魏慶媛

(哈爾濱石油學(xué)院機械工程學(xué)院，哈爾濱 150000)

機械設(shè)計具有高專業(yè)性、內(nèi)容復(fù)雜、難度較大等特點，而傳統(tǒng)機械設(shè)備設(shè)計存在效率低、出錯率高、工作量大、難以直觀展示設(shè)計效果等問題，若不轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，則難以設(shè)計出滿足使用者需求的機械設(shè)備。三維CAD技術(shù)是以計算機設(shè)備作支持，利用三維建模技術(shù)，基于三維設(shè)計環(huán)境實現(xiàn)設(shè)計的有效方法，將這種設(shè)計誤差更低、設(shè)計周期更短、效果展示更加直觀的設(shè)計方法應(yīng)用于機械設(shè)計中優(yōu)勢顯著。

1 三維CAD技術(shù)的功能與性能

1.1 三維CAD技術(shù)的基本功能

三維CAD技術(shù)是基于三維模型的技術(shù)，相較于傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，其功能更完善，可合理完成三維造型設(shè)計，對設(shè)計對象進行三維仿真，實現(xiàn)設(shè)計圖樣的集中存儲與管理，還可實現(xiàn)二維模型向三維模型的轉(zhuǎn)化，能夠針對機械設(shè)備的機構(gòu)運動展開動態(tài)化分析。

1.2 三維CAD技術(shù)的性能

三維CAD功能的有效發(fā)揮，要注重幾何圖形的性能需求。三維CAD技術(shù)的應(yīng)用是展現(xiàn)設(shè)計師想象力的過程，也可為設(shè)計師提供創(chuàng)作思路。將其用于虛擬設(shè)計及仿真設(shè)計中，應(yīng)了解幾何圖形性能需求，合理展示產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、仿真設(shè)計效果，完整地完成產(chǎn)品設(shè)計并進行工程制圖。

2 機械設(shè)計中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在設(shè)計方案建模中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)表達的直觀性更強，可實現(xiàn)設(shè)計效果的立體化展示。方案建模包括三維CAD技術(shù)共有框架法、表面法及立體法三種建模方式。具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合設(shè)計方案的差異性選擇與之相匹配的建模方法，如設(shè)計正方形等形狀規(guī)劃且不復(fù)雜的圖形時，可利用表面法直接進行繪制；若是繪制圖形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，則需要在應(yīng)用布爾運算方法的基礎(chǔ)上，通過重新組合排列圖形，基于精密的計算完成圖形的繪制，實現(xiàn)立體化建模，確保方案建模任務(wù)的高質(zhì)量完成。

2.2 在機械CAE軟件中的應(yīng)用

應(yīng)用機械CAE軟件的目的是進一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析與比對設(shè)計圖中的各項參數(shù)信息，對設(shè)計方案中的不合理之處進行優(yōu)化，從而得出更加科學(xué)、可行的產(chǎn)品設(shè)計方案。為了實現(xiàn)三維CAD技術(shù)與機械CAE軟件的有機融合，應(yīng)在方案建模完成后發(fā)揮三維CAD強大的分析功能，針對軟件中各項設(shè)計參數(shù)進行分析，為設(shè)計方案執(zhí)行的順暢性提供保障。CAE系統(tǒng)能夠預(yù)估機械產(chǎn)品壽命，分析工程數(shù)據(jù)，具備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等多項功能，可解決機械產(chǎn)品的造型問題。利用CAE系統(tǒng)可優(yōu)化機械產(chǎn)品材料、剛度、壽命等，增強機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性。

2.3 在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中發(fā)揮著重要作用。設(shè)計農(nóng)用收割機時，應(yīng)從軸流釘齒脫粒分離設(shè)備的設(shè)計入手，利用Motion works系統(tǒng)展開設(shè)計，在Cam works數(shù)控加工模塊基礎(chǔ)上處理三維系統(tǒng)，通過三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，進行設(shè)備設(shè)計環(huán)節(jié)的合理分配，逐步完成機械設(shè)備方案設(shè)計。通過簡化設(shè)計難度，提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計效率。

