王晉剛

摘要：機(jī)械工業(yè)是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，即使全世界已經(jīng)進(jìn)入了以“互聯(lián)網(wǎng)+”為標(biāo)志的信息時代，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和制造水平仍是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平和綜合競爭力的重要指標(biāo)。當(dāng)然，由于計算機(jī)信息技術(shù)的快速進(jìn)步，現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計和制造手段與過去相比都有了很大地進(jìn)步，如何借力現(xiàn)代化信息技術(shù)手段來助推機(jī)械工業(yè)取得進(jìn)一步發(fā)展，成為了世界范圍內(nèi)的一個關(guān)鍵問題。三維CAD技術(shù)就是在這種背景下被開發(fā)出并不斷取得應(yīng)用發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CAD;機(jī)械設(shè)計;應(yīng)用;機(jī)械制造技術(shù)

中圖分類號：TH122?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

隨著我國機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械市場的競爭也在不斷加速，對于機(jī)械制造與設(shè)計的要求也不斷提升，非常符合企業(yè)需求的CAD解決方案。在機(jī)械設(shè)計與機(jī)械制造技術(shù)中應(yīng)用CAD，不僅能夠有效極高機(jī)械的設(shè)計效率，還可以提升機(jī)械設(shè)計的品質(zhì)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)CAD設(shè)計規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，從而提升企業(yè)的整體機(jī)械設(shè)計水平。尤其是在中國機(jī)械制造行業(yè)正在轉(zhuǎn)型的情況下，單純的CAD平臺軟件已經(jīng)無法滿足企業(yè)多元化的需求。因此，發(fā)展多元化的CAD平臺軟件已經(jīng)成了必然。只有及時掌握，并能夠熟練的運(yùn)用CAD技術(shù)的新發(fā)展，才能夠提高我國的機(jī)械設(shè)計水平，降低我國與國外機(jī)械設(shè)計水平的距離。

1三維CAD技術(shù)的作用

1.1提高設(shè)計效率

目前三維CAD設(shè)計軟件已經(jīng)廣泛支持參數(shù)化建模，即所設(shè)計模型可以通過參數(shù)修改來快速生成新的模型，這對系列化機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計具有重要意義。設(shè)計人員不用每次都重復(fù)所有設(shè)計步驟，僅需要對原有三維模型的一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修改就能生成新的方案，從而極大地提高了設(shè)計工作的開展效率。此外，當(dāng)前的三維CAD平臺還具有功能強(qiáng)大的特征建模和曲面建模功能，可以迅速構(gòu)建出一種全新的零件模型，這也能大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期。

1.2提升設(shè)計質(zhì)量

與二維CAD技術(shù)不同，三維CAD技術(shù)是在三維環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品建模，所構(gòu)建的三維模型就是方案的實(shí)際效果展示，可以很方便地讓設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)其中存在的不足，比如結(jié)構(gòu)上的缺陷，這樣可以快速通過編輯加以修正，從而提升設(shè)計質(zhì)量。此外，直接生成三維模型還為后續(xù)的工藝決策和制造規(guī)劃提供了便利，這對提升整個產(chǎn)品的研制質(zhì)效都具有積極意義。

1.3便于設(shè)計成果的調(diào)用和保管

采用三維CAD技術(shù)生成的設(shè)計成果可以直接存儲在計算機(jī)硬盤上，這一方面便于保管，另一方面還可以通過模型文件名稱的檢索來實(shí)現(xiàn)快速調(diào)用，避免因資料保管不當(dāng)而造成損失風(fēng)險。

1.4實(shí)現(xiàn)一體化目標(biāo)

機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展是向著實(shí)現(xiàn)設(shè)計/制造一體化的目標(biāo)前進(jìn)。而采用三維CAD技術(shù)得到的成果可以與CAE、CAM等平臺共享，推動整個機(jī)械生產(chǎn)流程的改革和進(jìn)步。

2CAD在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用及機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展

2.1三維建模

CAD三維技術(shù)軟件在機(jī)械設(shè)計中運(yùn)用最多的部分是三維建模和仿真測試，CAD三維技術(shù)軟件能夠根據(jù)設(shè)計師的指令順利制作出機(jī)械零件的三維圖形，相較于傳統(tǒng)二維平面設(shè)計而言，三維軟件形成的圖形更加直觀、準(zhǔn)確，不是原本由設(shè)計師根據(jù)透視原則畫出的三視圖，而是直接由設(shè)計師的指令輸入和數(shù)據(jù)要求形成的三維模型，若需要三視圖則可通過軟件的生成功能成圖，較設(shè)計師手動畫出的三視圖更加準(zhǔn)確，且角度更多，為機(jī)械零件的制造、生成發(fā)揮更多的輔助作用。目前，CAD三維技術(shù)軟件中可以支持的建模方式有：線框、表面、實(shí)體，能夠充分滿足設(shè)計師和制造方在不同需求情況下對模型的需求，設(shè)計師也可以根據(jù)不同部位上的設(shè)計、制造需求進(jìn)行多種設(shè)計模型的組合，有效提高機(jī)械設(shè)計師的工作效率和質(zhì)量。

