游玉成

（建湖恒華機(jī)電有限公司，江蘇 鹽城 224700）

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

Application of 3D CAD technology in mechanical design

游玉成

（建湖恒華機(jī)電有限公司，江蘇 鹽城 224700）

作為機(jī)械工程中的重要組成及關(guān)鍵步驟，機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械性能有著決定性影響，因此需對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)加以重視。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域也有所應(yīng)用，并在應(yīng)用中取得較好成效。本文在對(duì)三維CAD技術(shù)概念與作用進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，對(duì)三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探究，并對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)加以探討。

三維CAD；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用探究

1 三維CAD技術(shù)概念及作用

1.1 三維CAD技術(shù)概念

所謂的三維CAD技術(shù)，也可以稱為建模技術(shù)，該技術(shù)是從二維技術(shù)發(fā)展而來，并成為整個(gè) CAD 技術(shù)的核心組成部分。三維CAD技術(shù)最早于20世紀(jì)60年代出現(xiàn)，并從線框建模發(fā)展到曲面建模，從曲面建模發(fā)展到實(shí)體建模與參數(shù)建模，最終實(shí)現(xiàn)目前產(chǎn)品集成建模、行為建模的完成，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的發(fā)展過程。

1.2 三維CAD技術(shù)作用

（1）縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期。在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，三維CAD技術(shù)有著大范圍的應(yīng)用，其不僅能夠?qū)C(jī)械產(chǎn)品做到快的檢驗(yàn)，還可以使設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率得到提升，從而使設(shè)計(jì)出來的機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量更有保證。另外，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)三維CAD技術(shù)的有效應(yīng)用，還可以使設(shè)計(jì)周期得到縮短。運(yùn)用三維CAD技術(shù)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的零部件加以修改，便會(huì)使機(jī)械產(chǎn)品整體得到改變，從而完成對(duì)各個(gè)零部件重新組合與連接，得到匹配機(jī)械產(chǎn)品的尺寸。這一過程的實(shí)現(xiàn)，使整個(gè)效率大大優(yōu)于傳統(tǒng)方法的機(jī)械設(shè)計(jì)過程，從而使設(shè)計(jì)周期得到有效縮短。例如，運(yùn)用三維CAD技術(shù)進(jìn)行切割器設(shè)計(jì)時(shí)，若是想把原先開口為150 mm的一個(gè)切割器，修改成為3 mm，只要運(yùn)用該技術(shù)，把裝配圖上的尺寸從15 mm轉(zhuǎn)變?yōu)?00 mm，便可使整個(gè)系統(tǒng)得到對(duì)應(yīng)的修改，從而完成對(duì)切割器驅(qū)動(dòng)軸、配重塊、加強(qiáng)版及鋼絲刷等部件尺寸的自動(dòng)改變與調(diào)整，最終形成一個(gè)新的切割器模型，得到的切割器產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 切割器的三維 CAD 技術(shù)應(yīng)用

（2）提升資料保管能力。在電腦中，不論是硬盤還是軟盤，均可以對(duì)三維CAD設(shè)計(jì)出來的文件加以存儲(chǔ)，從而在避免設(shè)計(jì)文件丟失的同時(shí)，便于再次使用時(shí)的打開。為進(jìn)一步完成對(duì)設(shè)計(jì)出來文件的保管，設(shè)計(jì)人員可把文件復(fù)制到U盤或者上傳到云盤當(dāng)中，也可采用掃描儀等技術(shù)，將設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容傳輸?shù)接?jì)算機(jī)當(dāng)中，避免因腐蝕、破壞等因素造成文件資料丟失的情況發(fā)生。

（3）提升機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)程。三維CAD技術(shù)在應(yīng)用中，存在著色與渲染功能，這些功能的運(yùn)用，可得到與設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)的三維效果圖，進(jìn)而使設(shè)計(jì)人員及決策人員做到對(duì)方案的直觀了解，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、方案審批、產(chǎn)品開發(fā)等一整套流程得到有效推進(jìn)。此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，還可以幫助設(shè)計(jì)者視野范圍得到擴(kuò)展，方便設(shè)計(jì)者對(duì)更多設(shè)計(jì)素材的獲取。

