葉 紅

（武漢軟件工程職業(yè)學院，武漢 430205）

三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用

葉 紅

（武漢軟件工程職業(yè)學院，武漢 430205）

設(shè)計人員可以在三維圖中演示動畫以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計對象從最初的單一功能產(chǎn)品變成越來越復(fù)雜的系統(tǒng)，技術(shù)更也先進，功能則更全面。因此，研究三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用具有十分重要的意義。

三維 CAD技術(shù) 機械設(shè)計

引言

現(xiàn)代化的機械設(shè)計更加注重先進的設(shè)計理念和以人為本的理念，而以往的二維CAD由于平面化不具有立體感，沒法轉(zhuǎn)化成可見的模型，已經(jīng)漸漸被市場淘汰。取而代之的是更加立體、模擬虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維CAD技術(shù)，這是機械設(shè)計的一種進步。

1 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的運用

CAD技術(shù)有許多種三維模型的表達方法，其中常見的有以下幾種：用參數(shù)來表達的技法，用參數(shù)進行衡量，邊界限定以及立體幾何技法。這幾種模型可以快速形成集合立體模型以及儲存大量的數(shù)據(jù)，還能夠進行數(shù)據(jù)之間的運算，具有廣泛的實用性。

因為三維CAD系統(tǒng)軟件具有可視性，因此在整體結(jié)構(gòu)展示出來后，設(shè)計師可以根據(jù)美觀或者使用的功能進行零部件的設(shè)計。各個零部件之間可以進行裝配和比較，進行虛擬的展示和模擬更換，省卻了大量的先制作出來而不匹配時，要重新制作的原始方法的時間和金錢。此外，零件配置也十分合適，且零件的制造過程一目了然，大大降低了殘頻率和失敗的可能。在進行裝配的時候，可以進行模擬裝配。裝配的一切流程都是可視化的，可以及時發(fā)現(xiàn)各個配件之間的不合適以及設(shè)計上的缺陷，以進行及時修改，避免以往機械設(shè)計中先設(shè)計好元件但不匹配而廢棄的浪費情況。

這種模擬設(shè)計大大縮短了機械設(shè)計周期。以往的設(shè)計中，需要進行模型制作，然后進行調(diào)試，花費大量的時間。但是，現(xiàn)在的虛擬可是技術(shù)可以得到詳細的數(shù)據(jù)，在制作模型和配件的時候，能夠準確制作出來，極大縮短了機械制作的時間，提高了工作效率。同時，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計缺陷，可以及時進行調(diào)整，甚至可以臨時進行創(chuàng)造性制作，完全創(chuàng)造一種新的產(chǎn)品。此外，進行內(nèi)部調(diào)試，保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。

CAD的三維建模方法，尤其是對于一些比較復(fù)雜的零部件，可以通過在三維模擬造型中進行裝配設(shè)計，避免了成品出來后的不匹配等問題。

2 三維CAD技術(shù)對機械設(shè)計的改變

三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中影響打造信息化的制造過程，能促進技術(shù)人員進一步改進和開發(fā)模型。對于可視化的模型設(shè)計過程，設(shè)計人員經(jīng)過比對，模型打造，對已有的產(chǎn)品進行改造，這種改造可能是顛覆性的。在進行設(shè)計過程中，三維可視對于技術(shù)的開發(fā)具有推進作用。實現(xiàn)制造過程全面信息化，可以實現(xiàn)虛擬組裝和動態(tài)仿真，保證在產(chǎn)品生產(chǎn)出來前能夠有效解決產(chǎn)品設(shè)計瑕疵的問題，推動實現(xiàn)虛擬制造，最終促進機械設(shè)計行業(yè)的全面發(fā)展。此外，創(chuàng)新性的發(fā)揮。創(chuàng)新是當代發(fā)展的主題，機械設(shè)計也必須不斷追求創(chuàng)新。

3 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)缺點

優(yōu)點在于，三維CAD制圖因能把平面的東西轉(zhuǎn)化成立體的，可以讓人們清楚看到每一個部件的位置，比以前使用二維平面時節(jié)省了工時。在以前的生產(chǎn)里面，人們需要把很多的時間花費在查看圖紙，照著圖紙的數(shù)據(jù)進行測量等工作上。這不但容易出錯，而且沒有立體感，不能完美達到想要的設(shè)計水平?，F(xiàn)在，隨著三維的誕生，產(chǎn)品設(shè)計更加強調(diào)團隊合作。單憑一個或幾個設(shè)計員來完成設(shè)計工作的情況已經(jīng)不存在，更多的是需要設(shè)計員團結(jié)合作和溝通交流。同時，三維的系統(tǒng)軟件要比二維的速度快，成本更低，設(shè)計周期更短，如可以在裝配環(huán)境中，根據(jù)箱體的形狀及其他的配合要求，快速準確地設(shè)計出所需要的箱蓋來。這些優(yōu)點給機械設(shè)計領(lǐng)域帶來的是翻天覆地的變化，節(jié)約了時間、成本和能源，避免了很多殘次品。

