機(jī)械工程設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

周小玉

【摘 要】當(dāng)代中國(guó)正由制造大國(guó)跨向制造強(qiáng)國(guó)，中國(guó)制造正在逐漸轉(zhuǎn)向中國(guó)創(chuàng)造，而創(chuàng)造不只是解開一個(gè)零部件或組合一個(gè)零部件那么簡(jiǎn)單，而是對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，三維技術(shù)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是必不可少。本文通過對(duì)三維CAD技術(shù)的闡述，結(jié)合其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】三維CAD；機(jī)械設(shè)計(jì)

引言

隨著計(jì)算機(jī)綜合性能的提高，圖形信息處理的智能化，三維CAD技術(shù)正向著智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)人員可以利用三維CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，進(jìn)行機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品零件內(nèi)外空間三維效果的預(yù)覽，以及產(chǎn)品的三維動(dòng)畫演示及仿真等。認(rèn)真把握三維CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)三維CAD技術(shù)的開發(fā)與機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)都具有深遠(yuǎn)的意義。

1三維CAD技術(shù)的概念

三維CAD技術(shù)，是一種基于電腦操作的技術(shù)，主要用于建設(shè)各類模型。最早類型的建模方式，構(gòu)成了該技術(shù)體系的核心功能。隨著社會(huì)發(fā)展，該技術(shù)不斷融合進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)中，已經(jīng)發(fā)展成為一種系統(tǒng)性的工作，要求設(shè)計(jì)人員要同時(shí)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)和三維CAD兩個(gè)專業(yè)方面的技術(shù)知識(shí)，以便達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果。

2機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維CAD技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

三維CAD技術(shù)利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力，進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)與分析，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，大大縮短了機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低了開發(fā)設(shè)計(jì)的成本。現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是面向市場(chǎng)、面向用戶的設(shè)計(jì)，好的機(jī)械產(chǎn)品始于先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和對(duì)市場(chǎng)需求的深刻了解，以及貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的以人為本的理念。設(shè)計(jì)對(duì)象從最初的單一功能產(chǎn)品變成越來越復(fù)雜的綜合體，因此需要在機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用集成、綜合、系統(tǒng)的方法來解決設(shè)計(jì)問題。三維CAD技術(shù)從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖紙組織整個(gè)生產(chǎn)過程的技術(shù)管理方式，將其變成了在圖形工作站上交互設(shè)計(jì)。

2.1有效促進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)含量與質(zhì)量的提升

隨著三維技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計(jì)所涉及的各個(gè)工作環(huán)節(jié)中所引入的技術(shù)含量越來越高，比如設(shè)計(jì)優(yōu)化、仿真設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)軌跡等。從傳統(tǒng)角度來看，生產(chǎn)本身就需要機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)支持，在此基礎(chǔ)上引入三維CAD技術(shù)，起到了明顯的促進(jìn)作用，形成了二者之間共同發(fā)展的良好趨勢(shì)。

2.2簡(jiǎn)化相關(guān)部件的裝配流程

當(dāng)前，CAD技術(shù)的應(yīng)用深度持續(xù)增加，專業(yè)的設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，除了對(duì)機(jī)械外觀、性能等進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)以外，還可以通過CAD技術(shù)建立相應(yīng)模型，對(duì)機(jī)械的實(shí)操檢驗(yàn)部分進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修改完善。在必要的情況下，還可以通過三維實(shí)體來設(shè)計(jì)驗(yàn)證，進(jìn)而在設(shè)計(jì)工作中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械零部件裝配流程的簡(jiǎn)化與模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，使得設(shè)計(jì)工作更加仿真，逼近實(shí)際情形。

2.3提高設(shè)計(jì)效率

將三維技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中，最主要的功能是可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)化的設(shè)計(jì)。然而，無論是傳統(tǒng)的手繪制圖，還是隨后發(fā)展的二維繪圖，都實(shí)現(xiàn)不了這個(gè)功能。而當(dāng)三維CAD技術(shù)運(yùn)用后，可以將產(chǎn)品部件信息進(jìn)行效果改變，立體模式更加突出。在設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品的零部件只要有一個(gè)發(fā)生變化，那么其他部門也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變。

2.4促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助制造集成功能的實(shí)現(xiàn)

從設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)器產(chǎn)品的過程中，可以通過三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器產(chǎn)品的信息數(shù)字管理，達(dá)到集成化控制，確保產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的精度，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)支持的目的。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，覆蓋了對(duì)數(shù)字控制模式的需求，避免了計(jì)算機(jī)輔助制造和加工生產(chǎn)數(shù)據(jù)的混合，并避免了管理混亂的問題。

