【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)也快速發(fā)展，CAD技術(shù)幫助機(jī)械企業(yè)解決了重復(fù)性設(shè)計(jì)多、信息資源的利用率低等問題，而且還可以大大縮短產(chǎn)品的制造工期，從而給機(jī)械企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本文淺析CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)、運(yùn)用和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；CAD技術(shù)；優(yōu)點(diǎn)；運(yùn)用

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD應(yīng)用軟件也逐漸被推廣。CAD指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的一種技術(shù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用CAD技術(shù)將機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、分析、制造與技術(shù)管理等結(jié)合在了一起，不僅提高了工作效率，對(duì)于企業(yè)而言也具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.CAD技術(shù)系統(tǒng)的形成

CAD技術(shù)系統(tǒng)包括兩部分即硬件和軟件。其中硬件系統(tǒng)指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)；軟件系統(tǒng)則是指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，系統(tǒng)所具有的功能就取決于軟件系統(tǒng)。

2.機(jī)械設(shè)計(jì)中較常見的CAD技術(shù)

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用于零件與裝配圖的實(shí)體生成、CAD/CAM、CAE軟件的應(yīng)用等方面。CAD技術(shù)的更新?lián)Q代， 徹底突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式的套路，吸收了現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念， 推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的迅猛發(fā)展。

（1）從零件的實(shí)體生成的裝配圖的實(shí)體生成的角度上看，CAD有邊框模型、外形模型和實(shí)體模型這三種建模方法。大多數(shù)能夠?qū)嶓w建模的CAD軟件中，都包含若干基礎(chǔ)得體系。比如說， AUTOCAD 的三維立體的實(shí)體模型的模塊中，系統(tǒng)具有立方體、圓柱體、圓錐體、球體、環(huán)狀體和楔形體這六種最基礎(chǔ)的體系。還能對(duì)單一的零部件做結(jié)構(gòu)分析，把它們分解成一些基本的體系，把基礎(chǔ)體系做好三維實(shí)體造型后，再使用布爾運(yùn)算法做差、并、交運(yùn)算，就可以完成零件的三維實(shí)體造型。當(dāng)零部件的實(shí)體模型構(gòu)造完畢后，運(yùn)用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)研討過程中的信息，需要運(yùn)用CAD軟件的三維編輯功能，在運(yùn)行的某個(gè)位置，根據(jù)各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”。

（2）模具CAD/CAM的集成制造。隨我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步， 對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)要求也越來越高，設(shè)計(jì)和制圖也從人工發(fā)展到CAD/CAM/CAE，機(jī)械設(shè)計(jì)正在向數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。與此同時(shí)，模具 CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)等得到普遍推廣和使用，廣泛適用于機(jī)械設(shè)計(jì)和制造行業(yè)中。真正科學(xué)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)包括三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析和動(dòng)態(tài)顯示等多個(gè)功能模塊。這些功能模塊要根據(jù)工程數(shù)據(jù)庫(kù)要求進(jìn)行統(tǒng)一的管理，而工程數(shù)據(jù)的主要來源之一就是實(shí)體造型。

3.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

3.1縮減機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)

采用三維CAD系統(tǒng)軟件，既能在裝配過程中設(shè)計(jì)新零件，還可以利用相鄰零件的間隙和形狀設(shè)計(jì)出新的零件，充分利用，而且還確保了新零件與相鄰零件的精確配合，有效避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)的零件錯(cuò)誤而導(dǎo)致后期裝配的失敗?？偠灾SCAD技術(shù)，不僅縮減了機(jī)械設(shè)計(jì)的周期，還大大地提升了設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)效率。采用三維CAD系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，只需重新設(shè)計(jì)和制造其中的若干零件，剩余的大部分零件的設(shè)計(jì)和制造都可以按照的之前參數(shù)，這樣一來就把機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3至5倍。而且三維CAD系統(tǒng)還具有高度變型設(shè)計(jì)功能，可以進(jìn)行快速重構(gòu)，短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。

3.2 CAD技術(shù)裝配零件方便直觀

采用不同的裝配系統(tǒng)能把各個(gè)機(jī)械零件裝配起來。裝配時(shí)，資源查找器中的裝配路徑查詢器可以記錄各個(gè)機(jī)械零件間的裝配關(guān)系，如果裝配錯(cuò)誤或者產(chǎn)生干擾，查找器立馬就會(huì)顯示，此外還可以對(duì)零件的裝配進(jìn)行靜干涉的檢測(cè)，若出現(xiàn)干涉就可以及時(shí)對(duì)零件等做出糾正，確保設(shè)計(jì)的可實(shí)用性和正確性。同時(shí)，還可以隱藏零件，隱藏了外部零件之后，就能清晰地看到內(nèi)部的裝配構(gòu)造。在整個(gè)機(jī)器或某個(gè)部件裝配模型完畢后還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢測(cè)行程是否達(dá)標(biāo)，還可以檢驗(yàn)出在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)碰撞零件，然后及時(shí)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的確實(shí)可行，杜絕機(jī)械產(chǎn)品制造完成后才發(fā)現(xiàn)問題甚至報(bào)廢，要避免給制造企業(yè)和使用單位帶來經(jīng)濟(jì)損失。