但是，使用三維CAD也存在很多缺點。第一，技術(shù)問題。因為三維CAD技術(shù)發(fā)展較快，很多技術(shù)也都是剛剛普及，從業(yè)人員來不及學習，因此對于三維CAD還比較陌生，特別是習慣了二維的技術(shù)人員，剛開始時會有很多不適應(yīng)。因此，需要進行技術(shù)人員的培訓工作，需要大量的時間和精力去學習，無形中增加了成本。第二，三維CAD技術(shù)在制作過程中并是完全適合進行生產(chǎn)。因為三維CAD投射出的只是一個大體模型，關(guān)于具體的數(shù)據(jù)并不完善。如果完全照著做，是不可行的，且三維CAD對于受力點、承受能力等完全沒有標示，而在實際的模型制作中不存在這些問題。所以，三維CAD在實際應(yīng)用中不如以前的模型制作更加保穩(wěn)。第三，三維CAD技術(shù)目前使用的范圍局限在一些小型機械設(shè)計里，不適于大型的機械設(shè)計。因為大型機械設(shè)計的環(huán)節(jié)多，需要進行詳細的數(shù)據(jù)推斷，而三維CAD模型還無法達到這么精細的計算，也不能刨開進行詳細觀察。所以，實踐中還存在很多問題。第四，設(shè)計復(fù)雜零部件時，對電腦配置要求太高，運行緩慢，容易造成死機，對很多已經(jīng)儲存的文件造成毀滅。第五，在數(shù)據(jù)共享方面，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。不過，三維CAD的產(chǎn)生和發(fā)展，依然給機械設(shè)計領(lǐng)域帶來了一種新的操作模式。

4 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的發(fā)展趨勢

三維CAD技術(shù)由于剛剛進入機械設(shè)計領(lǐng)域，人們對其的認識十分淺薄，所以應(yīng)用也不廣泛。在很多設(shè)計里，依然采用傳統(tǒng)的二維方式進行操作。但是，隨著人們對三維CAD認識的提高，越來越多的環(huán)節(jié)開始使用三維CAD技術(shù)進行操作。集成化生產(chǎn)和設(shè)計上，由于Internet的發(fā)展，CAD技術(shù)在機械設(shè)計中不是孤立存在的。它通過與機械設(shè)計的各項技術(shù)相結(jié)合，有利于實現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計。另外，有利于建立集成化和協(xié)同化的環(huán)境。它為現(xiàn)代機械技術(shù)的發(fā)展提供了一個嶄新平臺。按照時下的發(fā)展趨勢，數(shù)據(jù)模型、幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型將為CAD系統(tǒng)的開發(fā)指明方向，同時數(shù)據(jù)模型會向規(guī)范化、標準化等方向發(fā)展。在現(xiàn)代機械設(shè)計領(lǐng)域，遇到的一個重點難題就是如何把參數(shù)化特征模型的傳輸，在實踐中加以運用、突破。如果能夠有所突破，那么在STEP標準體系的基礎(chǔ)上，能把創(chuàng)新技術(shù)和人工智能技術(shù)更加有機地結(jié)合在一起，讓軟件達到一個質(zhì)的飛躍，讓機械設(shè)計技術(shù)在未來的機械設(shè)計中運用得更加順暢而科學。那時，比較簡單的模擬操作或者簡單的機械設(shè)計都可以通過三維CAD軟件進行批量操作，而隨著三維CAD的不斷改進，對于一些復(fù)雜的工藝制作，也將會帶來很多新的制作方式。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代計算機在技術(shù)和性能上越發(fā)成熟，再加之網(wǎng)絡(luò)的普及和信息的智能化處理技術(shù)的提高，三維CAD技術(shù)本身也正逐步成熟。因此，正確把握CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢，對我國機械工程中的設(shè)計工作具有深遠的意義。

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Application of Three Dimensional CAD Technology in Mechanical Design

YE Hong
(Wuhan software engineering, Career Academy, Wuhan 430205)

Designers can demonstrate the animation and virtual reality technology in 3D animation, design objects from the initial single function products into more complex systems, technology is more advanced, the function is more comprehensive. Therefore, it is very important to study the application of 3D CAD technology in mechanical design.

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