徐汛

[摘? ? ? ? ? ?要]? 通過分析CAD技術(shù)的特點、發(fā)展歷程及CAD技術(shù)的標準件庫及零件號標注，對CAD技術(shù)在機械方面的應(yīng)用進行了分析，包括二維工程圖繪制和三維實體建模和產(chǎn)品性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并通過一款轉(zhuǎn)速器改型產(chǎn)品作為案例對CAD技術(shù)的應(yīng)用實施情況進行具體說明，同時提出機械CAD技術(shù)今后應(yīng)向智能化、集成化、綠色化方向發(fā)展。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? CAD技術(shù);機械;應(yīng)用;三維;案例

[中圖分類號]? F416.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）35-0280-04

一、引言

當前，在我國機械設(shè)計及制造領(lǐng)域，CAD（computer aided design）技術(shù)得到有效重視、應(yīng)用，對傳統(tǒng)設(shè)計模式、方法造成一定影響[1]。在機械制造中，CAD技術(shù)應(yīng)用價值很強，能將機械制造質(zhì)量有效提高，能方便進行裝配、修改[2]。采用CAD技術(shù)，在機械制造過程中可對機械產(chǎn)品設(shè)計模式進行優(yōu)化，使機械設(shè)計更先進，從而使機械制造質(zhì)量得到提高[3]。目前使用CAD技術(shù)對機械構(gòu)件進行設(shè)計的企業(yè)很多，CAD技術(shù)可確保機械制造一致性[4]。在機械制造設(shè)計階段，通過CAD技術(shù)可準確描述機械產(chǎn)品實際規(guī)格，并實現(xiàn)描述連續(xù)性，在實際制造、生產(chǎn)過程中，能更好把握細節(jié)，對提升機械產(chǎn)品質(zhì)量非常重要，因CAD技術(shù)自身技術(shù)優(yōu)勢，其在諸多行業(yè)中應(yīng)用廣泛[5]。作為現(xiàn)代化機械制造、機械設(shè)計新發(fā)展趨勢，CAD技術(shù)在先進應(yīng)用方式及現(xiàn)代化技術(shù)方面有一定的革新[6]。在機械制造及機械設(shè)計方面，應(yīng)用CAD技術(shù)具有廣闊發(fā)展空間?；诖?，本文探究了機械CAD技術(shù)的應(yīng)用，同時對其發(fā)展趨勢進行分析。

二、CAD技術(shù)簡介及發(fā)展

（一）CAD技術(shù)簡介

CAD技術(shù)是通過CAD軟件、計算機分析、計算并仿真“產(chǎn)品”設(shè)計的過程，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能，同時對其進行繪圖，將設(shè)計者所具有的形象思維、創(chuàng)造性思維、綜合判斷與分析、經(jīng)驗知識同計算機檢索信息能力及其強大記憶進行結(jié)合，高速精確計算大量信息，并對其進行處理，顯著提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本[7]。CAD當中綜合應(yīng)用了多個學(xué)科，實現(xiàn)了繪圖、設(shè)計、工程分析、建模等一體化進程[8]。CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可將產(chǎn)品設(shè)計周期縮短，從而可將產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量及工作效率提高，將設(shè)計成本降低，提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力及市場快速反應(yīng)能力，對企業(yè)產(chǎn)品進入國際市場參與競爭有利[9]。CAD技術(shù)各項技能主要通過計算機各項操作及功能完成，應(yīng)用功能包括計算功能、圖像處理功能等。通過這些功能，可實現(xiàn)新產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)，在很大程度上CAD技術(shù)促進設(shè)計工作的有效應(yīng)用及創(chuàng)新[10]。

（二）CAD技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)階段，第四代CAD技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，三維建模逐漸開始取代手工繪制二維工程圖，其中包含多元化的先進設(shè)計理念，包含許多設(shè)計過程[11]。在CAD系統(tǒng)快速發(fā)展期，以EDS公司的UGNX系統(tǒng)及PTC公司的PRO/E為代表，在CAD系統(tǒng)中，出現(xiàn)了基于約束參數(shù)化及變量化方法及特征建模方法，二者相互融合共同發(fā)展，進一步加快了CAD系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展進程。該系統(tǒng)統(tǒng)一了內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)CAD/CAM信息集成，使CAD系統(tǒng)應(yīng)用范圍得到進一步的擴展。圖1為使用CAD/CAM技術(shù)制作的凸輪模型。

