三维CAD技术在机械设计中的应用探究

三维CAD技术在机械设计中的应用探究

张晓辉,陈文敏

秦皇岛市泰德管业科技有限公司，河北 秦皇岛 066004

摘要：随着科学技术的进步与发展，机械设备也朝着智能化的方向发展，三维CAD技术在设计领域的应用也是时代发展的必然要求和趋势，因此设计人员应该加强学习，提升自己的设计能力，最大程度地发挥三维CAD技术价值，设计出更加完善的工业产品。本文阐述了三维CAD技术的基本情况，并论述了三维CAD技术在机械设计领域的应用。

关键词：三维CAD技术；机械设计；应用

一、三维CAD技术的概念与特点分析

三维CAD技术的发展已经具备较为完善的技术条件和体系。三维CAD技术也被称为是建模技术，它是以三维模型作为基础，在长期不断的发展与完善基础上，逐渐形成现有的三维CAD技术体系。通常，三维CAD技术的主要内容包含仿真以及图样档案管理、三维造型与三维设计、三维与二维的转换、机构运行分析等，而一个相对完善的三维CAD技术体系，其在几何图形及性能层面均有着较高的要求，并且只有在较高的要求与完善的技术体系支持下，才能够对三维CAD技术在实际应用钟的各项需求满足进行支持，确保三维CAD技术在实际应用钟的结构设计达到最优化的状态。三维CAD技术在具体实践中进行应用，不仅能够促进设计者的创造力与想象力得到充分发挥，能够使设计者的思维模式与整个设计环境进行有效融合，在虚拟性设计与仿真性设计的有效结合下，促进设计效果的最优化实现，对机械设计产品绘制钟存在的问题进行有效解决，从而不断提高机械设计的产品绘制质量和效果。

例如，特征建模，突破了传统线条和线框设计，设计人员可知直接利用倒角、孔、凸台等特征表达零件几何结构，使其更符合设计意图。三维CAD技术还具备虚拟装配和运动仿真功能，通过虚拟装配将不同装配关系的三维实体零件装配，再利用静干涉检查技术检查设计合理性，无需制作样机进行检验。针对有行动要求的设计，可以运动仿真技术进行检验，确保运动形成达到设计要求。

二、机械设计中三维CAD技术的应用

1在设计方案建模中的应用

三维CAD技术表达的直观性更强，可实现设计效果的立体化展示。方案建模包括三维CAD技术共有框架法、表面法及立体法三种建模方式。具体应用环节，应结合设计方案的差异性选择与之相匹配的建模方法，如设计正方形等形状规划且不复杂的图形时，可利用表面法直接进行绘制；若是绘制图形结构复杂，则需要在应用布尔运算方法的基础上，通过重新组合排列图形，基于精密的计算完成图形的绘制，实现立体化建模，确保方案建模任务的高质量完成。

2在机械CAE软件中的应用

应用机械CAE软件的目的是进一步优化产品结构，详细分析与比对设计图中的各项参数信息，对设计方案中的不合理之处进行优化，从而得出更加科学、可行的产品设计方案。为了实现三维CAD技术与机械CAE软件的有机融合，应在方案建模完成后发挥三维CAD强大的分析功能，针对软件中各项设计参数进行分析，为设计方案执行的顺畅性提供保障。CAE系统能够预估机械产品寿命，分析工程数据，具备结构优化设计等多项功能，可解决机械产品的造型问题。利用CAE系统可优化机械产品材料、刚度、寿命等，增强机械产品结构的合理性。

3在农业机械设计中的应用

三维CAD技术在农业机械设计中发挥着重要作用。设计农用收割机时，应从轴流钉齿脱粒分离设备的设计入手，利用Motionworks系统展开设计，在Camworks数控加工模块基础上处理三维系统，通过三维CAD技术的应用，进行设备设计环节的合理分配，逐步完成机械设备方案设计。通过简化设计难度，提升农业机械设计效率。

4在检验机械零部件设计中的应用

机械设备零件组装或检查过程中，可应用三维CAD技术，发挥其数据播放功能，逐一播放各个机械零件的组装过程，优化设计机械零件。在此过程中，可依托三维CAD技术的数据查找功能，找出与机械设备要求不相符的零件，做出合理调整，增强零件间的协调性，避免因零件契合度不高而影响机械设备的正常运行。可应用三维CAD技术展开机械零件检查，对机械设备质量进行排查，提升设计检验效率。

