計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用

懷玉蘭 于國(guó)英 武秋俊 崔鐵慶 李剛峰

(河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054100)

1 在機(jī)械繪圖中的運(yùn)用

繪圖作為機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的重要工作環(huán)節(jié)，其精準(zhǔn)度的高低直接影響到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造而言具有非常重要的意義。在以往機(jī)械設(shè)計(jì)師進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)及制造繪圖的過(guò)程中，往往需要收集和整理大量資料、素材，然后進(jìn)行構(gòu)思、手繪，工作較為繁重、復(fù)雜，工作效率較低，不僅容易出現(xiàn)誤差，還容易阻礙整體機(jī)械設(shè)計(jì)及制造進(jìn)程的發(fā)展。而在繪圖工作中合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，通過(guò)引入CAD繪圖軟件等CAD軟件技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)師可以結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品制造的要求和用途，對(duì)圖形和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行任意地修改、編輯和調(diào)整，或進(jìn)行文字編輯、圖形剖面等各項(xiàng)與機(jī)械繪圖有關(guān)的工作，有效保證機(jī)械制圖的準(zhǔn)確性和合理性，從而更好提升機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的效率與質(zhì)量。

2 特定符號(hào)圖形的使用

在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的過(guò)程中，需要機(jī)械設(shè)計(jì)師嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定，在表達(dá)機(jī)械某部位特性時(shí)采取特定的符號(hào)或圖形，從而更好簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容[1]。在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，不僅能夠統(tǒng)一規(guī)范設(shè)計(jì)符號(hào)或圖形，幫助使用者快速理解和掌握機(jī)械設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中某符號(hào)或圖形的意思，還能幫助機(jī)械設(shè)計(jì)師編制表格，更好理解和建立符號(hào)、圖形和設(shè)計(jì)含義之間的聯(lián)系。

3 機(jī)械建模處理的應(yīng)用

對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造而言，機(jī)械建模處理是其工作的核心內(nèi)容和環(huán)節(jié)，對(duì)設(shè)計(jì)制造而言具有非常關(guān)鍵的作用。就以往機(jī)械建模實(shí)際情況來(lái)看，三維化處理具有一定的難度。而在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，通過(guò)借助計(jì)算機(jī)輔助軟件和三維建模技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地建立生動(dòng)的表面模型、線框模型及實(shí)體模型等三維模型，有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的效率和質(zhì)量。

在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)體系中，包含有立方體、圓錐體、圓柱體、曲面體等多種建模體系。機(jī)械工程師在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)及制造時(shí)，可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)體系中的多種建模體系，分解、組裝原有模型，可以準(zhǔn)確、迅速地完成建模任務(wù)，從而有效簡(jiǎn)化建模程序。與此同時(shí)，機(jī)械工程師在繪制針對(duì)復(fù)雜的機(jī)械零件二維圖像時(shí)，可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，將零件二維圖像三維處理，并建立相關(guān)三維模型。總而言之，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，能夠有效規(guī)范機(jī)械設(shè)計(jì)及制造工作環(huán)節(jié)，提高其整體工作效率和質(zhì)量[2]。

4 對(duì)零部件的檢查功能

對(duì)汽車設(shè)計(jì)及制造而言，汽車整體的制造質(zhì)量與汽車覆蓋模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量息息相關(guān)。若汽車設(shè)計(jì)及制造工程師設(shè)計(jì)的圖紙與汽車實(shí)體模型不符，則會(huì)導(dǎo)致汽車覆蓋模具返廠重修，從而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以很簡(jiǎn)單地對(duì)設(shè)計(jì)模型的零部件進(jìn)行一定的改造與變動(dòng)，可以很方便地添加零件，還可以快速地去除部分結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，該技術(shù)還可以使得各個(gè)零部件之間的配合更加完美，在很大程度上降低了模型設(shè)計(jì)的失敗率。另外，關(guān)于設(shè)計(jì)模型零部件的拼接與拆分都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的零件回放功能，通過(guò)動(dòng)畫的形式，使設(shè)計(jì)人員更清楚、直觀地看懂零部件的改造過(guò)程。因此，在對(duì)汽車覆蓋模具進(jìn)行設(shè)計(jì)制造時(shí)，機(jī)械工程師應(yīng)該對(duì)比、結(jié)合汽車覆蓋模具設(shè)計(jì)圖紙，并充分利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，建立設(shè)計(jì)圖紙的三維模型，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，及時(shí)修改和調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)，避免因設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際模型不符而導(dǎo)致的返工問(wèn)題，從而有效提高汽車設(shè)計(jì)與制造的工作效率和質(zhì)量。

5 在逆向工程中的應(yīng)用

逆向工程作為現(xiàn)階段吸收、消化先進(jìn)設(shè)計(jì)的最重要手段之一，其技術(shù)研發(fā)成本卻是十分昂貴的，不僅如此，整個(gè)的研發(fā)過(guò)程通常還會(huì)受到國(guó)家專項(xiàng)資金投入、技術(shù)人員專業(yè)水平、環(huán)境因素等多種影響，所以其整體的開(kāi)發(fā)過(guò)程需要數(shù)年甚至十幾年的時(shí)間，這對(duì)中國(guó)這樣設(shè)備水平與技術(shù)條件相對(duì)落后的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，是具有挑戰(zhàn)性的。所以，我們必須在對(duì)其他發(fā)達(dá)國(guó)家的科技成果進(jìn)行吸收的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。而逆向工程則是在僅具備實(shí)物模型、產(chǎn)品模型的條件下展開(kāi)的逆向重構(gòu)產(chǎn)品零部件CAD模型設(shè)計(jì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的目標(biāo)。伴隨著中國(guó)計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)際工作中不僅可以利用坐標(biāo)測(cè)量、CAD軟件等將手中的實(shí)物樣件轉(zhuǎn)化為具體的CAD電腦模型，將CIMS、CAM等技術(shù)對(duì)其展開(kāi)再設(shè)計(jì)。特別是SCAN-TOOLS作為逆向設(shè)計(jì)模塊，可以通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)曲線進(jìn)行對(duì)點(diǎn)云處理的模擬合成，以此來(lái)得到連續(xù)、光滑的曲面，最終得到與實(shí)物基本一致的CAD模型。而其與PRO-SURFAC的融合應(yīng)用，則是能夠?qū)崿F(xiàn)曲面生成效果后，利用延伸、剪切、切割等手段來(lái)將原本的曲面轉(zhuǎn)化為實(shí)體，最后發(fā)揮PRO的自身軟件特征來(lái)實(shí)現(xiàn)模型二次設(shè)計(jì)，完成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的CAD模型重建。

6 思考與結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)將會(huì)引導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造技術(shù)向集成化、綠色化和智能化方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)需要從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，充分利用機(jī)械設(shè)計(jì)及制造發(fā)展空間巨大、人力資源豐富等優(yōu)勢(shì)，不斷吸取和引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)，緊跟時(shí)代發(fā)展潮流和國(guó)際動(dòng)態(tài)，不斷提高我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，更好滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的要求。

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展空間巨大，開(kāi)始逐漸向智能化、數(shù)字化、綠色化等方向發(fā)展。在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)，不僅能夠有效提升機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的工作效率和質(zhì)量，充分發(fā)揮機(jī)械行業(yè)和計(jì)算機(jī)科技的優(yōu)勢(shì)，還能促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。