現(xiàn)階段所使用的是第四代CAD系統(tǒng)，在設(shè)計系統(tǒng)逐漸生成了一種多元化設(shè)計的思想和方法[12]。由于系統(tǒng)環(huán)境的復(fù)雜程度較高，CAD系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品自動化設(shè)計理念，其中涉及多元化的技術(shù)理念，大大提高了設(shè)計周期和運行成本。在現(xiàn)代機械模具設(shè)計及制造中，CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)揮著非常重要的作用，能夠構(gòu)建產(chǎn)品三維模型，在CAD/CAE軟件的基礎(chǔ)上設(shè)計機械模具，分析并優(yōu)化處理模具結(jié)構(gòu)，并在CAM軟件的基礎(chǔ)上生成并仿真磨具加工軌跡。圖2為運用CAD/CAE/CAM技術(shù)制作的機殼三維圖。

三、CAD技術(shù)的標準件庫及零件號標注

（一）標準件庫

在機械設(shè)計過程中使用CAD進行繪制，需要繪制大量的裝配圖和零件圖。這些零件在視圖中各具有相同形狀，差別是各部分尺寸大小。如果在CAD繪制過程中按線逐條進行，此時需要嚴格確定結(jié)構(gòu)尺寸，同時也會花費巨大的時間成本，運行效率非常低，因此，進行標準件庫的建立是CAD系統(tǒng)非常重要的組成部分[13]。在現(xiàn)有機械工廠中，通過調(diào)查統(tǒng)計所有零件，發(fā)現(xiàn)其中標準件約占到約50%，典型變型零件約占40%。通常，在開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品時，通常多采用典型變型零件及標準件，這樣可將產(chǎn)品成本降低，并且能夠獲得高質(zhì)量的零件產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的性能和質(zhì)量。

（二）零件號標注

一般來說，編輯零件號、標注零件號是構(gòu)成零件號標注系統(tǒng)的主要內(nèi)容，前者主要包括零件號的插入、修改、對齊、刪除等，同時又可以分為無后效、有后效兩組，后者能夠?qū)Ρ徊僮鳂颂栠M行改變，自動修改其余同類標號序列，前者不會影響其他標號過程。圖3為零件號標注系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖。

四、CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

（一）二維工程圖繪制和三維實體建模

現(xiàn)階段，企業(yè)多將CAD技術(shù)應(yīng)用在繪制二維工程圖的過程中，也就是在計算機上完成繪圖板的手工繪制工作。實際上，CAD系統(tǒng)就是“甩開圖板”的一個過程，并電子圖板進行替代，總的來說，工程圖的繪制規(guī)范性和整潔性顯然更高，同時提高了工作效率。但依舊沒有打破產(chǎn)品設(shè)計的傳統(tǒng)局限，在設(shè)計產(chǎn)品的過程中依舊是按照設(shè)計人員的主觀經(jīng)驗開展的，沒有發(fā)揮CAD技術(shù)的輔助設(shè)計功能。企業(yè)所使用的三維實體建模是CAD技術(shù)當中比較常見的一種方式，實際上也是二維繪制的應(yīng)用類型，沒有從根本上打破傳統(tǒng)繪制的局限性。設(shè)計人員實際上就是對零件造型進行設(shè)計。建?？梢缘玫疆a(chǎn)品物理特性，或三維模型進行模擬裝配。而不是對產(chǎn)品所有屬性進行全面、精確表達，因此也不能對產(chǎn)品性能進行全面分析。對信息集成化等較高層次CAD技術(shù)應(yīng)用需進一步進行全面、精確表達，從而提高企業(yè)競爭力。

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◎編輯 馬燕萍