5在机械设计方案形成中的应用

三维CAD技术具备数据采编功能，在设计环节，可对设计方案进行拆分与组合，形成全新的设计方案。针对复杂的零件，设计方案形成时，需要应用三维CAD技术中的旋转功能进行结构调整，提升方案形成的合理性，提高设计质效。机械设计中，可利用CAD或CAM软件开发系统，通过平面设计、数据分析、曲面造型、立体构筑4种方式生成设计方案，在保障机械设计方案科学生成的基础上，确保设计方案的有效执行。

6在模具CAD集成制造中的应用

机械生产向着科技化与智能化的方向发展，在机械设计领域，CAD/CAM/CAE等设计制图方式成为主导。在机械模具加工制造中，模具CAD/CAM激光快速成型技术得到了广泛应用。在新型软件体系中融合三维CAD技术的仿真、曲面造型、三维绘图及数控加工等多种功能，可在系统支持下，利用工程数据及丰富的资料，进一步优化机械产品性能，提升机械产品制造质量。

7在机械生产噪声控制中的应用

机械设备运行会产生噪音，特别是建筑施工机械产生的噪音分贝极高，会影响周边居民的正常生活。数据表明，机械及液压泵生产作业产生的噪音高于90分贝，而锚杆机在特定作业环境下产生的噪音甚至高达100分贝。为避免噪音过高损害人体健康，设计制机械产品时，可利用三维CAD技术，依据空气动力学原理，优化设计，降低机械设备噪音。设计过程中，应注重保持机械产品的动平衡，降低机械设备的震动幅度，减少机械设备运行中的噪声污染。

三、机械设计中三维CAD技术发展方向

1智能化发展

现如今的机械设计，人工参与成分较多，各种人工问题频繁出现，人们智能化需求不断加强。在未来发展中，人工智能将与三维CAD技术相互融合，形成机械智能化设计领域。在这其中，倘若要对机械机构进行测量，测量结果可直接智能传输并分配至对应数据模块中，大幅降低人工成本，也能因此降低人工作业产生的各种失误。

2规范化发展

三维CAD技术将不断增设各种新的功能，如几何数据建模、工程数据建模等。使用该技术完成机械设计时，不仅仅要实现产品功能，更要依据实际使用情况进行个性化设计，使得设计方案更具标准型和规范性。人们需要使用统一化的数据，将思维中各种三维模型转化为实物，并不断优化调整，最终设计出接近理想化的设计方案。其中，精确规范的设计数据、设计参考图发挥着巨大价值，在机械设计中按照规范标准进行设计，将进一步提升建模精确度，避免后期修改调整工作量，提升机械设计水平。还要加强对STEP体系的关注，将其与三维CAD技术交叉融合，切实解决参数化设计模型传输过程中存在的各种问题。

3集成化发展

三维CAD技术在应用过程中，倘若缺少其他基础的配合应用，将难以达成高效、高质量工作要求。因此，在未来发展中，需要注重相关技术的开发应用，弥补三维CAD技术短板，通过集成化的设计生产，构筑科学完整的机械设计框架，为设计工作完成提供有效技术保障。例如，在原有网络基础上合理应用CAD/CAM集成化系统，解决异构系统平台中的XML或XML-3D等问题，为集成化和协同化发展建立良好环境。

结语

在机械设计中使用三维CAD技术可以进一步缩短在机械设计中的工作时间，提升工作的效率和设计出产品的质量，还可以得到更加直观立体的三维机械产品的模型，尽可能满足在实际应用过程中的各项要求。设计出的机械产品更加的直观，而在相关机械产品的生产更加的准确化和标准化，减少了工作量，同时可以将设计结果直观的输出，提高了机械设计过程中的质量水平。

参考文献：

[1]朱万鹤。三维CAD技术在机械设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2020（6）：230-231.

[2]郑美英。机械设计中三维CAD技术的应用研究[J].中国金属通报，2020（11）：231-232.