CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用探索

郭建輝

【摘 要】近年來，隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用于各行各業(yè)。CAD技術(shù)就是在這種背景下發(fā)展起來的，特別是隨著其功能的不斷完善，它逐漸被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、汽車等領(lǐng)域。其中，CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用比例最高，為廣大設(shè)計(jì)人員提供了方便快捷的設(shè)計(jì)平臺(tái)。復(fù)雜的分析、計(jì)算和繪圖都由計(jì)算機(jī)輔助完成，這不僅保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，而且降低了工作強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】CAD技術(shù)；機(jī)械工程；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 CAD技術(shù)概況

CAD，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，它是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)計(jì)算和圖形處理技術(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)創(chuàng)造對(duì)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，來完成要實(shí)現(xiàn)的目的和得到要設(shè)計(jì)的成果，是一門新興的、與計(jì)算機(jī)和工程設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合的、能提高工作效率和精準(zhǔn)度的學(xué)科。CAD技術(shù)由硬件部分和軟件部分組成，硬件系統(tǒng)是支持CAD發(fā)揮功用進(jìn)行運(yùn)作的物質(zhì)支持，CAD技術(shù)的運(yùn)用建立在硬件系統(tǒng)之上。軟件系統(tǒng)則是CAD技術(shù)的核心，它決定了CAD技術(shù)所具有的功能，軟件部分越完善先進(jìn)，CAD能夠發(fā)揮的功用就更加強(qiáng)大。CAD技術(shù)能夠以計(jì)算機(jī)圖形處理能力、產(chǎn)品造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)原理等為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理一體化。同時(shí)CAD能將復(fù)雜的問題較簡便的呈現(xiàn)出來，一些模糊的問題能夠通過圖示的分析研究做到可視化，從而減少問題的困難度，便于更好的理解，不僅能夠解決問題，還能大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)步驟和時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行良好的控制。CAD繪圖不同于傳統(tǒng)的繪圖方式，用CAD繪圖更快捷，繪畫結(jié)果更準(zhǔn)確，能夠進(jìn)行剖面填充、尺寸標(biāo)注、圖像編輯、調(diào)用圖塊等用途，功能十分強(qiáng)大。CAD技術(shù)能夠滿足現(xiàn)今社會(huì)，快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對(duì)高科技產(chǎn)品提出的高要求，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量和高效率，達(dá)到快速更新?lián)Q代的要求，在應(yīng)用領(lǐng)域中得到不斷的推廣和產(chǎn)生新的延伸。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)的發(fā)展

2.1標(biāo)準(zhǔn)化

每個(gè)軟件都有一定數(shù)量的用戶人群。但是，大部分軟件的數(shù)據(jù)模型與其他軟件是不兼容的。這嚴(yán)重限制了行業(yè)內(nèi)部的技術(shù)交流，給CAD資源的交互帶來了不小的障礙。所以數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化和交換資源格式的標(biāo)準(zhǔn)化是未來CAD技術(shù)的必然要求，也是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的必備條件。盡管CAD技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程上并未取得很大進(jìn)展，但相信在不久的將來，設(shè)計(jì)人員可以利用不同的CAD軟件進(jìn)行自由的交流，而這也必然會(huì)促進(jìn)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。

2.2集成化

隨著數(shù)控加工技術(shù)以及現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的跳躍性發(fā)展，單純的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足信息化時(shí)代的發(fā)展要求。人們迫切希望CAD技術(shù)可以與工程分析、工藝分析和設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品制造之間擁有良好的接口，也就是所謂的CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。目前的部分CAD軟件已經(jīng)具備了這些集成功能。設(shè)計(jì)人員可以直接導(dǎo)入利用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)的模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的分析，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工工藝的分析和設(shè)計(jì)，并最終生產(chǎn)制造。集成化的CAD技術(shù)充分利用了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)優(yōu)秀的計(jì)算能力，將設(shè)計(jì)人員從繁瑣的分析計(jì)算中解脫出來，進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。

2.3智能化

如同編程方法的不斷進(jìn)步一樣，智能化是CAD技術(shù)將設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中解脫出來的又一必然趨勢(shì)。產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)中，采用特征造型和參數(shù)設(shè)計(jì)的方式，可以使設(shè)計(jì)人員自由的發(fā)散自己的思維，而不用去考慮其中的內(nèi)在聯(lián)系。在一些三維CAD軟件中，用戶可以直觀的看到自己設(shè)計(jì)的成果，既方便了創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維的產(chǎn)生，又可以輕易地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的地方。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 CAD在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中繪圖的應(yīng)用

