基于Autocad的機械零件設計建模技術的探究

郭文杰

摘要：利用CAD技術進行機械設計，可促進機械行業自身的進步與發展， 亦可以有效地縮短設計制造期限，提高工作效率，降低企業成本。本文以Autocad為操作平臺，針對機械零件設計過程中的建模難點技術予以剖析，形成了以基本三維圖元為單位的布爾運算建模法、以二維圖元為基體進行三維編輯建模等多種行之有效的建模新技術，極大地提高模型創建效率。

關鍵詞：Autocad；機械設計；建模技術

中圖分類號：TP39172文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.004

0引言

CAD三維技術的設計功能十分強大，設計優勢相當明顯。具有廣泛、普遍、簡潔、智能化等特征，隨著CAD產品的不斷創新與發展，其機械設計的能力得到提升，有效縮短了機械零件的設計周期和裝配調試時間。也可將已經設計完成的機械設備按照新的技術要求和生產加工設備的具體實際，進行及時更新、調整與重塑，提高了機械設備以及各類零部件的可塑性與可變性。CAD技術的模擬裝配環境可依據機械運轉時存在的實際問題，在軟件中查找對應的區域，在不拆卸零部件的情況下，進行分析，找到問題根源，依據癥結準確對相關零部件進行修正。通過CAD技術可清晰的展示出機械內部各零部件之間的內在關系，及其各自的結構特點，若預運行后，存在不合理的干涉或碰撞等現象時，可以及時的查找問題根源并加以更正。同時，CAD技術先進的設計理念與設計方式，保證了整個機械產品的品質與質量。

1CAD技術要基于力學原理

1.1零件設計要與受力分析、強度校核有機結合

不論是動力部分、傳動機構、還是執行機構，在組合為一個整體的機械后，各個零部件又相互聯系，相互制約，每個零部件都要受到外部載荷的作用，外部載荷有均布載荷、集中力等，不同構件受到力的多少及部位亦不相同。外力的存在勢必引起內力的變化，內力又會導致應力的存在。致使各零部件發生形變。零部件的基本形變有拉伸、壓縮、擠壓、剪切、彎曲，或者以兩個或兩個以上的基本變形而形成組合變形。零部件的形變嚴重影響著機械的使用壽命。故而在運用CAD技術進行零件或機械的整體設計時必須進行受力分析及強度的校核。

1.2零件的設計要符合經濟性原則

企業通過CAD技術制作的三維模型，目前大多只是停留在效果圖的階段，只求美觀，實質上并沒有進行整體的設計工作，而且缺少相關的受力分析，材料成本、加工成本、客戶的接受能力，市場需求等考慮甚少，經濟性無從把握。且機械零件的尺寸、形狀、材料、加工方法、加工工藝、加工精度、安裝位置、裝配關系、工作環境等直接影響著零部件或機械的整體使用壽命和經濟性。機械一經設計生產出來，投放市場，在滿足使用性能的同時，經濟性要求也是設計人員必須考慮的范疇。

1.3設計人員的要求

目前，精通CAD技術的專業人才相對較少，且CAD系統復雜多變，想要熟練地掌握這項技術相對較難。要正確合理運用CAD技術進行機械設計，設計人員必須接受嚴格的專業培訓，使其熟悉CAD設計軟件并能熟練操作運用該軟件，代替圖板繪圖工具來進行繪圖，將工業化生產與現代化信息技術有機結合，以避免在進行機械設計時方案出現缺陷。

2三維圖元布爾運算建模法

（1）理清思路，大腦構建基本模型。根據設計理念，理清設計思路，在大腦中構件出所要創建的三維基本體如圖1所示。（2）根據基本模型創建基本三維圖元。在機械零件的設計與生產中，不是某種單一的模型結構構造而成，而是多種常見模型組合而成的。先將三維模型分割成不同形狀的基本模型，然后對相應的各個基本模型根據具體尺寸進行三維實體構造，隨后利用各類布爾運算等對其進行拼接處理，以此形成相應的零部件。根據（圖1）輪廓形狀，對其進行分解，該形體中包括圓柱體，長方體兩種基本三維圖元（圖2）。

（3）運算。圓柱體是空心圓柱，需要運用2個圓柱體和1個長方體進行布爾差集運算（圖3）；底座需要用11個圓柱體和1個長方體先后進行布爾并集和布爾差集運算，其他部分如法炮制。之后，再對需要倒角或倒圓的部位進行處理，或依據與之相配合的零件對尺寸進行修改。

（4）布爾并集運算。

經過基本圖元運算后的三維模型是各自獨立的單元體，需要對其進行布爾并集運算，整合為一個整體零件，達到（圖1）的設計效果。一則便于出圖，二則便于加工，三則便于裝配及試運行，便于發現干涉等不良現象，利于及時排除。降低生產成本和生產周期。

3二維圖元為基體構建三維模型

（1）仔細觀察零件三視圖（圖4），構思模型基本框架。通過觀察主視圖與俯視圖的相互關系，可以判斷出其為一叉架類零件。

（2）整體建模。根據主視圖定出其截面輪廓形狀，即依據所給定的確切尺寸，確定零件的長度、高度及形位關系，其次，根據俯視圖的寬度定出三維模型的厚度。

（3）局部處理。在整體三維圖元的基礎上，對孔（包括通孔和盲孔）、凸緣、倒圓、凸臺、溝槽等部位，根據實際尺寸精雕細琢，在此期間離不開基本幾何體的布爾運算，注意其運算法則即可。模型成型后，再進行布爾并集運算。完成后的建模圖如圖5所示。

4輪廓旋轉建模法

（1）適用范圍。軸類零件的三維建模，除采用三維圖元布爾運算建模法外，最直接、最行之有效的辦法是依據主視圖的外輪廓曲線，進行旋轉建模。

（2）二維圖元的處理及建模。（圖6）所示的下部為一空心階梯軸狀，先對其三視圖下部進行分離，通過復制，粘貼至二維空間如圖7所示。再根據三維體的具體結構特點，通過剪切、合并等編輯命令，或用多段線命令描圖處理，使其生成封閉的二維圖形（圖8）， 之后導入三維空間，利用旋轉命令繞軸線生成三維模型，期間無需進行布爾運算。

5結語

CAD的輔助設計作用貫穿在整個機械設計的始終，隨著CAD系統的不斷完善，CAD技術已向智能化、信息交換、信息集成等方向逐步發展，其強大的設計功能越來越得以凸顯，并且在優化現代機械零件、分析零件使用壽命、進行強度校核等方面也顯示出了其強有力的優勢，在當今各項科學技術不斷發展和完善的大環境影響下，對計算機輔助設計者的計算機輔助技術需要和網絡技術需要同步發展，設計者需要不斷學習，提升自身的計算機輔助技術的知識。在機械設計制造過程中，充分挖掘CAD系統潛能，不斷更新設計理念與設計方式，不斷探究出符合機械設計實際的各種建模方法與技巧，為保證機械產品的品質與質量的提高而不懈努力。

參考文獻：

[1]禹治斌. AutoCAD2007初級工程師[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]丁緒東.AutoCAD2007實用教程[M].北京：中國電力出版社，2007.

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