論CAD在機(jī)械設(shè)計中的運用

【摘 要】在機(jī)械設(shè)計中引入CAD技術(shù)，可以解決機(jī)機(jī)械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計多、信息資源利用率低的問題，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和利用前景，從而創(chuàng)造出高效、安全的產(chǎn)品。常規(guī)幾何模型通常難以勝任一些復(fù)雜曲面產(chǎn)品的計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造問題，為此，提出了應(yīng)用于計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造的基于點的幾何模型概念， 給出了基于點的幾何模型的定義及其計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造應(yīng)用流程， 研究了基于點的幾何模型的幾何特性、計算機(jī)輔助設(shè)計方法、計算機(jī)輔助制造方法及其計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)開發(fā)方法。

【關(guān)鍵詞】CAD技術(shù)；機(jī)械設(shè)計；基本功能；應(yīng)用領(lǐng)域；發(fā)展前景

一、基于點的幾何模型

與逆向工程的流程不同， 基于點的幾何模型的CAD/CAM應(yīng)用無需建立常規(guī)的CAD模型， 具體的應(yīng)用流程如圖1所示。（1）對測量產(chǎn)品實物方式，測量產(chǎn)品實物后得到表面數(shù)據(jù)點集；（2）對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 直接得到基于點的幾何模型；（3）對點模型實施系列CAD操作， 完成點型的設(shè)計修改， 得到新的點模型；（4）直接針對點模型進(jìn)行CAM操作， 生成數(shù)控加工程序， 進(jìn)而完成產(chǎn)品制造。

二、CAD的功能

CAD是一個可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過菜單選項和工具按鈕等多種方式實現(xiàn)。它的工具欄、菜單設(shè)計、對話框、圖形打開預(yù)覽、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預(yù)覽為用戶的繪圖帶來很大方便。

（1）平面繪圖功能。可以作用多種方式創(chuàng)建直線、圓、橢圓、多邊形、樣條曲線等基本圖形對象，完成對實體的繪制，并對關(guān)鍵點進(jìn)行編輯操作。

（2）繪圖輔助工具。CAD提供了正交、對象捕捉 極軸追蹤、捕捉追蹤等輔助繪圖工具正交功能是幫助用戶方便地繪制水平、垂直直線；對象捕捉是幫助用戶拾取幾何對象上的特殊點；極軸追蹤功能可以使所畫斜線及在不同角度上定位的點變得更加容易。

（3）編輯圖形。CAD具有強(qiáng)大的編輯功能，除基本的移動、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、修剪、縮放操作外，可以輕松地對圖形進(jìn)行陣列、拉伸、延長對象、倒角、倒圓角等操作，變幻出更多豐富的效果。

（4）標(biāo)注尺寸?？梢詣?chuàng)建多種類型尺寸，并對標(biāo)注的外觀自行設(shè)定。

（5）書寫文字。能方便地在圖形的任何位置、沿任何方向書寫文字，設(shè)定字體、傾斜角度及寬度縮放比例等屬性。

（6）圖層管理。圖形對象都位于某一圖層上，可設(shè)定圖層顏色、線型、線寬等特性。圖層的定義，是整個CAD軟件最為關(guān)鍵的設(shè)置，合理的使用圖層功能，既可以為繪圖工作打下良好的基礎(chǔ)，又可以大大提升繪圖的質(zhì)量。

（7）三維繪圖?？蓜?chuàng)建3D實體及表面模型，能對實體本身進(jìn)行編輯。CAD具有較強(qiáng)的三維功能，可以很方便的繪制軸測圖，并可進(jìn)行表面著色與陰影處理，使三維繪圖功能也更加完善。

三、計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性

機(jī)械設(shè)計是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)器生產(chǎn)的前提，同時也是決定機(jī)械性能的最主要因素，一部機(jī)器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計質(zhì)量，狹義的機(jī)械設(shè)計僅指技術(shù)性的設(shè)計過程，廣義的機(jī)械設(shè)計是指設(shè)計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強(qiáng)度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及潤滑方法、力和能量的傳遞方式等進(jìn)行分析、構(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機(jī)械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機(jī)器。

20世紀(jì)60 年代初，麻省理工學(xué)院的一名研究生發(fā)表了題為《人機(jī)對話圖形通信系統(tǒng)》的論文，首次提出了交互技術(shù)及計算機(jī)和圖形符號的存儲采用分層的思想，為CAD 技術(shù)的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業(yè)的領(lǐng)軍人物開始認(rèn)識到計算機(jī)輔助技術(shù)的重大作用，并投入重金研發(fā)。美國的IBM公司開發(fā)了以大型機(jī)為基礎(chǔ)的CAD 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編制等功能，之后有關(guān)計算機(jī)輔助設(shè)計的研制與開發(fā)接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設(shè)計的DAC-1系統(tǒng)，洛克希飛機(jī)公司研發(fā)的CADAM系統(tǒng)，適用于不同階段的飛機(jī)設(shè)計。

四、結(jié)論

計算機(jī)輔助技術(shù)能夠使設(shè)計人員對本身的設(shè)計思維中的三維建模直接設(shè)計，設(shè)計理念中存在數(shù)據(jù)集合參數(shù)與設(shè)計的思路，便能在三維建模中研究、分析如何整體設(shè)計機(jī)械的過程，讓設(shè)計數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一使用，爭取分析出更理想、完善的設(shè)計思想與方案。在使用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時，把已經(jīng)建立且完全統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，對整體的零部件和設(shè)計進(jìn)行各方面的探析，從長遠(yuǎn)方向來觀察，CAD技術(shù)在以后的發(fā)展道路中必定取代其他的繪圖軟件。隨著計算機(jī)技術(shù)不斷的提高，網(wǎng)絡(luò)信息的便利性、普及化及多媒體的使用情況，CAD技術(shù)已經(jīng)慢慢朝著標(biāo)準(zhǔn)、集成、開放、智能等多方面快速發(fā)展，如何正確對待CAD技術(shù)的發(fā)展，對目前技術(shù)領(lǐng)域CAD繪圖軟件的開發(fā)以及企業(yè)怎樣準(zhǔn)確的應(yīng)用規(guī)劃自身的CAD技術(shù)系統(tǒng)，具有思考的意義。

作者簡介：閆小磊，女，滿族，1982年12月生，籍貫：吉林省吉林市；2006年畢業(yè)于吉林師范大學(xué)計算機(jī)專業(yè) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士研究生。

參考文獻(xiàn)：

[1]發(fā)展前景展望[M].中國校外教育，2011（12）

[2]陳建良，童水光.應(yīng)用于CAD_CAM的基于點的幾何模型[M].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2006（12）