2.2三維仿真測試

CAD在進(jìn)行三維建模時主要通過數(shù)據(jù)輸入和指令由軟件直接勾勒出模型的線型框架，由設(shè)計師進(jìn)行渲染形成完整的三維模型。因此CAD三維模型建立后需進(jìn)行仿真測試來確定模型符合設(shè)計師的設(shè)計理念、要求，符合機(jī)械零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求;仿真測試還要幫助設(shè)計師確定零件在設(shè)計上是否存在技術(shù)沖突或其他沖突，有效避免因技術(shù)沖突導(dǎo)致機(jī)械零件設(shè)計需要從制作方打回重繪，控制設(shè)計成本，增加設(shè)計單位的經(jīng)濟(jì)效益。在三維模型通過仿真測試后，可以進(jìn)行整體描繪和出圖，設(shè)計師此階段可根據(jù)機(jī)械制造所需進(jìn)行細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)標(biāo)注，例如，高度、直徑、角度等，在與機(jī)械零件制造方進(jìn)行交接時可選擇從多方面進(jìn)行二維平面視圖的出圖，也可選擇將機(jī)械零件的三維模型直接交接給制造方，制造方根據(jù)制造所需進(jìn)行視圖角度的選擇。

2.3計算機(jī)輔助設(shè)計CAD技術(shù)在圖形、符號設(shè)計和制造中的應(yīng)用

在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計及制造過程中，相關(guān)人員合理按照設(shè)計手冊中的相關(guān)要求和規(guī)定，然后應(yīng)用一些特定的圖形和符號來將相關(guān)機(jī)械部件的特性充分表達(dá)出來，這樣可以起到很好的簡化設(shè)計內(nèi)容的作用。在圖形、符號設(shè)計和制造中應(yīng)用此技術(shù)，可以進(jìn)行一些表格的編制，然后將設(shè)計含義、圖形以及符號之間的聯(lián)系建立起來。進(jìn)而更好的幫助使用者，更快地了解和掌握這些符號以及圖形的意思，以免不同的設(shè)計人員在應(yīng)用圖形和符號上出現(xiàn)不符合的情況。

計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)中包含了很多建模體系，例如曲面體、圓柱體、立方體等。而機(jī)械工程師們在實(shí)際的設(shè)計制造過程中，通常都只需要按照相關(guān)要求來將這些模型進(jìn)行組裝和分解，就能夠很好的完成相關(guān)的建模任務(wù)，這樣極大簡化了建模程序。此外，對于一些較為復(fù)雜的機(jī)械零件來說，機(jī)械工程師還能夠?qū)崿F(xiàn)繪制零件的二維圖像，然后通過計算機(jī)輔助設(shè)計CAD技術(shù)來對其進(jìn)行三維立體處理，最終合理的建立起三維模型?？梢赃@樣說，合理的應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計CAD技術(shù)，不僅能夠有效的提升機(jī)械設(shè)計制造的規(guī)范化和高效率，同時還能夠有效提升機(jī)械設(shè)計制造模型的精準(zhǔn)性。例如在汽車設(shè)計制造過程中，汽車的整體制造質(zhì)量直接受到其覆蓋模具的設(shè)計質(zhì)量的影響。如果在實(shí)際制造設(shè)計過程中，實(shí)體模型和圖紙存在著差異，那將會導(dǎo)致返工的出現(xiàn)，這將極大的浪費(fèi)成本和時間。在這種背景下，合理的應(yīng)用此技術(shù)來進(jìn)行三維建模，則就能夠不斷的完善兩者之間存在的誤差，避免出現(xiàn)不必要的返工情況，進(jìn)而有效提升設(shè)計制造的效率。

2.4零件設(shè)計與修正

三維CAD軟件可以在已經(jīng)裝配的環(huán)境下開始設(shè)計新零件，可以通過原有裝配相鄰零件之間的位置，形狀更為詳細(xì)的設(shè)計新零件，能夠保證新零件的可應(yīng)用性，以及新零件與舊零件之間的配合度。并且能夠避免單獨(dú)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計中存在的一些錯誤，從而有效的減少裝配失敗的情況。比如在裝配環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計，可以進(jìn)行實(shí)地考察，能夠在最短時間內(nèi)獲取最為詳細(xì)的周圍零件信息，如此，設(shè)計出來的零件滿足周圍零件的相關(guān)需求，能夠順利裝配。同時，使用三維CAD軟件也可以輔助零件修改，在修改時，直接點(diǎn)擊資源查找器，查找設(shè)計該零件的所有步驟命令，根據(jù)這些命令清楚的掌握設(shè)計的每一個步驟，并通過查找器的相關(guān)指令進(jìn)行修改，可以直接點(diǎn)擊修改目標(biāo)，進(jìn)行詳細(xì)修改。

結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的行業(yè)需要計算機(jī)來輔助設(shè)計，提高設(shè)計水平和設(shè)計精度。本文以機(jī)械設(shè)計為例，進(jìn)行CAD的相關(guān)討論。首先進(jìn)行CAD的優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，了解CAD在機(jī)械行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。在相關(guān)了解的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行CAD的發(fā)展預(yù)測和規(guī)劃，時代在不斷發(fā)展，CAD同樣需要進(jìn)一步的提升，在未來，CAD的應(yīng)用將更加廣泛，智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化也將成為主流。

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