機械設(shè)計CAD及機械制造技術(shù)的應用

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摘要：CAD技術(shù)是上個世紀80年代美國開發(fā)的繪圖程序軟件包，如今已經(jīng)發(fā)展為國際廣泛應用的繪圖工具，能夠?qū)崿F(xiàn)二維及三維圖形的高效繪制，繪圖效率更高、精度更高、個性化更強，在多個領(lǐng)域中都有著普遍應用。而CAD技術(shù)在機械設(shè)計與制造領(lǐng)域中的應用則有效解決了機械重復設(shè)計等問題，并提高了設(shè)計效率與效益，保障資源利用率等?；诖?，本文便圍繞cad在機械設(shè)計中的應用展開論述，重點分析了CAD技術(shù)應用于機械設(shè)計及機械制造技術(shù)的應用策略。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)；機械設(shè)計；機械制造技術(shù)

引言

在機械設(shè)計及機械制造技術(shù)方面，CAD技術(shù)的應用不僅能進一步改善機械設(shè)計效率，同時還能保障機械設(shè)計的質(zhì)量，推動機械制造企業(yè)實現(xiàn)設(shè)計制造的標準化智能化，加強企業(yè)的綜合水平，更好地應對外部競爭。在我國機械制造領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)型的時代背景下，單一的CAD平臺軟件也漸漸無法滿足企業(yè)越來越多樣的需求，所以CAD平臺軟件的多元化發(fā)展也成為了當下的迫切需求，只有全面掌握并應用CAD技術(shù)，靈活融合CAD技術(shù)，才能不斷提高我國機械設(shè)計與制造水平，并推動行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

1機械設(shè)計中CAD技術(shù)的應用優(yōu)勢

1.1縮短機械設(shè)計周期

三維CAD機械設(shè)計不但可以很好地改善復雜的幾何造型問題，同時還能通過簡易的集合實體和運算功能來構(gòu)建靈活的復雜性集合實體，可以自動生成相貫線及截交線，進一步降低設(shè)計工作的整體工作量，還能將機械設(shè)計的周期進行縮減，提高機械設(shè)計效率和機械生產(chǎn)效率。三維CAD軟件的應用在機械開發(fā)和設(shè)計方面僅需重新設(shè)計或制造部分零散部件，可以承襲多數(shù)部件的設(shè)計參數(shù)信息，從而大大提高機械設(shè)計的整體效率。除此之外，CAD軟件還具有完善的變形設(shè)計能力，可以快速重建并產(chǎn)生新的機械產(chǎn)品。

1.2便捷性的零件設(shè)計和修正

三維CAD軟件能夠在已裝配的條件下設(shè)計新的機械零件，利用原有裝配相鄰零件的位置信息和形狀信息等配置信息實現(xiàn)新零件的設(shè)計，并且新零件的適用性也能得到保障，新零件和舊零件的契合性也相對較高。通過這一方式設(shè)計新零件還可以規(guī)避獨立性機械設(shè)計可能面臨的誤差現(xiàn)象，避免裝配失敗等問題。如在裝配環(huán)境下實施零件設(shè)計時，可以進行實地考察，更為高效地獲取周邊零件的具體信息，基于此設(shè)計的零件可以很好地滿足周圍零件的需求，順利完成零件裝配。此外，三維CAD軟件還可以在零件修正方面發(fā)揮輔助作用，在零件修正時通過資源查找器尋找零件的設(shè)計步驟命令，結(jié)合這一命令了解零件的設(shè)計步驟及順序，通過查找器的有關(guān)指令完成零件修改，能夠直接點擊修改目標實現(xiàn)零件的修改。

1.3加強機械產(chǎn)品的技術(shù)含量及質(zhì)量水平

機械產(chǎn)品和信息技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效融合，并且CAD設(shè)計模式與CIMS組織生產(chǎn)使得機械產(chǎn)品的設(shè)計水準得到了進一步提高。三維CAD技術(shù)采取先進的設(shè)計理念，如優(yōu)化、有限元受力分析等，這也能夠進一步提高產(chǎn)品的綜合質(zhì)量。大型企業(yè)數(shù)控加工系統(tǒng)相對較為完善，在此基礎(chǔ)上應用CAD/CAM/CAPP等技術(shù)手段進行機械零件加工可以獲得較為顯著的收效，保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。三維機械設(shè)計不但能提高對象形狀大小等幾何信息的描述便利性，而且還可以賦予設(shè)計對象體積、慣性矩等信息參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計對象幾何形狀的數(shù)學描述以及運作狀況的物理模擬等，能夠更加全面且精確地表現(xiàn)出設(shè)計意圖[1]。

