摘要：

　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)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(diǎn)成為了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不可或缺的組成部分。本文首先從機(jī)械設(shè)計(jì)的要求入手，并對(duì)CAD技術(shù)進(jìn)行概述，進(jìn)而分析了CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體優(yōu)點(diǎn)及其對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響，最后總結(jié)出在機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的具體應(yīng)用。

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

　　機(jī)械制造業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(jì)算繁重的工作方式，大大的縮短了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低了生產(chǎn)成本。基于此現(xiàn)狀，本文就如何在機(jī)械設(shè)計(jì)中合理運(yùn)用CAD技術(shù)展開探討，僅供借鑒參考。

　　一、機(jī)械設(shè)計(jì)的要求

　　機(jī)械的種類較為繁多，但不論何種機(jī)械，其設(shè)計(jì)的基本要求都大體相同。具體可概括為以下幾個(gè)方面：其一，需滿足預(yù)定功能。具體是指機(jī)械設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)形式、精度、速度、傳遞的功率等;其二，需滿足經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性主要指的是設(shè)計(jì)和制造成本低、使用效率高、能源消耗少、管理維護(hù)方便等;其三，需滿足工藝要求。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能減少零件的數(shù)量，并采用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的意思。CAD主要是利用計(jì)算機(jī)的圖形處理以及數(shù)值計(jì)算能力，來輔助技術(shù)人員進(jìn)行某些工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和分析，從而使設(shè)計(jì)達(dá)到理想效果的一種技術(shù)。

　　CAD技術(shù)誕生于上個(gè)世紀(jì)50年代，伴隨著計(jì)算機(jī)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(guó)的各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，如機(jī)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(jì)效率都有了大幅度提高。

　　三、CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體優(yōu)點(diǎn)及其對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

　　(一)具體優(yōu)點(diǎn)

　　1.減輕工作量，縮短了設(shè)計(jì)周期。通過使用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，將原本復(fù)雜的幾何造型變得簡(jiǎn)單，從而減輕了機(jī)械設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，并且能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)的周期縮短近三分之一的時(shí)間，不僅提高了設(shè)計(jì)效率，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率。

　　2.便于零件設(shè)計(jì)。CAD技術(shù)既能夠在具體的裝配過程中，設(shè)計(jì)新的零件，也可以根據(jù)相鄰零件的位置及形狀設(shè)計(jì)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(dú)設(shè)計(jì)零件錯(cuò)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(shí)，只需點(diǎn)擊資源查找器中的相關(guān)命令進(jìn)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(jiǎn)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(gè)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(shí)，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(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，以此來檢驗(yàn)形成是否符合設(shè)計(jì)要求，如不符合可及時(shí)進(jìn)行修改，這樣在很大程度上降低了產(chǎn)品的報(bào)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(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如有限元分析、優(yōu)化等，能夠有效地確保機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(yùn)用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行零件加工時(shí)，能使零件達(dá)到較好的一致性，從而進(jìn)一步保證了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　(二)CAD技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

　　CAD技術(shù)不僅從根本上改變了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，而且還克服了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中的諸多弊端，從而使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有了質(zhì)的飛躍。CAD技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的主要影響可歸納為以下幾點(diǎn)：其一，CAD技術(shù)更強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)理論。由于機(jī)械設(shè)計(jì)本身也屬于工程設(shè)計(jì)的范疇，因此，其具有較強(qiáng)的工程性及理論性。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，通常都比較偏重于經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方法多數(shù)是以仿照、類比以及改型設(shè)計(jì)為主，嚴(yán)重忽視了設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性。而運(yùn)用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅能夠代替設(shè)計(jì)人員繁重的手工設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖，并且更加符合機(jī)械設(shè)計(jì)與原理、設(shè)計(jì)體系的要求;其二，使機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性得以充分發(fā)揮。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，以仿型和改型設(shè)計(jì)居多，這樣的設(shè)計(jì)往往只需要借鑒參考?xì)v史資料，并改變所需設(shè)計(jì)產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)尺寸即可，這樣的設(shè)計(jì)過程在開始時(shí)就跳過了創(chuàng)新構(gòu)思的階段，從而使設(shè)計(jì)出來產(chǎn)品嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新性。而運(yùn)用CAD技術(shù)中的專家系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，則可以建立多種機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行對(duì)比，以此來達(dá)到創(chuàng)新的目的。另外，由于CAD技術(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)具有較強(qiáng)的立體感和逼真的效果，更能夠激發(fā)設(shè)計(jì)者的新穎構(gòu)思，使設(shè)計(jì)出來的新產(chǎn)品更具有高科技含量;其三，為實(shí)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(gè)設(shè)計(jì)過程全部計(jì)算機(jī)化，并且設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品在具體加工制造前，還可以通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的缺陷和不足，并在正式加工前進(jìn)行及時(shí)的改良，不僅縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，而且極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　四、機(jī)械設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的具體應(yīng)用