2.4 在檢驗機械零部件設(shè)計中的應(yīng)用

機械設(shè)備零件組裝或檢查過程中，可應(yīng)用三維CAD技術(shù)，發(fā)揮其數(shù)據(jù)播放功能，逐一播放各個機械零件的組裝過程，優(yōu)化設(shè)計機械零件。在此過程中，可依托三維CAD技術(shù)的數(shù)據(jù)查找功能，找出與機械設(shè)備要求不相符的零件，做出合理調(diào)整，增強零件間的協(xié)調(diào)性，避免因零件契合度不高而影響機械設(shè)備的正常運行。可應(yīng)用三維CAD技術(shù)展開機械零件檢查，對機械設(shè)備質(zhì)量進行排查，提升設(shè)計檢驗效率。

2.5 在機械設(shè)計方案形成中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)具備數(shù)據(jù)采編功能，在設(shè)計環(huán)節(jié)，可對設(shè)計方案進行拆分與組合，形成全新的設(shè)計方案。針對復(fù)雜的零件，設(shè)計方案形成時，需要應(yīng)用三維CAD技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)功能進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，提升方案形成的合理性，提高設(shè)計質(zhì)效。機械設(shè)計中，可利用CAD或CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)，通過平面設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、曲面造型、立體構(gòu)筑4種方式生成設(shè)計方案，在保障機械設(shè)計方案科學(xué)生成的基礎(chǔ)上，確保設(shè)計方案的有效執(zhí)行。

2.6 在模具CAD集成制造中的應(yīng)用

機械生產(chǎn)向著科技化與智能化的方向發(fā)展，在機械設(shè)計領(lǐng)域，CAD/CAM/CAE等設(shè)計制圖方式成為主導(dǎo)。在機械模具加工制造中，模具CAD/CAM激光快速成型技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。在新型軟件體系中融合三維CAD技術(shù)的仿真、曲面造型、三維繪圖及數(shù)控加工等多種功能，可在系統(tǒng)支持下，利用工程數(shù)據(jù)及豐富的資料，進一步優(yōu)化機械產(chǎn)品性能，提升機械產(chǎn)品制造質(zhì)量。

2.7 在機械生產(chǎn)噪聲控制中的應(yīng)用

機械設(shè)備運行會產(chǎn)生噪音，特別是建筑施工機械產(chǎn)生的噪音分貝極高，會影響周邊居民的正常生活。數(shù)據(jù)表明，機械及液壓泵生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的噪音高于90分貝，而錨桿機在特定作業(yè)環(huán)境下產(chǎn)生的噪音甚至高達100分貝。為避免噪音過高損害人體健康，設(shè)計制機械產(chǎn)品時，可利用三維CAD技術(shù)，依據(jù)空氣動力學(xué)原理，優(yōu)化設(shè)計，降低機械設(shè)備噪音。設(shè)計過程中，應(yīng)注重保持機械產(chǎn)品的動平衡，降低機械設(shè)備的震動幅度，減少機械設(shè)備運行中的噪聲污染。

3 結(jié)語

三維CAD技術(shù)是直觀性強、可實現(xiàn)立體化展現(xiàn)且具備較高安全性的設(shè)計方案，在各個行業(yè)領(lǐng)域均展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用價值。將其應(yīng)用于機械制造中，能為設(shè)計方案建模提供支持，還可用于機械CAE軟件中，適用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計。可利用三維CAD軟件進行機械零件設(shè)計，形成機械設(shè)計方案，可利用模具CAD/CAM激光快速成型技術(shù)完成模具CAD集成制造，其在機械設(shè)備噪聲控制方面應(yīng)用效果較好。未來，三維CAD技術(shù)將逐步向智能化、虛擬化、集成化及規(guī)范化的方向發(fā)展，在機械設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用必將更加廣闊。