2CAD在機械設(shè)計中的應用及機械制造技術(shù)的應用

2.1CAD技術(shù)與機械制圖的結(jié)合，提高企業(yè)競爭實力

2.1.1CAD技術(shù)和機械繪圖原理的結(jié)合應用若想充分發(fā)揮CAD技術(shù)的應用優(yōu)勢，機械設(shè)計制造人員需要將手工繪圖知識和CAD技術(shù)的繪圖原理、繪圖流程等理論內(nèi)容實現(xiàn)有機融合，從而提高機械制圖的綜合水平。同時，機械設(shè)計制造人員還需要具備一定的空間想象能力與圖形分析能力，才能將機械制圖中的手工繪圖原理在CAD輔助設(shè)計中得以應用，充分發(fā)揮CAD技術(shù)的高效繪圖價值，繪制機械設(shè)計制造產(chǎn)品的三維模型，進一步加強機械產(chǎn)品生產(chǎn)的效率性與質(zhì)量?；诖?，將CAD技術(shù)和機械繪圖原理進行結(jié)合應用能夠為企業(yè)的產(chǎn)品制造構(gòu)建更具高水平化的機械制圖技術(shù)和機械制圖標準。

2.1.2CAD技術(shù)和機械繪圖的協(xié)調(diào)應用企業(yè)若想保障機械產(chǎn)品的設(shè)計制造質(zhì)量，關(guān)鍵便在于機械制造的制圖模塊，所以機械設(shè)計人員需要具備足夠的機械知識理論與機械設(shè)計專業(yè)知識，全面了解機械繪圖原理及CAD技術(shù)，實現(xiàn)機械產(chǎn)品設(shè)計制造繪圖的電子化，進一步提高機械設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量水平，將機械制圖和CAD技術(shù)兩種模式進行協(xié)調(diào)應用，需要嚴格根據(jù)圖紙設(shè)計的現(xiàn)有標準以及人工繪圖的機械設(shè)計模式實施設(shè)計規(guī)劃，并將CAD計算機技術(shù)進行統(tǒng)一結(jié)合，滿足機械制造企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計應用以及發(fā)展需求。

2.1.3機械設(shè)計制造的標準化制圖CAD技術(shù)是融合機械制圖的現(xiàn)代化繪圖技術(shù)，包含了有關(guān)的繪圖原理及繪圖技巧等，從而在整體上達到了機械設(shè)計制造制圖標準化的目標。機械制造企業(yè)的產(chǎn)品大多具有一定的獨特性特征，所以在結(jié)合應用過程中需要進一步協(xié)調(diào)并優(yōu)化模塊設(shè)計，確保整體效果與作用能夠在機械產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)中得以展現(xiàn)，使得機械制圖和CAD技術(shù)在內(nèi)容上實現(xiàn)更深一步的優(yōu)化。所以設(shè)計人員需要不斷提高自身的機械制圖設(shè)計專業(yè)水平，合理操作CAD技術(shù)軟件，利用CAD技術(shù)來提高機械制圖設(shè)計的可行性。機械制造企業(yè)需要結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)目標來為設(shè)計人員普及有關(guān)的制圖技巧和知識，并進行CAD軟件應用與更新的培訓活動，讓機械設(shè)計人員能夠按照自身的專業(yè)水平掌握CAD軟件的繪圖功能操作程序，也了解軟件繪圖的有關(guān)規(guī)律。機械制造企業(yè)還需要為設(shè)計人員創(chuàng)設(shè)和諧穩(wěn)定的工作設(shè)計環(huán)境，保證設(shè)計人員能夠在這一環(huán)境下提高自身的設(shè)計動力和三維空間想象力，不斷提高設(shè)計規(guī)劃的創(chuàng)新力，實現(xiàn)兩種模式的有效融合，提高產(chǎn)品設(shè)計及制造的創(chuàng)造力[2]。

2.2CAD技術(shù)在機械設(shè)計制造產(chǎn)品中的應用

2.2.1應用CAD技術(shù)進行產(chǎn)品建模CAD技術(shù)中的三維建模具有多種功能工具可以做到零件的實體建模，針對零件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格進行分析，并將其拆分為多個構(gòu)建體，再通過三維CAD技術(shù)將構(gòu)建體進行組建，運用布爾運算分析構(gòu)建體，繪制出產(chǎn)品零件的三維實體組建模型。面對一些較為復雜的零件，也可以通過三維CAD軟件的草圖繪制工具建立實體模型，需要先描出產(chǎn)品零件的截面圖，之后利用CAD軟件進行抽殼拉伸等操作，繪制零件的幾何圖形，之后按照產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)信息進行模型的調(diào)整，確保幾何圖形的外形和數(shù)據(jù)能夠與零件達成一致。如對于葉輪產(chǎn)品零件的設(shè)計便可以將原本的二維CAD繪圖導入到三維CAD軟件草圖中，之后通過變形拉伸等操作工具繪制出三維實體，能夠有效改善繪圖的效率與準確性，提高繪圖與產(chǎn)品的契合性。