3.3提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量

因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品需要信息技術(shù)做基礎(chǔ)，同時(shí)采用CAD設(shè)計(jì)方法和CIMS組織進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，大大提高了機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量保障，使機(jī)械設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)使用科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，利用優(yōu)化和有限元受力分析，從而保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，大型制造行業(yè)數(shù)控加工手段也在不斷完善，再利用CAD/CAPP/CAM技術(shù)對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工制造，保持一致性，提高了制成品的質(zhì)量。

4.機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的運(yùn)用

4.1零件的實(shí)體生成

通過CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，其建模方法有線框模型、表面模型以及實(shí)體模型三種。而許多具有實(shí)體建模功能的CAD軟件都含有一些基本的體系，比如立方體、球體、圓柱體、圓錐體、球狀體以及錐形體等。對(duì)于有些簡(jiǎn)單的元件來說，首先可以對(duì)它進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其次使其被分解為若干基本體，然后在對(duì)已經(jīng)被分解的基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，最后進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算就可以使零件的三維實(shí)體模型得以生成?？墒菍?duì)于復(fù)雜的零件來說，想要把它分解為若干個(gè)基本體是很有難度的，并且在分解后產(chǎn)生的基本體過多對(duì)零件的實(shí)體建模也是比較有難度的。由此看來，在復(fù)雜零件的構(gòu)思中，只采用軟件中自身攜帶的基本體來完成三維實(shí)體的造型要求是很艱難的。所以說，我們首先可以利用二維幾何元素定義零件的截面輪廓，然后就可以在三維實(shí)體的造型中通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作得到新的“基本體”，最后對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算就可以完成三維實(shí)體造型。

4.2裝配圖的實(shí)體生成

在進(jìn)行零件實(shí)體構(gòu)造后，可以使用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析中的信息，在運(yùn)動(dòng)的某一環(huán)節(jié)依據(jù)各零件的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行裝配，在進(jìn)行裝配時(shí)可以采用CAD軟件中的三維編輯功能。

4.3設(shè)計(jì)技巧

4.3.1圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

圖紙對(duì)于設(shè)計(jì)非常重要，在CAD制圖中也是一樣，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)是否合理直接影響到制圖的質(zhì)量。所以，CAD制圖中的圖紙制定的要求很多：首先，圖層數(shù)越少越好。圖層數(shù)太多的話會(huì)致使設(shè)計(jì)圖的運(yùn)行周期太長(zhǎng)，圖層數(shù)太多就會(huì)導(dǎo)致文件占用的空間過大，也不利于圖紙的修改。因?yàn)椋瑘D紙制定過程中應(yīng)該根據(jù)一定的規(guī)律和順序做分類與排放，最后實(shí)現(xiàn)合理利用圖層的目的。其次，在選擇圖像的顏色的時(shí)候要慎重思考。所以在圖像顏色的選擇上，如果不是最終的效果圖，就不要選擇配色系統(tǒng)和真彩色中的顏色。

4.3.2比例方面的設(shè)置

運(yùn)用CAD軟件制圖的過程中，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正尺寸不對(duì)的地方，最好使用1：1的比例進(jìn)行標(biāo)注，在設(shè)計(jì)中標(biāo)注尺寸會(huì)方便運(yùn)用，它可以自動(dòng)測(cè)量出尺寸數(shù)字，一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤就會(huì)與規(guī)定數(shù)字尺寸相對(duì)比，準(zhǔn)確的對(duì)比得出清晰的結(jié)果。此外，CAD軟件制圖也有利于調(diào)整圖與圖之間的形式和換算等，能很快的縮小和放大圖紙的比例。

5.結(jié)語

改革開放以來我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人工智能、數(shù)據(jù)庫(kù)分析技術(shù)、信息集成、交換技術(shù)的成熟、信息傳輸標(biāo)準(zhǔn)的制定、運(yùn)用與改進(jìn)， CAD技術(shù)也不斷改進(jìn)，并且在運(yùn)用過程中取得了巨大成效。

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