浅述机械工程设计中CAD技术的应用曹厚红

浅述机械工程设计中CAD技术的应用曹厚红

曹厚红

身份证号码：37082619890221XXXX

摘要：CAD软件是一个以二维绘图软件为主的机械基础性软件，这个技术增加了传统机械设计中涉及到的问题，能够在实体建模、计算零件强度、零件的寿命等方面均具有广泛的应用，能够有效的保证零件的质量，缩短现代机械设计研发周期。CAD技术形成的CAD系统，促进了传统的产品的设计方法改变与整体生产模式的变化，这在极大程度上带动了社会经济的发展。基于此，本文就从机械工程设计中CAD技术的应用展开分析探讨，以供相关人士的参考。

关键词：机械工程设计；CAD技术；应用

1、CAD技术简介

CAD（ComputerAidedDesign）技术是计算机辅助技术的简称，主要是利用计算机强大的数值分析计算能力和图形处理能力帮助工程技术人员进行工程和产品设计的技术。它具有工程和产品的设计、三维建模、仿真、图形绘制等多种功能。目前，CAD技术已经被广泛的应用到机械、航天、船舶、轻工等多个领域内。

CAD系统包括软件系统与硬件系统，软件系统主要两个方面：CAD软件、有关的辅助模型，而硬件系统主要包括个人计算机、工程工作站、图形输入设备和图形输出设备等。随着计算机技术的快速发展，硬件已经不是阻碍CAD发展的主要因素，而决定其发展的是CAD软件与有关的辅助模型。CAD软件可以分为交互式图形显示软件、CAD应用软件、和数据管理软件三个类别，由于某些专业性企业的绘制内容存在着差别，这样就会出现几种CAD系统一起运行的情况，对于这种情况，应该要协调系统统一配置的数据资源库。

CAD技术是将人与计算机进行结合，将工程人员的设计通过计算机的图形显示以及强大的计算能力实现。机械设计的整个过程包括分析和综合。人创造性的思维活动是进行机械产品设计的关键部分，将设计的思维和方法经过综合、分析后转换成计算机所能求解的数学模型后经过计算机计算得到最终的结果。计算机的作用是分析计算和对信息进行处理，计算机可以完成信息管理、图形绘制、三维模型建立、优化等数值分析计算。将人与计算机两者相互结合，将各自的优势发挥出来可以更快更好更准确的实现设计结果，并且缩短设计周期。

2、机械工程设计中CAD技术的应用优势

通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点：

2.1零件设计更加方便

使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。

2.2装配零件更加直观

在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

2.3缩短了机械设计周期

采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。

3、机械工程设计中CAD技术的应用

3.1应用于方案形成进程

近年来，伴随着科学技术水平的显著提升，制造行业生产技术获得深化改革，制图方式由传统人工设计转变为CAM/CAE/CAD技术应用，由普通机床趋向于数控机床及加工中心转变，目前制造行业发展方向主要为计算机数字化。做好方案中涉及的基本零部件设计工作之后，应加工重组零部件，历经排列组合，旨在优化完成设计方案。基于三维CAD技术的应用，利用其编辑功能，结合设计工作者设计意图，把原本互相独立且不存在有联系的部件排列组合在一起，就复杂程度部件，可采用现代化三维技术中涉及的旋转等模式获取新型更适应排列组合的新部件，尽可能便捷实现三维方案实施，充分确保设计方案高质完成。

3.2建模的应用

三维CAD技术具有使产品形象直观立体地表现出来的特点，因此它在建模时被广泛的应用。一般来说，三维CAD技术的建模方式主要有三种，即框架方式、表面方式和立体方式，此外，在建模过程中常用的图形，三维CAD软件都会自带。进行建模时，将零件分为多个基本体，通过基本的布尔运算，得出三维模型，如果零件结构过于复杂，可以结合二维设计方法将其分为多个基本体之后，再进行运算。

3.3实体生成

CAD的三维建模可以由表明模型、线框模型以及实体模型三种方法来完成。在多数具有实体建模功能的CAD软件中，一般来说都是具有一些基本的体系。在CAD实体造型模块中有6种基本体系，即球体、圆锥体、楔形体、立方体、圆柱体、环状体。

想要实现零件的三维实体模型，只需通过结构的分析可以把简单的零件分解成许多个基本体，对没个基本体进行三维实体造型，再对这些基本体进行差、并、交等布尔运算，就可以得出零件的三维模型。有时候由于分解的基本体过多，很难将其实体化，因此，单一的基本体系满足不了机械零件对三维实体造型的要求。我们可以线画出零件的平面截图然后在对图进行拉升或者是旋转都可以出现新的基本体，在通过差、并、交等布尔运算，实现所要实体的造型。有了实体造型时候可以根据机械工作过程中的参数来进行研究，在运动的某一位置，并按坐标进行装配，这些都可以在三维CAD编辑功能中实现实体造型。

3.4模具CAD/CAM的集成制造

随着社会的不断进步，生产制造业的技术水平也在逐步提高，从人工设计制图到CAD/CAM/CAE的改善，从普通机床到加工中心与数控机床的转变，我国的生产制造业正在向网络化与数字化方向转变。与此同时，模具CAD/CAM技术与激光快速成型技术代表着科学技术的发展趋势。一个完整的CAM/CAD系统包括曲面造型、仿真模拟、三维绘图、数控加工、动态显示等功能，这些功能模块构成了软件系统，它们以工程数据库为基础，对数据进行综合处理。

3.5零部件设计检查

使用三维CAD系统，可以在装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷。还可以保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的全过程通过动画连续的演示出来，能够通过检查发现零部件设计中出现的漏洞问题。

结束语

总而言之，在机械设计中的CAD技术运用的过程中，CAD技术在运用的时候对传统设计方法以及设计手段进行了更新，在一定程度上摆脱了传统设计中存在的存在的不足和束缚，在设计观念中融入了现代设计的特点，从而使机械制造业得到了飞速的发展。另外，在机械设计中对CAD技术运用的时候，还可以使设计的立体效果更加明显，使设计者在设计过程中的创新思维得到更大程度的激发，从而使设计出的产品更加具有创新性。

参考文献：

[1]刘洋君.CAD技术在机械设计中的应用及其发展趋势探讨[J].机电信息，2012，（33）.

[2]游玉成.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].橡塑技术与装备.2015.

[3]魏粉妮，姚卫民.三维CAD在机械设计中的运用及发展[J].科技创新导报，2014.