛擬樣機功能

應用虛擬樣機技術，設計人員可以在視覺與聽覺上對設計模型的性能與使用等方面進行一定的虛擬操作，該技術有助于設計人員更加了解產品性能的不足，并進行及時的糾正與修改，該功能是在三維CAD技術的基礎上進行研發的，主要是利用三維CAD技術創造逼真的產品模型，并在虛擬環境中對其性能與質量進行一定的分析，根據各個部件的運行情況，對產品進行必要的修改與完善。因此虛擬樣機功能的使用在很大程度上提升了產品的質量與性能，降低研發成本，提升產品研制效率。如圖1所示為虛擬樣機。

圖1 虛擬樣機

2.2 實體建模功能

技術標準、操作過程等規范化程度日益提高；智能化發展主要體現在三維CAD 技術智能化設計水平的不斷提升；虛擬網絡化發展主要體現在機械建模過程中虛擬空間技術的不斷完善。這也就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討利用三維CAD 技術進行機械的設計工作是十分高效的，可以對機械設計工作進行比較全面性的輔助，尤其是在設計中的裝配圖和零件的模型建造上被更加深刻的利用，也得到了非常好的設計效果，所以具有很強的實際意義。設計人員在進行具體的操作過程中，會進行機械設計的線框、表面和實體的建模工作。與此同時，在設計的過程中還要對不同類型和樣式的零件進行設計，通過三維CAD 技術的應用軟件將它們加入到整體的設計模型當中，設計人員還可以利用并、交和差等布爾運算的方式加入到其中進行計算。在對比較復雜的零件進行改造的時候，由于零件拆分的過程非常困難，所以三維實體的模型就能夠有效的對零件進行合理的拆分，從而形成新的零件基本體，在裝配圖和零件的設計完成之后，機械的整體模型建構也就基本完成了。

2.3 對零部件的檢查功能

通過三維CAD技術，設計人員可以極其簡單地對設計模型的零部件進行一定的改造與變動，可以極其方便地添加零件，還可以快速地去除部分結構。與此同時，該技術還可以使得各個零部件之間的配合更加完美，在很大程度上降低了模型設計的失敗率，另外，關于設計模型的零部件的拼接與拆分都可以通過計算機的零件回放功能，通過動畫的形式，使設計人員更清楚、直觀地看懂零部件的改造過程。

2.4 設計與生產的一體化功能

在三維CAD技術的應用過程中，該功能已經從最初的繪圖逐漸發展為目前的數據建模、零件檢查以及虛擬技術等功能。三維設計已經是目前我國機械設計技術最先進的設計技術，該技術在各個領域都得到了十分廣泛的應用，尤其是在企業的設計與生產方面更是具有無可替代的重要應用，例如，美國著名的汽車生產公司福特就通過該技術大大提升了汽車生產的效率與質量，同時，還在很大程度上降低了產品設計的修改概率，并且極其明顯地降低了企業生產的成本。同樣，波音客機也早早就開始進行設計的“無紙化”技術，使得如今的波音飛機的發展一直位于世界前茅。

2.5 機械CAE軟件的應用

機械CAE軟件最重要的性能不僅是對產品的結構設計進行優化，同時也對設計圖稿中的相關參數進行分析和比較，進而保證該方案具備一定的科學性和合理性。機械CAE軟件同時也能對設計方案的合理性進行判斷，進而保證設計方案的可實施性。在機械CAE軟件中融入三維CAD技術，只能在建模之后才能充分發揮它的作用，再借助機械CAE軟件對設計中的各個參數進行分析，進而保證設計方案成功執行。

3 結語

總而言之，隨著三維CAD 技術設計與開發力度的不斷增大，三維CAD 技術日漸成熟，其也逐漸向著規范化、智能化、虛擬網絡化的方向發展。其中，規范化發展主要體現在三維CAD。

[1]史越. 三維CAD技術在機械設計中的應用探究[J]. 電子測試，2013，23：26-27.

[2]倪卉蘭. 三維CAD技術在機械設計中的應用[J]. 科技致富向導，2011，20：162.

[3]許飛飛. CAD技術在機械設計中的應用初探[J]. 中國校外教育.