周帥

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)越來越多地被應(yīng)用在工程機(jī)械領(lǐng)域，為機(jī)械工程設(shè)計(jì)及其優(yōu)化提供了強(qiáng)力支持。隨著CAD技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，它已經(jīng)成為技術(shù)人員從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作必須掌握的一項(xiàng)基本技能。本文主要從CAD技術(shù)的發(fā)展、優(yōu)勢及應(yīng)用等方面進(jìn)行簡要的探討。

關(guān)鍵詞：CAD；機(jī)械工程；設(shè)計(jì)；應(yīng)用探究

近些年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CAD技術(shù)依托計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如汽車、建筑、紡織等，尤其是在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面應(yīng)用十分廣泛，最典型的CAD技術(shù)運(yùn)用要數(shù)Auto CAD軟件。CAD軟件經(jīng)過不斷的發(fā)展更新，使軟件在繪圖的靈活性和精度上有了很大的提高。CAD在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用大大提高了設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)人員從繁重的設(shè)計(jì)工作中解放出來，專注于更好地發(fā)揮設(shè)計(jì)思想，促進(jìn)了機(jī)械工程的發(fā)展。

1 CAD技術(shù)的發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其運(yùn)算能力和圖形處理能力也相應(yīng)地得到了提高，機(jī)械工程的設(shè)計(jì)人員使用CAD技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)圖形和數(shù)值等方面的各種設(shè)想，使設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更容易達(dá)到理想的效果。CAD技術(shù)誕生于20世紀(jì)50年代，因?yàn)槠鋸?qiáng)大的處理能力被廣泛使用在機(jī)械、電子、能源化工等行業(yè)。CAD技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，出現(xiàn)了結(jié)合人工智能的智能CAD技術(shù)，是CAD技術(shù)現(xiàn)代化的標(biāo)志。它可以在某一方面模擬專家的設(shè)計(jì)模式并進(jìn)行推理，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品中存在的問題并予以解決。相比于較早的CAD技術(shù)，現(xiàn)在的CAD的特征是三維立體，能夠直觀地將人們所想的產(chǎn)品模型在三維空間中展示出來，具有更高的實(shí)用價(jià)值。機(jī)械工程設(shè)計(jì)要想跟上時(shí)代發(fā)展的潮流，必須要時(shí)刻關(guān)注cAD技術(shù)的發(fā)展。

2 CAD技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 提升產(chǎn)品質(zhì)量

CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中主要是用來保障零件的設(shè)計(jì)水平，可以在虛擬的三維空間中建立完整的零件構(gòu)圖，通過對零件的受力分析、運(yùn)動(dòng)分析等來確定零件設(shè)計(jì)的好壞。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，CAD技術(shù)的運(yùn)用可以在理論方面對零件的設(shè)計(jì)優(yōu)劣進(jìn)行分析判斷，在解決設(shè)計(jì)中的問題后，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能無疑會(huì)大大提升。另外，CAD技術(shù)的使用可以拓展人員的思維。三維空間的使用可以讓設(shè)計(jì)人員的思維更充分地發(fā)散，設(shè)計(jì)立體效果較好的產(chǎn)品。在實(shí)際生產(chǎn)中，CAD技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)結(jié)合使用，可以更好地保證產(chǎn)品的成型和質(zhì)量。

2.2 降低設(shè)計(jì)難度

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是采用繪圖方式來對產(chǎn)品的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅耗用的時(shí)間過長，在容錯(cuò)率上也很難保證。通常，若某些重要的參數(shù)出現(xiàn)錯(cuò)誤就要導(dǎo)致一切重新再來；并且其設(shè)計(jì)圖紙是平面的，不利于設(shè)計(jì)人員判斷產(chǎn)品性能和優(yōu)缺點(diǎn)。CAD技術(shù)的使用可以讓設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中更容易、更快捷地調(diào)整零件的尺寸、結(jié)構(gòu)，使零件達(dá)到預(yù)期效果，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，在時(shí)間和效率上都有極大的提升。CAD可以將設(shè)計(jì)好的零件結(jié)合在一起來觀察匹配效果和產(chǎn)品性能，并進(jìn)行模擬的運(yùn)轉(zhuǎn)，使設(shè)計(jì)趨向于實(shí)際化，這樣保證了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用，很大程度上降低了設(shè)計(jì)難度。

