分析三維CAD技術在機械設計中的應用

張淑寬++劉希芳

摘 要：隨著社會的不斷進步，各國綜合國力的不斷提升，科技的迅猛發展，世界各國都開始爭先恐后地發展起機械制造業，而三維CAD技術的誕生與發展正標志著機械設計已經步入到一個新紀元。本文主要具體描述了三維CAD技術的概念與優點，并在此基礎上進一步探究了三維CAD技術在機械設計中的應用情況，同時對其今后的發展方向給予了一定的展望，意在表明在機械設計中應用三維CAD技術具有劃時代的現實意義。

關鍵詞：三維CAD技術 機械設計 應用情況

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0081-02

在科技逐步發展進步的背景下，各行各業都開始充分地應用起了CAD技術，而在這些產業中受到較大發展和突破的還屬機械設計領域?，F階段的三維CAD技術正在逐步將二維CAD給替換出來并取而代之，可以說三維CAD在機械設計發展環節中起到了至關重要的作用。

1 三維CAD的概念

三維CAD技術在CAD技術中占據重要地位，它是CAD軟件的核心。三維CAD技術是在三維模型的基礎上通過逐漸發展進而最終成型的，如果三維結構被搭建的較好的話對于建造二維模型來說就比較容易了，我們通常也把三維CAD技術叫做建模技術。三維CAD技術主要包括三維設計與造型、三維轉換二維、分析機構運動、管理圖樣檔案等。較完善的三維CAD技術能夠達到幾何圖形的外觀與性能需求，使所有指標都達到最佳狀態，設計三維CAD技術的人員可以充分發揮自己的想象力來進行思維設計。把三維CAD技術應用在機械設計中可以使產品變得更加逼真，有效地解決了工程制圖與產品設計上出現的質量問題，換句話說現階段作為一名機械相關的設計人員來講，能夠靈活運用三維CAD技術是他們所應掌握的最基本的一項技能。

2 把三維CAD技術應用在機械設備中的優點

2.1 設計出來的作品更形象逼真

在進行作品設計時，設計者最初的目的都是為了實現立體化?？墒怯捎谑艿皆O計方式的種種局限，設計人員很難在平面圖紙上呈現出立體感，通常情況下在構建三維時都是在正投影產生的二維的基礎上進行描繪的，在CAD技術的不斷發展下，通過三維CAD可把作品設計得更加直觀逼真。而且應用三維CAD技術所創造出來的作品從某種程度上更方便設計人員展開檢查工作，另外，在進行設計時通過三維CAD還能夠展開模擬工作，方便檢驗作品的實用性。

2.2 加快了變量化與參數化的設計工作

三維設計意在加快變量化與參數化的設計步伐，在運用傳統的CAD技術時，如果我們想要改動畫圖的話，就必須要重新進行描繪制作，而且只能在規定的尺寸內對幾何元素做出定義，可是，在實際中，一個作品的完成其背后都是要經過反復多次的更正才能最終成型，這從一定程度上就為設計工作造成了很大的麻煩，同時也浪費了很多的時間。進一步來分析二維CAD技術，雖然它起到了一定的參數化效果，可是在設計裝配環境參數化上依然存在很大的困難。但是我們在將三維CAD技術應用在設計工作中時，不僅能夠自動修改因為一些尺寸發生改變進而影響到零件設計所帶來的變化，同時也會在其余零件尺寸的基礎上相應展開調整。這樣的話，就會相對減少設計人員工作的時間，縮減因修改工作帶來的工作量，在加快設計速度的前提下，能夠盡量避免信息的繁瑣性。

2.3 對零部件展開有限元分析與優化設計

在使用傳統的設計方式進行設計時，很難保證設計中的數據與實際工作中的數據相符合，加大了危險性，致使零部件不是很可靠，特別是一些本身受力程度就比較繁瑣的主要零件數據。但是將三維CAD技術應用在其中來對零部件進行有限元分析，能夠把參數化后的零部件輸入到有限元網絡中，并恰當判斷其受力程度和形狀大小等情況。如果經過判斷而得出的結論與實際需求相違背，我們就要重新進行設計與計算，一直到其與實際需求相接近為止。由此我們可以知道，充分地將三維CAD技術應用在機械設計環節中不僅能夠避免發生浪費材料的現象，而且還能加快設計的速度與效率，提升產品的可靠程度。

