CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用研究

摘 要：隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為機(jī)械設(shè)計(jì)工作中必不可少的輔助工具。本文首先簡單概述了CAD技術(shù)，其次提出了幾點(diǎn)CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，最后分析了利用CAD進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)優(yōu)勢以及未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：CAD；機(jī)械設(shè)計(jì)；圖形；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.094

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)出了很多功能性極強(qiáng)的軟件。CAD是一款輔助設(shè)計(jì)軟件，其擁有強(qiáng)大的繪圖、建模功能，能清晰、形象的表達(dá)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意。這種趨勢下，機(jī)械設(shè)計(jì)工作也逐漸應(yīng)用起CAD軟件進(jìn)行輔助，并取得了顯著的效果。

1 CAD技術(shù)概述

CAD意為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)是采用計(jì)算機(jī)的圖形處理功能以及數(shù)值計(jì)算功能來幫助相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的。該項(xiàng)技術(shù)的功能隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，也越來越豐富了，并成功用于各種行業(yè)，如在建筑行業(yè)中，利用CAD進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)等工作。

CAD由最初的系統(tǒng)發(fā)展成如今的智能CAD系統(tǒng)，是信息時(shí)代革新的結(jié)果，也是設(shè)計(jì)行業(yè)的福音。初級CAD系統(tǒng)具有簡單的輔助設(shè)計(jì)功能，但在某些方面還是有所欠缺，滿足不了人們對CAD高性能的追求。而目前的智能CAD則是結(jié)合的了人工智能技術(shù)，能夠迅速響應(yīng)市場變化，動態(tài)掌握市場變化，有利于CAD技術(shù)向更廣闊的空間發(fā)展。智能CAD技術(shù)能夠解決特殊問題，滿足個(gè)性化發(fā)展要求，對設(shè)計(jì)行業(yè)來說更具有針對性。同時(shí)，隨著技術(shù)的向前推進(jìn)，三維CAD系統(tǒng)也逐漸走向市場。三維CAD系統(tǒng)是從人類的思維中出發(fā)，建設(shè)三維模型，能夠有效的實(shí)現(xiàn)全部集合參數(shù)和設(shè)計(jì)構(gòu)圖，通過三維模型進(jìn)行分析研究，最終建立完整而有效的數(shù)據(jù)庫。技術(shù)更深層次發(fā)展，三維CAD則會向著更加開放、集成、智能化以及規(guī)范化的方向完善，這對CAD軟件行業(yè)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求[1]。

2 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 實(shí)體建模

進(jìn)行實(shí)體建模是利用CAD進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用之一。設(shè)計(jì)師通過把CAD軟件提供的基礎(chǔ)形體進(jìn)行排列組合，組成出一些簡單的機(jī)械零件。如環(huán)狀體及立方體，通過運(yùn)算可以組合成常見的齒輪形狀。而這些簡單的形體交并差運(yùn)算應(yīng)用具有很大的局限性，一些稍微復(fù)雜的形體建模還需要運(yùn)用到其他運(yùn)算方式。如彎曲型的鋼管，無法把其分解成基礎(chǔ)圖形組合方式，或用基礎(chǔ)體建模相對困難。此時(shí)，可現(xiàn)在二維平面上繪畫出該形體的剖面圖，在按照特定的路線進(jìn)行拉伸或旋轉(zhuǎn)，便可得出復(fù)雜的形體[2]。

2.2 多維繪圖

機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要通過繪制工程圖來表現(xiàn)出自己的設(shè)計(jì)成果，所以二維繪圖也是CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的主要應(yīng)用功能之一?，F(xiàn)階段，CAD軟件開發(fā)已經(jīng)相對成熟，具有較高水準(zhǔn)的繪圖功能，對各類圖形都可以精準(zhǔn)繪制，并且能夠進(jìn)一步加工處理。如添加文字，改變圖形尺寸等，還可以把不同類別的圖形劃分到不同圖層中，通過隱藏、凍結(jié)圖層等操作來方便設(shè)計(jì)師制圖。目前，CAD軟件逐漸朝著自動化繪圖模式發(fā)展，設(shè)計(jì)師可通過龐大的圖形符號數(shù)據(jù)庫來自動生成圖像，并且利用參數(shù)化設(shè)計(jì)自動調(diào)節(jié)圖形大小、尺寸，為機(jī)械設(shè)計(jì)工作帶來了極大便捷。