2.3 促進(jìn)技術(shù)集成

CAD技術(shù)的使用與發(fā)展使零件的設(shè)計(jì)更加集中化，生產(chǎn)方式也由機(jī)床向數(shù)控轉(zhuǎn)變，尤其是CAD/CAM系統(tǒng)的建立，在基于龐大數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上形成獨(dú)具特色的功能板塊，來使產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的每個(gè)步驟能夠獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，如三維繪圖、數(shù)控加工、動(dòng)態(tài)顯示等，并且還能保證CAD與CAM的零件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相同。CAD/CAM系統(tǒng)的使用讓零件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)字化和集成化，使實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加優(yōu)越。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

3.1 繪圖應(yīng)用

CAD技術(shù)設(shè)計(jì)的初衷就是為了處理圖形數(shù)據(jù)，所以繪圖是CAD最為基礎(chǔ)的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的繪圖方式，CAD在繪圖的簡便性和操作性上大大增強(qiáng)。它較為基礎(chǔ)的功能有文字、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、填充、圖形編輯、區(qū)分層次等，這些功能的協(xié)調(diào)使用能夠讓設(shè)計(jì)者輕松設(shè)計(jì)出想要的產(chǎn)品模型。當(dāng)然，這在實(shí)際的CAD技術(shù)應(yīng)用中是通過不同的軟件來完成的。為了降低軟件的使用難度，可在基礎(chǔ)的繪圖軟件包上開發(fā)具有宏命令的參數(shù)化繪圖軟件，使專業(yè)素質(zhì)較低的設(shè)計(jì)人員也可以輕松使用。

3.2 建模應(yīng)用

在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，建模是設(shè)計(jì)的核心，即在三維空間中建立產(chǎn)品或零件的模型對其進(jìn)行功能和外觀上的優(yōu)缺評判。工程設(shè)計(jì)中常用的建模有線框、表面、實(shí)體3種模型。在建立模型的基礎(chǔ)上對模型的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一般通過軟件本身如AutoCAD提供的基本體系來構(gòu)成產(chǎn)品或零件的基本模型。常用的基本體系有立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體、楔形體六種。但對于實(shí)際的零件設(shè)計(jì)來說，這六種基本體系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)需求，需要我們通過用在二維平面構(gòu)造的輪廓在三維空間中拉伸或者旋轉(zhuǎn)等來構(gòu)成新的體系，最后通過布爾運(yùn)算來獲得實(shí)際的設(shè)計(jì)模型。設(shè)計(jì)人員可以通過CAD對零件的任意部位進(jìn)行修改和操作，最終實(shí)現(xiàn)零件的功能。這樣設(shè)計(jì)更加趨向于實(shí)際應(yīng)用，在設(shè)計(jì)成功率和效率方面大大提高。

3.3 應(yīng)用趨勢

現(xiàn)行的CAD技術(shù)雖然給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來了極大的便利，但還是局限于數(shù)據(jù)和圖形的可數(shù)類型上，而在實(shí)際的設(shè)計(jì)中因?yàn)榱慵牧W(xué)性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等因素需要設(shè)計(jì)人員重新構(gòu)思。為了解決這方面的問題，CAD的智能化正在發(fā)展，能夠在設(shè)計(jì)中智能地對故障進(jìn)行診斷并進(jìn)行優(yōu)化和修復(fù)。智能化在CAD技術(shù)中的應(yīng)用必將越來越廣，未來將會(huì)進(jìn)入智能時(shí)代。這就需要研究人員加大對CAD關(guān)鍵技術(shù)的研究，使其和智能更好地融合?，F(xiàn)在智能化的表現(xiàn)是ANSYS等有限元分析軟件的無障礙對接，它可智能化地判斷零件的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的合理性并進(jìn)行修改。

4 結(jié)語

CAD作為機(jī)械工程設(shè)計(jì)中重要的基礎(chǔ)工具，由于具備三維和建模的優(yōu)勢，因此與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比更具有優(yōu)勢，使設(shè)計(jì)過程更加輕松、高效。并且伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能化的不斷發(fā)展，它們之間的融合度也必將更高，最終最大化地提升設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。