CAD技術(shù)最早進(jìn)入機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作就是在利用CAD繪圖，這也是CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域最基礎(chǔ)的應(yīng)用，CAD繪圖也改變了傳統(tǒng)的繪圖方式。CAD繪圖軟件的主要功能包括交互式繪圖、圖形編輯、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、文字、填充剖面、調(diào)用圖塊、區(qū)分層次以及實(shí)現(xiàn)圖形交換等。利用CAD技術(shù)的豐富強(qiáng)大的繪圖功能，可以非常輕松的繪制出清晰、符合工程要求的設(shè)計(jì)圖。這使得繪圖人員不再因?yàn)榉倍帻嫶蟮睦L圖工作而發(fā)愁，減輕了工作量，提高了繪圖工作的工作效率。

3.2 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中建模的應(yīng)用

機(jī)械建模是CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的重要應(yīng)用。建模也是機(jī)械工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。線框模型、表面模型和實(shí)體模型是CAD技術(shù)建模的三種常見的三維建模。在三維設(shè)計(jì)中，其基本思想之一就是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)，但傳統(tǒng)的二維建模體系中實(shí)現(xiàn)不了參數(shù)化設(shè)計(jì)，但CAD技術(shù)擁有一些基本的體系，通過這些體系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三維實(shí)體建模中，系統(tǒng)提供了立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體這6種基本體系。對(duì)于一些簡單設(shè)計(jì)的零件會(huì)被分解成幾個(gè)小塊的不同的基本體，這些基本體通過三維實(shí)體造型和布爾運(yùn)算，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)零件的模型。對(duì)于稍復(fù)雜的零件模型，首先會(huì)先繪制出圖像的二位幾何輪廓，之后在通過三維造型得到零件的模型。利用CAD技術(shù)的建模功能，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)產(chǎn)品的需要建立起與實(shí)際尺寸相同的模型。CAD建模是機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員發(fā)揮創(chuàng)造性的良好平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員可以通過三維空間利用簡便快捷靈活的操作來控制、修改零部件或者重新設(shè)計(jì)零部件。而且，當(dāng)零件的一個(gè)部分發(fā)生變化時(shí)，其它部分也會(huì)隨之變化。由此可知，在CAD技術(shù)的支持下，零件的設(shè)計(jì)更加活泛、真實(shí)，設(shè)計(jì)出的零部件也可以更好的應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，減少了設(shè)計(jì)帶來的誤差，提高了零部件設(shè)計(jì)的成功率，縮短了設(shè)計(jì)工作周期，極大地提高了機(jī)械工程設(shè)計(jì)的效率。

3.3 CAD技術(shù)的智能化

CAD的智能在機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作中的表現(xiàn)是工程分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。零部件的力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化是設(shè)計(jì)零部件時(shí)設(shè)計(jì)人員必須要思考的內(nèi)容。隨著有限元分析和動(dòng)力學(xué)分析等現(xiàn)代化分析方法的發(fā)展，使得CAD技術(shù)在零部件的力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了進(jìn)一步的深入拓展。現(xiàn)在，CAD技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)ansys等有限元分析軟件的無障礙對(duì)接。設(shè)計(jì)人員可以將通過CAD技術(shù)設(shè)計(jì)出來的三維零件模型導(dǎo)入有限元軟件分析中，通過工程分析的原理對(duì)進(jìn)行力學(xué)性分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的零件是否滿足力學(xué)的要求以及其結(jié)構(gòu)是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生產(chǎn)前對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模赃_(dá)到要求。這種分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時(shí)，體現(xiàn)了更為巨大的優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)束語

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與國民經(jīng)濟(jì)不斷壯大的情況下機(jī)械制造行業(yè)也將會(huì)迎來新的發(fā)展高峰。中國制造行業(yè)怎樣提升自主創(chuàng)新能力與挖掘創(chuàng)新意識(shí)成為了重要的難點(diǎn)。CAD技術(shù)就是解決這一問題的重要因素。在今后的發(fā)展過程中，CAD技術(shù)將會(huì)成為轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作的重要工具，推動(dòng)我國機(jī)械工程設(shè)計(jì)更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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