摘要：

　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，CAD技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。CAD技術(shù)以其自身的諸多優(yōu)點成為了機械產(chǎn)品設(shè)計中不可或缺的組成部分。本文首先從機械設(shè)計的要求入手，并對CAD技術(shù)進行概述，進而分析了CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的具體優(yōu)點及其對機械設(shè)計的影響，最后總結(jié)出在機械設(shè)計中CAD技術(shù)的具體應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;CAD技術(shù);設(shè)計效率;產(chǎn)品質(zhì)量;繪圖

　　機械制造業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)占據(jù)著十分重要的地位。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)也日趨完善。CAD技術(shù)從根本上轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的手工繪圖、計算繁重的工作方式，大大的縮短了機械產(chǎn)品的設(shè)計周期，降低了生產(chǎn)成本。基于此現(xiàn)狀，本文就如何在機械設(shè)計中合理運用CAD技術(shù)展開探討，僅供借鑒參考。

　　一、機械設(shè)計的要求

　　機械的種類較為繁多，但不論何種機械，其設(shè)計的基本要求都大體相同。具體可概括為以下幾個方面：其一，需滿足預(yù)定功能。具體是指機械設(shè)計能夠按照預(yù)期的技術(shù)要求執(zhí)行各種職能，如，工作部分的平穩(wěn)性、運動形式、精度、速度、傳遞的功率等;其二，需滿足經(jīng)濟性。機械的經(jīng)濟性主要指的是設(shè)計和制造成本低、使用效率高、能源消耗少、管理維護方便等;其三，需滿足工藝要求。在進行機械設(shè)計時要盡可能減少零件的數(shù)量，并采用標準件，以便于組裝和維修;其四，需滿足各種特殊要求。如生產(chǎn)食品、藥品的機械必須具備防止產(chǎn)品污染的功能。

　　二、CAD技術(shù)概述

　　CAD是Computer Aided Design的英文縮寫，譯成中文就是計算機輔助設(shè)計的意思。CAD主要是利用計算機的圖形處理以及數(shù)值計算能力，來輔助技術(shù)人員進行某些工程或產(chǎn)品的設(shè)計和分析，從而使設(shè)計達到理想效果的一種技術(shù)。

　　CAD技術(shù)誕生于上個世紀50年代，伴隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來，目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于我國的各個領(lǐng)域當中，如機械、建筑、電子、化工、航天以及交通等。通過CAD技術(shù)的應(yīng)用，使各領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)品的設(shè)計效率都有了大幅度提高。

　　三、CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的具體優(yōu)點及其對機械設(shè)計的影響

　　(一)具體優(yōu)點

　　1.減輕工作量，縮短了設(shè)計周期。通過使用CAD技術(shù)進行機械設(shè)計，將原本復(fù)雜的幾何造型變得簡單，從而減輕了機械設(shè)計人員的工作強度，并且能夠使機械設(shè)計的周期縮短近三分之一的時間，不僅提高了設(shè)計效率，同時也提高了生產(chǎn)效率。

　　2.便于零件設(shè)計。CAD技術(shù)既能夠在具體的裝配過程中，設(shè)計新的零件，也可以根據(jù)相鄰零件的位置及形狀設(shè)計新零件，并且還確保了新零件與相鄰零件之間的精確配合，從而避免了由于單獨設(shè)計零件錯誤而致使裝配失敗的情況發(fā)生。

　　3.便于零件修改。在裝配環(huán)境中如果想修改零件時，只需點擊資源查找器中的相關(guān)命令進入到零件修改環(huán)境中，就可以完成零件修改，使零件修改的過程變得簡單、方便。

　　4.零件裝配過程更加直觀。CAD系統(tǒng)的資源查找器能夠在裝配的過程中記錄各個零件之間的裝配關(guān)系，如果裝配有誤便可以顯示出來，同時，還能夠通過隱藏外部零件，更清楚的觀察到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。另外，模型在裝配完成后，還可以進行運動演示，以此來檢驗形成是否符合設(shè)計要求，如不符合可及時進行修改，這樣在很大程度上降低了產(chǎn)品的報廢率。

　　5.提高產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量。通過CAD技術(shù)先進的設(shè)計方法，如有限元分析、優(yōu)化等，能夠有效地確保機械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。另外，隨著各種數(shù)控加工手段的不斷完善，在合理運用CAD/CAPP/CAM進行零件加工時，能使零件達到較好的一致性，從而進一步保證了機械產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　(二)CAD技術(shù)對機械設(shè)計的影響