2.3 其他方面的應(yīng)用

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中不僅可以進(jìn)行實(shí)體建模和多維繪圖，還有其他多個(gè)方面的應(yīng)用。具體有以下幾點(diǎn)：（1）對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行合理分析。一方面，CAD可對不同設(shè)計(jì)成果進(jìn)行比較，從而得出更優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。另一方面，可對模擬出接近真實(shí)的物理系統(tǒng)，從而對機(jī)械工程進(jìn)行其他方面的分析工作，如工程結(jié)構(gòu)是否合理、材料硬度剛度是否滿足實(shí)際需要等[3]。（2）生成設(shè)計(jì)參數(shù)和文檔說明。一些機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)無法通過數(shù)據(jù)或圖像直觀的變現(xiàn)出來，此時(shí)就需要借助其他軟件，生成出這些數(shù)據(jù)的表現(xiàn)圖像，如曲線圖等[4]。

3 運(yùn)用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和未來發(fā)展方向

運(yùn)用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)具體可分為以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）效率高。CAD軟件制圖不同于手工繪圖，一個(gè)簡單的機(jī)械零件可能幾步操作就可完成，提高了繪圖效率。并且，同種圖形可以進(jìn)行復(fù)制，通過放大、縮小等功能就可調(diào)節(jié)零件尺寸。（2）更精準(zhǔn)。手工繪圖模式下，難免會產(chǎn)生一定的誤差，而利用CAD制圖，可以把這種誤差控制在最小范圍。（3）功能更多。上文所述，CAD軟件還可以分析出機(jī)械工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否合理，選用材料是否適用，設(shè)計(jì)成果是否最優(yōu)化等?？傊?，CAD軟件為機(jī)械設(shè)計(jì)工作帶來了很大的便捷，同時(shí)，使機(jī)械設(shè)計(jì)不再那么抽象，便于設(shè)計(jì)師發(fā)散思維，開拓視野。

隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD軟件結(jié)合信息技術(shù)已成為必然趨勢。并且，在機(jī)械工程中，設(shè)計(jì)端和制造施工端的有效連接已成為提高企業(yè)生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)端輸出設(shè)計(jì)結(jié)果，制造施工端的數(shù)控機(jī)床接受設(shè)計(jì)結(jié)果，從而自動生成加工，使整個(gè)生產(chǎn)流水線實(shí)現(xiàn)全自動化。結(jié)合信息技術(shù)以后，機(jī)械設(shè)計(jì)必將打破傳統(tǒng)枷鎖，突破時(shí)間、空間的限制，使不同區(qū)域的設(shè)計(jì)師可以相互協(xié)作，共同參與設(shè)計(jì)。

4 總結(jié)

CAD軟件為機(jī)械設(shè)計(jì)工作帶來了極大的便捷，設(shè)計(jì)師可以通過CAD把各類創(chuàng)意表現(xiàn)出來。同時(shí)CAD軟件還具有諸多分析功能，設(shè)計(jì)師利用這些功能可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。近些年來，隨著CAD軟件的不斷發(fā)展，已然成為機(jī)械設(shè)計(jì)工作中必不可少的工具。

參考文獻(xiàn)：

[1]白晶.CAD 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題[J].價(jià)值工程，2010（30）.

[2]陳曉紅.基于CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的探索性研究[J].制造業(yè)自化，2011，33（04）：49-51.

[3]徐悅.三維CAD技術(shù)對機(jī)械設(shè)計(jì)的影響分析[J].價(jià)值工程，2014（19）：51-51，52.

[4]馬波.三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子測試，2016（06）：138，132.

作者簡介：錢廣竣（1991-），男，云南安寧人，本科，研究方向：先進(jìn)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)及加工技術(shù)、CAD/CAM集成及相關(guān)技術(shù)、數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械動力學(xué)。