　　(一)零件實(shí)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(diǎn)、逐線進(jìn)行具體構(gòu)造，能夠生成任意視點(diǎn)或視向的軸測(cè)圖和透視圖。線框建模的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，并且由于該建模方式只有點(diǎn)和線的信息，因此，所耗用的資源相對(duì)較小。到這種建模方式具有二義性。

　　2.表面建模。不僅具有點(diǎn)和線的信息，同時(shí)還具有面的信息，能夠?qū)崿F(xiàn)表面積計(jì)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(shí)體建模。是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，不但具備所有點(diǎn)、線、面、體的幾何信息，而且還具備拓?fù)湫畔ⅰ?shí)體建模能夠有效地實(shí)現(xiàn)刀具軌跡的生成、有限元分析、消隱、剖切等。

　　在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，其零件主要可分為兩種，一種是簡(jiǎn)單的零件，另一種是復(fù)雜的零件。如果是簡(jiǎn)單的零件，可先對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將之分解成若干個(gè)基本體，并在此基礎(chǔ)上對(duì)分解后的基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，然后通過布爾運(yùn)算即可得出該零件的三維實(shí)體模型;如果是比較復(fù)雜的零件，想要將其分解成若干個(gè)基本體往往比較困難，即便能夠分解，也會(huì)因?yàn)榛倔w的組合過多，從而難以成型。因此，必須先對(duì)零件的截面輪廓進(jìn)行定義，然后利用三維實(shí)體造型對(duì)零件進(jìn)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(jì)算，即可獲得所需零件的三維實(shí)體造型。

　　(二)零件裝配圖的生成

　　CAD的三維編輯功能可以實(shí)現(xiàn)零件裝配圖的生成。當(dāng)零件的實(shí)體構(gòu)造完成后，通過對(duì)機(jī)器運(yùn)動(dòng)過程中的有關(guān)資料進(jìn)行分析，并在運(yùn)動(dòng)的某個(gè)位置，根據(jù)零件所處位置的坐標(biāo)，即可進(jìn)行裝配。

　　(三)多維幾何繪圖

　　在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，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(qiáng)大。CAD繪圖軟件的主要功能包括：交互式繪圖、圖形編輯、標(biāo)準(zhǔn)的尺寸、文字以及填充剖面、調(diào)用圖塊、區(qū)分層次以及實(shí)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(jī)床到現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床、從傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)和繪圖到現(xiàn)在CAD技術(shù)，制造業(yè)逐步走向了計(jì)算機(jī)和數(shù)字化的時(shí)代。與此同時(shí)，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(gè)較為完整的CAD/CAM系統(tǒng)是由三維繪圖、數(shù)控加工、動(dòng)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(jī)械CAE的應(yīng)用

　　機(jī)械CAE系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、工程數(shù)值分析、壽命評(píng)估以及強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等功能。運(yùn)用CAD技術(shù)解決造型問題后，便可由機(jī)械CAE解決設(shè)計(jì)的若干問題，如設(shè)計(jì)的合理性、壽命、剛度、強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)特性以及動(dòng)態(tài)特性等。

　　結(jié)論：

　　總而言之，合理運(yùn)用CAD技術(shù)，對(duì)推進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。一個(gè)好的設(shè)計(jì)就代表著將有一個(gè)好的產(chǎn)品誕生，企業(yè)想要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。

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