（4）實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在三維CAD技術(shù)出現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)之前，機(jī)械設(shè)計(jì)難以做到創(chuàng)新與發(fā)展，一般在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，多采取仿型設(shè)計(jì)。并且原先的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，在對(duì)尺寸修改較為麻煩，所需成本也較高。所以，這些因素的出現(xiàn)，造成原先的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新產(chǎn)品，存在的大多屬于常規(guī)設(shè)計(jì)，難以達(dá)到真正意義上的創(chuàng)新。但是，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，便可在原先機(jī)械設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上，運(yùn)用新的理論與技術(shù)來進(jìn)行創(chuàng)新，并通過立體感的呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)出更加真實(shí)、更具創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品。因此，三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效激發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力，從而使其設(shè)計(jì)出更多、更好、更加創(chuàng)新的機(jī)械產(chǎn)品出來。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

2.1 方案建模時(shí)的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)方案直觀立體化呈現(xiàn)出來，因此，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方案與建模時(shí)，有著較為廣泛的應(yīng)用。立體、框架、表面等方式，都是三維CAD技術(shù)經(jīng)常涉及到的建模方式，且該技術(shù)本身就自帶圓形、正方形、圓柱形等基礎(chǔ)圖形。若是設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為多樣化、復(fù)雜化，則該技術(shù)便會(huì)采用布爾運(yùn)算來對(duì)這些基礎(chǔ)圖形進(jìn)行排列組成，并根據(jù)用戶需求做到全面而系統(tǒng)的運(yùn)算，得到預(yù)期圖案，為機(jī)械設(shè)計(jì)方案及建模工作提供有效的參考依據(jù)。

2.2 方案形成時(shí)的應(yīng)用

當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)零部件就緒狀態(tài)下，對(duì)這些基礎(chǔ)零部件實(shí)施加工、重組，并采取有效的排列組合，便可得到一套較為完整的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。對(duì)于三維CAD技術(shù)來說，其自身擁有編輯功能，因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，可依據(jù)設(shè)計(jì)原來方案，做到對(duì)一個(gè)個(gè)單獨(dú)部件的排列組合。若是零部件太多繁雜，則設(shè)計(jì)人員必須采用該技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)方式來得到和排列組合相對(duì)應(yīng)的新部件，從而高效、高質(zhì)量的完成一套完成三維方案的制定。此外，在機(jī)械設(shè)計(jì)方案制定中，還需對(duì)ACD/CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)的運(yùn)用做到有效關(guān)注。該系統(tǒng)可通過平面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、曲面造型及立體構(gòu)筑等多種途徑完成數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理，進(jìn)而保證機(jī)械設(shè)計(jì)方案得以順利完成與實(shí)施。

2.3 CAE軟件內(nèi)的應(yīng)用

機(jī)械CAE軟件具備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)計(jì)方案分析、方案數(shù)據(jù)對(duì)比等多項(xiàng)功能，這些功能的靈活運(yùn)用，便可得到一套科學(xué)合理的機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并還可通過評(píng)估來保證機(jī)械設(shè)計(jì)方案的規(guī)范性。具體運(yùn)用時(shí)，對(duì)應(yīng)模型建筑需先做好，然后方可利用CAE軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，最后保證機(jī)械設(shè)計(jì)方案得以順利實(shí)施。

2.4 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，也可以對(duì)三維CAD技術(shù)加以利用。比如，對(duì)聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)將軸流釘齒脫粒分離裝置當(dāng)做整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，通過Motion workes系統(tǒng)完成開發(fā)工作，然后在將其與數(shù)據(jù)加工模塊Cam works進(jìn)行結(jié)合，當(dāng)三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)束后，運(yùn)用ADC/API技術(shù)將系統(tǒng)合理劃分為各個(gè)部分，并將劃分結(jié)果當(dāng)做為設(shè)計(jì)方案。另外，對(duì)互不聯(lián)系的各個(gè)部分，需通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞绞蛊浣⒙?lián)系，從而做到數(shù)據(jù)間共享。

