浅析CAD技术在机械设计中的应用

浅析CAD技术在机械设计中的应用

汤永利谢松元

长城汽车股份有限公司天津哈弗分公司内外饰事业部

引言

自20世纪50年代开始，人们对于机械设计等就有了阶段性的进展，并且于那时CAD技术开始发展，经过20年的发展，CAD已经成为了机械设计中相对比较成熟的软件技术[1]。近年来，随着我国经济的飞速发展，现代制造业也有了飞速的发展，使得现代机械设计显得更为重要，为了提高机械零件精度、降低误差，CAD技术在二维工程制图、三维特征造型等领域均得到广泛的发展，并且在机械零件的制造、设计、试验等均得到发展，它不仅能够促进有效的缩短现代机械设计周期，同时还能够促进机械设计行业的发展。

一、三维CAD技术概述

三维CAD技术即我们所知的建模技术，该技术以三维模型为基础发展而来，是CAD技术的核心部分。与传统的二维技术相比，三维技术更具有全面性，一般只要掌握了三维结构，理解二维结构便不在话下了。三维CAD技术包括了三维与二维的转换、三维设计、结构分析以及仿真与图样的档案管理等。运用三维CAD技术，不仅可以使物品的几何结构达到机械设计的要求，还能结合机械设备的性能进行改进，使设备的更方面指标都达到最佳状态，提高机械产品的质量。目前，三维CAD技术被广泛应用于机械设计领域，是设计人员必须掌握的一项基本技能。

二、三维CAD技术在机械设计中的优点

通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点:

(一)零件设计更加方便

使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。

(二)装配零件更加直观

在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

(三)缩短了机械设计周期

采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品

三、CAD技术在机械设计中的应用

3.1建模的应用

三维CAD技术具有使产品形象直观立体地表现出来的特点，因此它在建模时被广泛的应用。一般来说，三维CAD技术的建模方式主要有三种，即框架方式、表面方式和立体方式，此外，在建模过程中常用的图形，三维CAD软件都会自带。进行建模时，将零件分为多个基本体，通过基本的布尔运算，得出三维模型，如果零件结构过于复杂，可以结合二维设计方法将其分为多个基本体之后，再进行运算。

3.2模具CAD/CAM的集成制造

随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。

3.3模具CAM/CAD的集成制造

机械制造业随着科学技术的快速发展也在不断发展，其生产技术日臻成熟。从机械生产的普通机床到加工中心和数控机床，从制图和人工设计到CAE/CAM/CAD，机械制造业正在朝着计算机化和数字化方向发展。与此同时，模具激光快速成型技术和模具CAD/CAM技术也开始在机械制造业中广泛运用。相对较为完整的CAD/CAM软件系统通常是由多个功能模块如动态显示、数控加工、仿真模拟、曲面造型、图形编辑以及三维绘图等构成的。根据工程数据库对这些模块进行统一管理，工程数据的最主要的来源之一即为实体造型。

3.4CAE机械软件的应用

CAD软件在现代机械设计过程中和CAE等软件具有异曲同工的效果，而且在设计过程之中还可以联合CAE机械系统等进行设计。另外，CAD软件还可以优化现代机械零件、分析零件寿命、强度等，并且解决机械零件在设计过程中的问题，例如结构是否合理、材料强度是否能够满足要求等。

四、CAD技术在机械设计中存在的不足主要有以下几点:

4.1用CAD技术取代图板绘图工具,并非真正意义上的设计。当前,部分单位借助CAD软件所获取的三维模型只是效果图,缺乏整体性空间设计以及相应的受力分析。

4.2CAD技术人才储备不足。CAD系统十分复杂且多变,要想熟练掌握CAD技术并非易事,当前,绝大多数的设计人员没有接受这方面的系统化的专业训练和培训,对CAD技术的功能掌握程度有限,这也就决定了利用CAD技术所完成的机械零部件设计作品存在一定不足

五、CAD技术的发展前景

CAD软件是机械产品创新设计的基本工具，机械设计师运用CAD软件技术在机械产品设计中更加得心应手，可以利用动态导航器、"拖放式"造型以及智能化的图标菜单等等一系列的较为人性化的功能进行更加快捷地设计。与此同时，一些新的技术诸如特征手势建模、语言识别以及笔输入法草图识别等都开始了研究。相信在不久的将来这些技术能广泛运用于机械产品的设计中。随着CAD/CAM系统在机械设计中应用的逐步深入，智能化CAD系统开始运用于机械设计中，智能CAD/CAM系统是技术发展的必然趋势。智能设计在充分使用信息化和知识化的基础上建立设计仓库，能够及时为机械产品设计师提供具有人性化、智能化的知识，进行自动检测，帮助设计人员进行合理设计以及提出相应的解决方案等等。当今以创新为时代主题，在机械设计中正试图将人工智能技术和创新技法结合运用于CAD技术中，使得产品设计更加具有新意。

六、结语

CAD软件是一个以二维绘图软件为主的机械基础性软件，这款软件除了增加了传统机械设计中涉及到的问题，同时还增加了很多共，能够在实体建模、计算零件强度、零件的寿命等方面均具有广泛的应用，可有效的保证零件的质量，缩短现代机械设计研发周期。因此，CAD技术在现代机械设计中有着不可忽视的作用，它能够解决传统机械设计不能解决的问题，将机械设计发展到一个新的高度，能够为我国机械化发展做出贡献。

参考文献

[1]蔡洪.论CAD技术在机械设计中的应用[J].科技资讯，2010（23）：94-95.

[2]孔庆华，韩媛.基于VG二次开发的活塞组CAD系统[J].森林工程.2007，23（1）：58-60.

[3]陈晓红.基于CAD在机械设计中应用的探索性研究[J].制造业自动化，2011（4）：125-128.

[4]张夕琴.CAD/CAE技术在机械设计中的应用[J].装备制造技术，2007，（12）：26-27.