　　CAD技術(shù)不僅從根本上改變了機械設(shè)計的質(zhì)量，而且還克服了傳統(tǒng)機械設(shè)計中的諸多弊端，從而使機械產(chǎn)品的設(shè)計有了質(zhì)的飛躍。CAD技術(shù)對機械設(shè)計的主要影響可歸納為以下幾點：其一，CAD技術(shù)更強調(diào)設(shè)計理論。由于機械設(shè)計本身也屬于工程設(shè)計的范疇，因此，其具有較強的工程性及理論性。在傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，通常都比較偏重于經(jīng)驗，設(shè)計方法多數(shù)是以仿照、類比以及改型設(shè)計為主，嚴重忽視了設(shè)計的創(chuàng)新性。而運用CAD技術(shù)進行機械設(shè)計，不僅能夠代替設(shè)計人員繁重的手工設(shè)計、計算和繪圖，并且更加符合機械設(shè)計與原理、設(shè)計體系的要求;其二，使機械設(shè)計的創(chuàng)新性得以充分發(fā)揮。在傳統(tǒng)的機械設(shè)計中，以仿型和改型設(shè)計居多，這樣的設(shè)計往往只需要借鑒參考歷史資料，并改變所需設(shè)計產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)尺寸即可，這樣的設(shè)計過程在開始時就跳過了創(chuàng)新構(gòu)思的階段，從而使設(shè)計出來產(chǎn)品嚴重缺乏創(chuàng)新性。而運用CAD技術(shù)中的專家系統(tǒng)進行機械設(shè)計，則可以建立多種機構(gòu)，并進行對比，以此來達到創(chuàng)新的目的。另外，由于CAD技術(shù)在設(shè)計時具有較強的立體感和逼真的效果，更能夠激發(fā)設(shè)計者的新穎構(gòu)思，使設(shè)計出來的新產(chǎn)品更具有高科技含量;其三，為實現(xiàn)制造過程全面信息化奠定基礎(chǔ)。由于CAD的信息處理技術(shù)將整個設(shè)計過程全部計算機化，并且設(shè)計好的產(chǎn)品在具體加工制造前，還可以通過三維設(shè)計技術(shù)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中的缺陷和不足，并在正式加工前進行及時的改良，不僅縮短了設(shè)計時間，而且極大地提高了設(shè)計質(zhì)量。

　　四、機械設(shè)計中CAD技術(shù)的具體應(yīng)用

　　(一)零件實體建模

　　根據(jù)目前的CAD技術(shù)，可將CAD的建模方式大致歸納為以下幾種：

　　1.線框建模。主要作用是代替原有的手工繪圖，通過逐點、逐線進行具體構(gòu)造，能夠生成任意視點或視向的軸測圖和透視圖。線框建模的特點是操作簡單，并且由于該建模方式只有點和線的信息，因此，所耗用的資源相對較小。到這種建模方式具有二義性。

　　2.表面建模。不僅具有點和線的信息，同時還具有面的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)表面積計算、消隱、二曲面求交、有限元網(wǎng)格劃分、數(shù)控刀具軌跡生成等，并且還能夠構(gòu)造曲面物體。

　　3.實體建模。是機械設(shè)計的基礎(chǔ)，不但具備所有點、線、面、體的幾何信息，而且還具備拓撲信息。實體建模能夠有效地實現(xiàn)刀具軌跡的生成、有限元分析、消隱、剖切等。

　　在進行機械設(shè)計時，其零件主要可分為兩種，一種是簡單的零件，另一種是復(fù)雜的零件。如果是簡單的零件，可先對其進行結(jié)構(gòu)分析，將之分解成若干個基本體，并在此基礎(chǔ)上對分解后的基本體進行三維實體造型，然后通過布爾運算即可得出該零件的三維實體模型;如果是比較復(fù)雜的零件，想要將其分解成若干個基本體往往比較困難，即便能夠分解，也會因為基本體的組合過多，從而難以成型。因此，必須先對零件的截面輪廓進行定義，然后利用三維實體造型對零件進行拉伸或旋轉(zhuǎn)，以此來得到新的基本體，在經(jīng)過交、并、差等計算，即可獲得所需零件的三維實體造型。

　　(二)零件裝配圖的生成

　　CAD的三維編輯功能可以實現(xiàn)零件裝配圖的生成。當零件的實體構(gòu)造完成后，通過對機器運動過程中的有關(guān)資料進行分析，并在運動的某個位置，根據(jù)零件所處位置的坐標，即可進行裝配。

　　(三)多維幾何繪圖

　　在進行機械設(shè)計時，主要處理的信息可以涵蓋為圖形和數(shù)據(jù)兩方面。其中，繪圖的工作量較大，約占70%左右。目前，隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，使CAD各種繪圖軟件的功能也日趨強大。CAD繪圖軟件的主要功能包括：交互式繪圖、圖形編輯、標準的尺寸、文字以及填充剖面、調(diào)用圖塊、區(qū)分層次以及實現(xiàn)圖形交換等。

　　(四)模具集成制造

　　隨著科技的發(fā)展，制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)也隨之不斷提高，從以往的普通機床到現(xiàn)在數(shù)控機床、從傳統(tǒng)的手工設(shè)計和繪圖到現(xiàn)在CAD技術(shù)，制造業(yè)逐步走向了計算機和數(shù)字化的時代。與此同時，模具CAD/CAM技術(shù)和RPM技術(shù)等，也基本覆蓋了大部分的現(xiàn)代制造技術(shù)。一個較為完整的CAD/CAM系統(tǒng)是由三維繪圖、數(shù)控加工、動態(tài)顯示、仿真模擬、圖形編輯、有限元分析以及圖形編輯等功能模塊組成的。

　　(五)機械CAE的應(yīng)用

　　機械CAE系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、工程數(shù)值分析、壽命評估以及強度設(shè)計評價等功能。運用CAD技術(shù)解決造型問題后，便可由機械CAE解決設(shè)計的若干問題，如設(shè)計的合理性、壽命、剛度、強度、運動特性以及動態(tài)特性等。

　　結(jié)論：

　　總而言之，合理運用CAD技術(shù)，對推進我國機械制造業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。一個好的設(shè)計就代表著將有一個好的產(chǎn)品誕生，企業(yè)想要在市場競爭如此激烈的環(huán)境中得以發(fā)展，就必須要有好的產(chǎn)品作為保證。因此，必須重視CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的運用。

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