三維CAD技術在機械制圖中的應用研究

張立新 叢文靜 趙敏

（海軍航空大學，煙臺 475099）

CAD技術應用之前，機械制圖是以復雜煩瑣的手工制圖為主。手工制圖需要通過二維形式表現出機械實物的三維立體化關系，相應地加大了手工繪圖的難度。CAD技術簡化了機械設計繪圖流程，結合現代計算機技術和數據資源，提高設計效率[1]。

1 CAD技術與機械制圖的關系

多數人員對于CAD技術、機械制圖的認識誤區較大，認為CAD技術只需要識別物理圖像就可以完成機械制圖。隨著社會經濟的快速發展，在工業企業生產中必須重視機械制圖的相關問題，學習和了解CAD技術機械理論、技巧，合理應用CAD技術優化機械設計，通過多元化設計指令，準確繪制機械圖樣。在傳統機械制圖中，設計人員需要利用大量時間繪圖。若可查閱和借鑒的資料與方法少，將會導致設計圖被頻繁修改，降低了后期繪制圖像的清晰度。應用CAD技術可以有效規避上述問題，利用計算機與顯示器繪圖立體化展示設計效果。

2 機械制圖中CAD技術的應用優勢

2.1 CAD技術精確度高

在建筑設計、機械模具設計中，人們對尺寸、規格精度要求嚴苛，導致傳統手工繪圖的方式已不能滿足繪圖需求。三維CAD技術可以精密繪制設計圖紙，將精確度控制在毫米級。在機械設計與生產中，合理應用三維CAD技術可以降低設計生產難度，提升設計速度，加強項目效果[2]。

2.2 技術應用的便捷性

在傳統機械繪圖中，當出現差錯問題時，必須返工修改圖紙內容，此時需要重新開展設計工作。但是，應用CAD技術可以準確控制繪圖過程，在繪圖出現錯誤時可以及時修改優化，減少機械制圖的時間成本。

3 CAD技術在機械制圖中的應用

3.1 技術精密度

應用CAD技術可以高效且精準繪圖，降低后期工序操作難度。相比于傳統手工制圖技術，三維CAD技術具備高效、誤差低、便捷等優勢。

3.2 存儲和傳播圖像文件

在常規機械制圖操作中，需要應用工具進行處理，且紙質制圖的存儲與保管難度大。然而，CAD可以直接利用計算機對圖紙進行設計與加工，還可以方便快捷地傳輸、交流和存儲圖紙資料。完成圖紙設計后，圖紙文件、資料、數據存儲到計算機上，可以將數據刻錄為光盤，便于長期存儲與保管。通過計算機對圖紙與設計資料進行存儲，不僅可以減少資源浪費，還可以防止紙張受損、資料丟失。計算機系統具備強大的計算能力，只要確保電能供應，就可以持續運行。所以，機械制圖和CAD制圖相結合，不僅可實現設計目標，而且可避免產生繪圖誤差。

3.3 制圖資源可重復利用

傳統機械制圖繪制問題較多，項目結束后，存儲紙張與文件無法被重復利用。然而，在應用CAD技術時，機械制圖圖紙可以建設多類型數據庫，便于后續設計。當遇到類似機械制圖任務時，能夠從數據庫內選擇相應圖形與制圖技巧，修改相關參數就可得到新的繪圖，提高了機械制圖效率。采用此方式可以確保機械制圖能夠長時間存儲保管，不斷豐富資源庫內容，為后續設計生產提供資源保障。

4 CAD技術在機械制圖中的具體應用

4.1 在幾何制圖中的應用

機械制圖中包含多種元素，因此在頁面設計與布局時，通過科學化技術，確保點線面分布的合理性。通過CAD技術輸入控制點位坐標，建設多形式視圖，快速完成點線面刻畫。通過幾何制圖，反映出不同點的位置，呈現出立體化視覺效果。

4.2 在組合視圖中的應用

機械制圖中，組合體通常由多個幾何圖組成。在應用CAD技術進行設計與繪制時，利用三維建模功能優化繪制組合體造型，確定構件造型平面，建設幾何結構。按照自身設計，旋轉幾何體找尋適宜方向，同時將幾何體布設在對應位置建設三維模型。應用CAD設計方法后，對于結構復雜、數量多的機械構件，設計人員可以短時間完成，提高了機械制圖的效率[3]。

4.3 在剖視圖中的應用

在機械制圖中，剖視圖非常重要，且應用廣泛。多數構件細部的設計與處理，都需要借助剖視圖展示其復雜的空間形態，同時幫助設計人員設計復雜線條，如曲線、投影等。剖視圖無法建立交叉線條和重合線條。利用CAD技術可建立對應的幾何模型，同時通過計算機解剖展示構件平面，詳細觀察機械內部結構與形狀，通過三維視圖多角度、多方位觀察圖像，為后續設計奠定了基礎。

4.4 在裝配圖中的應用

機械制圖的內容不僅包含機械結構與部件繪制，而且涉及到多機械部件裝配組合，利用CAD技術模擬機械部件狀態。在裝配過程中，合理設置三維圖紙可更好地展現各部件結構與關系，掌握機械裝配流程與方式。三維CAD技術能夠模擬不同構件的裝配過程，確保操作人員了解裝配流程。

4.5 零部件實體建模

將CAD技術應用于機械制圖，能夠為三維實體建模提供建模方式，簡化零件建模過程。對于簡單結構的零件，通過制圖知識將零件劃分為多個基礎幾何體。建立模型后，合理應用草圖工具繪制平面輪廓。使用實體編輯工具，生成實體模型。建設三維實體模型，設計人員基于各角度觀察和調整零部件，充分發揮想象力與創造力，提高機械設計的效率。

4.6 集成制造系統

通過CAD技術編寫程序完成產品的模型，利用程序控制數控加工裝置。通過CAD軟件模擬加工刀具路徑，待設計人員檢查無誤后，可以生成數控程序，并利用數據接口將程序傳輸至數控設備，驅動設備高效準確地完成產品加工，提高生產效率。

5 CAD技術的發展前景

5.1 集成化

對于生產制造企業來說，設計制造管理屬于重要的生產活動。三維CAD技術朝著集成化方向發展，可以提升產品生產的自動化水平。集成化主要是系統內部模塊集成，包括工程領域計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）和CATD集成。軟件標準化可以保障CAD集成化的效果，制定相關標準，提升軟件開放度，實現CAD系統高度集成[4]。

5.2 信息化

在網絡技術發展進程中，CAD能夠制造標準化產品，將動態三維模型集成到自動目錄中。利用互聯網實時交流，確保設計人員能直接應用產品模型，減少重復性工作。按照網絡協作模式，能夠加強產品設計質量。

5.3 標準化

建立統一化產品數據交換標準，可以實現CAD技術高度集成。復雜產品由不同企業及部門協作完工。機械產品部件信息存儲于不同計算機CAD系統，在后期裝配制造環節極易產生產品信息表達差異的問題。為了消除差異影響，在各系統內應當科學應用數據格式標準，實現數據格式國際化。

5.4 智能化

設計屬于創造性活動內容，所要求的智能化水平非常高，傳統機械設計無法完成。人工智能技術的快速發展將使CAD技術更加完善，其設計不僅是將CAD技術與智能技術結合起來，而是注重對人類思維過程的研究，建設標準化思維模型，通過計算機信息技術模擬表達，確保CAD系統的高效性，提高三維CAD技術繪圖的效率[5]。

6 結語

三維CAD技術在繪圖中的應用極大地提高了繪圖質量和精確度，減少了繪圖時間，降低了出錯率，比傳統圖紙更方便保存、查閱。