3 三維CAD技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1 趨于智能化

目前，三維CAD技術(shù)已經(jīng)在智能化方面取得一定成果，但隨著社會(huì)及科學(xué)的不斷進(jìn)步，該技術(shù)在智能化領(lǐng)域還將獲得更大的突破與發(fā)展。三維CAD技術(shù)在設(shè)計(jì)人員手中，實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵在于利用電腦實(shí)施全方位操縱。因此，設(shè)計(jì)人員需將實(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)輸入對(duì)應(yīng)程序內(nèi)，從而完成全面、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，使電腦的辨認(rèn)能力與判斷能力得到提升，最終滿足智能化要求。

3.2 趨于網(wǎng)絡(luò)化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，三維CAD技術(shù)在應(yīng)用中，展現(xiàn)出較好的健康性、穩(wěn)定性與持久性。并從原先的單機(jī)狀態(tài)也逐步轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在虛擬空間中，該技術(shù)起到至關(guān)重要的作用，通過三維CAD技術(shù)所構(gòu)造的機(jī)械模型，能夠讓人們直觀、立體看清設(shè)計(jì)中存在的問題，并通過參數(shù)的獲取，為機(jī)械設(shè)計(jì)工作建立良好的標(biāo)準(zhǔn)。所以，在虛擬空間中，三維CAD技術(shù)還將得到更全面的應(yīng)用。

3.3 趨于規(guī)范化

規(guī)范化的實(shí)現(xiàn)，在于未來通過三維CAD技術(shù)完成設(shè)計(jì)時(shí)，不在單純的對(duì)功能進(jìn)行追求，而是嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使設(shè)計(jì)結(jié)果更具有標(biāo)準(zhǔn)性與規(guī)范性。另外，在對(duì)該技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，還需對(duì)STEP體系加關(guān)注，將該體系與三維CAD技術(shù)的有效結(jié)合，能使參數(shù)化模型傳輸中存在的問題得到有效解決。

4 總結(jié)

目前，三維CAD技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中得到有效應(yīng)用，在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用的程度更為廣泛。對(duì)于三維CAD技術(shù)來說，由于其具有安全性、立體性與直觀性的特點(diǎn)，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)方案建模、CAE軟件應(yīng)用、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)等各個(gè)方面均可得到有效運(yùn)用。雖然該技術(shù)目前仍存在一些不足，但隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，該技術(shù)的不斷程度，在未來，三維CAD技術(shù)必將發(fā)揮更大、更重要的作用。

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圖6 刀具軌跡

圖7 實(shí)體驗(yàn)證參數(shù)設(shè)定

3 結(jié)束語

本文在圓周曲線零件的加工中，應(yīng)用了MasterCAM軟件進(jìn)行繪制三維圖形，然后在CAD中繪制刀具路徑（NCI），通過后處理轉(zhuǎn)換成NC程序，再利用DNC方式傳送到四軸加工中心上進(jìn)行加工。與利用普通機(jī)床加工比較，這種加工方法將大大地縮短了加工中程序的編寫和輸入的時(shí)間；由于計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的應(yīng)用，保證了加工精度及零件表面質(zhì)量。四軸加工方案減少了程序因手寫或不便于檢測(cè)而造成的損失，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，有效解決了常規(guī)機(jī)床加工圓周曲線零件效率低、精度難以保證等難題。

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TP391.72；TH122

1009-797X (2015) 24-0183-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.075

游玉成（1981-），男，畢業(yè)于江陰職工大學(xué)，大專學(xué)歷，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床應(yīng)用與維修。

2015-11-25