3 在機械設計內應用三維CAD技術的具體情況

3.1 集成制造模具ADM/CAD

在科技不斷進步的影響下，制造業在生產方面也在逐漸發生著變革，由傳統的人工設計作圖開始朝著CAM/CAD/CAE轉變，由一開始的普通機床轉變成加工中心與數控機床，從實際中來看現階段的制造業正在一點點向數字化方向發展和轉變。其中具有代表性的主要有模具CAD/CAM和激光迅速成型的技術等。CAD軟件的開發系統主要由曲面構造、有限元分析和模擬仿真以及三維繪圖和編輯圖形、數控加工等構成，在工程數據庫的基礎上合理地對數據展開了管理與運行。

3.2 模擬實體零件跟生成裝配圖

3.2.1 實體零件的建模

根據分析我們得出，CAD的建模形式主要有表面模型和實體模型以及線框模型三種。大部分CAD軟件內都會存在一些較為基礎性的體系，比如，在AutoCAD的建模中，軟件系統就呈現出了球體、圓柱體、立方體、圓錐體等共六種體系。在系統結構的幫助下，設計者可對簡單的零件展開相應的分析和點評，并把它分成不同個獨立的基本體，之后再分別進行實體造型，同時進行交、差計算，進而得到實體零件的三維模型。

3.2.2 生成裝配圖

當完成實體零件的建模工作以后，當機器運行到指定位置時可借助與之相關的一些材料，而后將不同零件的坐標當成中心展開裝配。同時合理利用三維CAD軟件內的編輯功能，最終生成裝配圖。

3.3 應用CAE軟件

在機械CAE系統中，主要包含有分析工程數據、優化設計內部結構、評估壽命、動力學仿真以及加強對設計的點評等功能。當三維CAD有效解決好造型問題以后，才能夠使用CAE來處理運動特征、壽命、機械硬度等問題。

4 三維CAD技術應用在機械設計中的發展趨勢

由于在機械設計領域中越來越廣泛地應用了三維CAD技術，該技術也開始發展得越來越規范化和智能化。

4.1 規范化

三維CAD技術自身系統進行開發的主要根據是幾何數據和工程數據的模型等，該技術變得越來越規范化主要體現在數據交換格式變得越來越標準，數據模型變得越來越規范，CAD資源變得更加規范。

4.2 集成化

三維CAD技術并不單一，它涵蓋了互聯網、計算機、數據庫、外圍設備等諸多技術，另外，它還與管理信息系統和制造資源管理系統以及計算機輔助系統等相互集成在了一起。由于科技的不斷進步，信息技術的迅猛發展，三維CAD技術正在悄然朝著CAD/CAM集成的方向逐步發展起來。

4.3 智能化

就三維CAD技術來講，其智能化主要表現在特征造型跟設計參數等方面。當用戶使用該軟件時，在把參數與特征引入其中時就會大大增強靈活度，使其操作起來變得極為便捷，而且還可以充分地把工程數據相關概念涵蓋到數據模型里。

5 結語

總而言之，在科技不斷發展進步的背景下，三維CAD技術在經歷諸多發展階段以后慢慢發展到了現如今這般模樣：它在設計上變得極為形象逼真，能夠設計變量化與參數化，能夠實現零部件的優化設計并對其進行有限元分析，能夠集成制造模具CAD/ADM和對零件實體進行建模等。所以，從今后的發展趨勢來看，筆者認為機械相關設計人員還要進一步優化和改良三維CAD技術，在有效發揮出該技術自身作用的前提下，確保三維CAD技術能夠發展得更加完善，進而加快機械制造業前行的腳步，促進機械制造業的發展更加欣欣向榮。

參考文獻

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