3三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來講，尤其是對(duì)于產(chǎn)品零部件的實(shí)體建模，是一種重要核心的輔助工具。（1）運(yùn)用三維CAD技術(shù)進(jìn)行零部件的三維建模方法有三類，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。（2）機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)變更使用三維CAD技術(shù)，有利于在原有的產(chǎn)品架構(gòu)中設(shè)計(jì)新的零部件，整個(gè)操作簡(jiǎn)單又快捷。（3）機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)檢查利用三維CAD技術(shù)，使用建模與動(dòng)畫播放形式，直觀快速的對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的零部件裝配情況進(jìn)行演示。這樣對(duì)零部件進(jìn)行檢查，更加清晰直觀。（4）零部件裝配圖的設(shè)計(jì)在零部件實(shí)體建模完成后，按各零件所在的坐標(biāo)關(guān)系或其他方式進(jìn)行裝配。三維CAD技術(shù)從根本上改變了機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)程和質(zhì)量，克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來的弊端，使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)發(fā)生了深刻的變化。（1）強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)三維CAD技術(shù)在方案設(shè)計(jì)階段，充分利用專家系統(tǒng)，更能激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的新穎構(gòu)思。（2）設(shè)計(jì)過程的并行化和智能化三維CAD技術(shù)提高任務(wù)的并行性，使得設(shè)計(jì)人員之間的交流更容易，減少了交流過程中的不必要錯(cuò)誤。（3）產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一體化三維CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展到當(dāng)今的三維建模、虛擬制造。無論是三維CAD技術(shù)自身的特征與發(fā)展優(yōu)勢(shì)，還是其在產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)過程中所顯現(xiàn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與輔助功能，都注定了三維CAD技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)的密切關(guān)系，在未來成為機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。

3.1在機(jī)械建模中的應(yīng)用

從前文論述可以看出，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，可以使設(shè)計(jì)過程更加透明、更加逼真，基于這一優(yōu)勢(shì)，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用到機(jī)械設(shè)計(jì)的建模環(huán)節(jié)當(dāng)中，并可以劃分為表面、框架、立體等3種方式。在具體的設(shè)計(jì)過程中，通常還需要圓柱、橢圓、圓形等幾種圖形模式，在遇到結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的情況時(shí)，再加以布爾運(yùn)算進(jìn)行具體計(jì)算，分析結(jié)構(gòu)中的圖形，并重新排列，以便達(dá)到提高設(shè)計(jì)精度的效果。

3.2在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)已經(jīng)廣泛采用了機(jī)械化作業(yè)，隨著機(jī)械功能的升級(jí)，三維技術(shù)也被廣泛運(yùn)用到了設(shè)計(jì)過程中。比如，收割機(jī)的設(shè)計(jì)以分離裝置為起點(diǎn)，結(jié)合三維技術(shù)，對(duì)其功能、具體要求進(jìn)行分析，同時(shí)考慮機(jī)械本身的參數(shù)要求，在此框架內(nèi)制定設(shè)計(jì)方案，建立設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息共享，為設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工作提供參考。

3.3在機(jī)械CAE中的應(yīng)用

在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助工程中的應(yīng)用，可以隨時(shí)方便地調(diào)整機(jī)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比較分析，確定設(shè)計(jì)方案，對(duì)程序的重要性進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)。三維CAD技術(shù)，在計(jì)算機(jī)輔助工程的應(yīng)用中，具有調(diào)整設(shè)計(jì)模型的作用，能夠有效地促進(jìn)后續(xù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)連接的穩(wěn)定秩序，具體的作用包括機(jī)械產(chǎn)品對(duì)的評(píng)價(jià)、對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析、產(chǎn)品的質(zhì)量和使用強(qiáng)度的評(píng)價(jià)、建立模擬系統(tǒng)、機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完備。也就是說，在計(jì)算機(jī)輔助工程中，可以使用三維技術(shù)，促進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各功能的充分發(fā)揮。

4三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展趨勢(shì)

通過當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展來看，在未來的趨勢(shì)主要有四個(gè)方向，分別是規(guī)范化、智能化、虛擬化、集成化。規(guī)范化是指對(duì)三維CAD技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)上標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一確定，以使各個(gè)廠家都尊重同一標(biāo)準(zhǔn)，使全社會(huì)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造達(dá)到同步對(duì)接；智能化是指在設(shè)計(jì)過程中，融入更多智能因素，結(jié)合人工AI的技術(shù)支持，讓更多的機(jī)械產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)融合的效果；虛擬化是指通過設(shè)計(jì)，使與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、維護(hù)、保養(yǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)上相關(guān)的問題，都能夠提前進(jìn)行模擬驗(yàn)證，以提高使用性能。

5結(jié)束語

應(yīng)用三維CAD，極大地節(jié)省了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程，促進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的逐步提高，為制造業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用而言，還有許多細(xì)節(jié)需要改進(jìn)。因此，相關(guān)人員需要加強(qiáng)實(shí)踐，提高三維CAD技術(shù)在實(shí)踐工作中的應(yīng)用效果，為我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)添磚加瓦。

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