2.2.2應用CAD進行產(chǎn)品修改根據(jù)產(chǎn)品系列劃分類別是機械制造生產(chǎn)過程中區(qū)別產(chǎn)品的重要方法，同時根據(jù)不同系列新開發(fā)產(chǎn)品和換代產(chǎn)品間的實際改變進行劃分，可能只是添加某一項性能部件或在外形規(guī)格上有所差異，都會對產(chǎn)品的參數(shù)帶來影響。應用CAD技術(shù)則可以實現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)的快速變更，實現(xiàn)產(chǎn)品的換代設(shè)計。CAD技術(shù)在產(chǎn)品建模期間通常會應用參數(shù)化建模的形式，通過參數(shù)來關(guān)聯(lián)產(chǎn)品建模過程中的各項步驟以及產(chǎn)品外形規(guī)格、結(jié)構(gòu)特征等，若對產(chǎn)品設(shè)計中的尺寸或結(jié)構(gòu)進行部分變更，通常修改產(chǎn)品設(shè)計建模中的有關(guān)參數(shù)即可實現(xiàn)產(chǎn)品的更新。通過CAD來實現(xiàn)產(chǎn)品修改不僅能快速實現(xiàn)精確化的變更，而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其他部分并不需要重新設(shè)計，有效降低了設(shè)計工作量，并提高設(shè)計效率[3]。

2.2.3應用CAD軟件生成實體零件圖及裝配圖在零件裝配方面，根據(jù)產(chǎn)品裝配技術(shù)流程，應用CAD技術(shù)實現(xiàn)零件的裝配模擬，或應用CAD技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品裝配路徑的存儲、查找，在CAD軟件中保存記錄，在后續(xù)機械運作期間若發(fā)現(xiàn)模擬裝配中有存在異常的零件，那么可以在軟件中針對裝配模擬過程來查找零件裝配流程，其他零件不需要進行拆卸便可以快速找到零件異常的成因和發(fā)生位置。在找到故障源后，也可以應用CAD技術(shù)對有關(guān)零件進行修改，提高設(shè)計精確性，更加直觀地實現(xiàn)零件裝配，使得零件圖和裝配圖的制圖效率大大提高。

2.3CAD技術(shù)在實體生成中的應用

對于機械產(chǎn)品設(shè)計與制造來說，CAD技術(shù)的應用也能夠在實體生成中發(fā)揮巨大優(yōu)勢，CAD技術(shù)應用于實體生成中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在實體建模中，針對目前機械產(chǎn)品的實體建模來說，能夠選擇的模型類型較為靈活，而應用較為廣泛的主要有立方體和球形兩種。在機械零件三維實體模型構(gòu)建期間，CAD技術(shù)的應用只需要明確零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征即可，可以實現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)的劃分，使零件形成多種結(jié)構(gòu)體，在這一條件下對基本模型進行三維實體構(gòu)造，之后應用立體學和有關(guān)的布爾運算進行模型拼接，形成零部件的整體構(gòu)造。在機械零件的設(shè)計與生成方面，一般不會沿用單一的模型結(jié)構(gòu)類型，而是通過集中模型結(jié)構(gòu)進行結(jié)合，實現(xiàn)模型的結(jié)合應用，保證零件模型的生成質(zhì)量[4]。

3結(jié)束語

隨著我國機械制造領(lǐng)域的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)也在不斷進步與更新，在機械設(shè)計與制造中CAD技術(shù)的應用也越來越廣泛，這不僅促進了機械設(shè)計水平的進步，同時也加強了機械制造企業(yè)的競爭能力。但CAD技術(shù)的研發(fā)與應用與發(fā)達國家仍然具有一定差距，因此還要進一步提高CAD技術(shù)的研究深度，為機械設(shè)計和制造中的應用提供更有利的條件，促進機械制造領(lǐng)域的長遠發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙元.淺析CAD在機械設(shè)計中的應用及機械制造技術(shù)的新發(fā)展[J].中外企業(yè)家，2018（21）：124.

[2]王治海.CAD在機械設(shè)計中的應用及機械制造技術(shù)的新發(fā)展探討[J].四川水泥，2016（12）：109.

[3]張麗.機械設(shè)計制造中的CAD技術(shù)應用分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（03）：35.

[4]陳格.論CAD在機械設(shè)計中的應用及機械制造技術(shù)的應用實踐[J].建材與裝飾，2015（45）：245-246.

作者：岳曉博 單位：鄭州工商學院