三維CAD軟件在機械設計與制造中的應用分析

趙立勛

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

三維CAD軟件在機械設計與制造中的應用分析

趙立勛

(中國原子能科學研究院，北京 102413)

隨著CAD技術的不斷發(fā)展，三維CAD軟件在機械設計與制造中的作用越來越重要。其優(yōu)點就在于簡單、儲存方便和快捷等。本文從三維CAD技術概述出發(fā)，介紹了三維CAD軟件在機械設計與制造中的優(yōu)勢，并對其實際應用進行總結。

三維CAD軟件；機械設計與制造；應用

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，實現(xiàn)了在各行各業(yè)中的應用普及，并在三維軟件設計中發(fā)揮了重要作用，在機械設計與制造中，如果采用傳統(tǒng)設計和制造方式，容易浪費很多資源和時間。在機械設計和制造的創(chuàng)新發(fā)展中，人們通過利用三維CAD軟件，改善了傳統(tǒng)設計和制造方法的不足，有效提升了機械生產(chǎn)力。

1 三維CAD技術概述

三維CAD技術是三維CAD軟件的核心，以三維模型為基礎，經(jīng)過多個發(fā)展階段而逐漸發(fā)展成型，如果在三維模型的建立中能夠達到清晰流暢，那么對二維模型建造來說，就變得非常簡單了。在機械設計與制造領域中，三維CAD技術也被人們稱之為建模技術，其主要技術內(nèi)容包括：三維造型設計、圖像檔案管理、仿真圖像設計、三維模型轉換為二維模型等。在實際工作工作過程中，想要保證三維CAD技術有效實施，就必須保證幾何圖形的形狀和性能達到一定要求。目前，在機械設計與制造過程中運用三維CAD技術，主要是進行圖紙繪制和對產(chǎn)品虛擬和仿真設計，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此，對于機械設計與制造領域來說，牢牢掌握三維CAD技術是所有工作人員必須具備的一種能力。

2 三維CAD技術在機械設計與制造中的應用優(yōu)勢

在機械設計與制造過程中，在工作之初都會對作品有一個最初遐想，然而因為技術手段有限，工作人員很難在圖紙上將其整體呈現(xiàn)出來，對于技術比較先進的工程來說，可能會繪制出二維模型。但隨著三維CAD技術的不斷發(fā)展，并在CAD軟件輔助作用下，讓三維立體技術成為現(xiàn)實。通過該技術的應用，可以讓工作人員對作品的遐想變成現(xiàn)實，更有利于設計者進行直觀的檢查工作。另外，在機械設計與制造過程中，還可以通過三維CAD技術實現(xiàn)模擬裝配和模擬運轉，可以讓作品的功能在設計之前就能得到很好展現(xiàn)。

3 在機械設計與制造中三維CAD技術的具體應用

3.1 在設計方案形成過程中的應用

在機械設計與制造工作開始之前，首先需要確定好設計與制造過程需要哪些零部件，隨后對這些零部件進行加工和重組，按照設計和制造要求對所有零部件進行排列組合，確定最終設計階段的設計方案。在方案設計過程中，需要利用三維CAD技術中的編輯功能，把系統(tǒng)中原本獨立的一些零部件進行重組，來充分滿足設計者的設計要求。在排列過程中，如果遇到結構較為復雜的零部件，可以根據(jù)零部件自身結構，運用三維CAD技術將其拆分或者旋轉，使其變成符合設計意圖的新部件，確保三維設計與制造方案順利形成。與此同時，在運用三維CAD技術中，不能忽略三維CAD軟件中的其它功能，比如說平面設計、數(shù)據(jù)分析等，通過這些功能的使用，可以實現(xiàn)對應用數(shù)據(jù)的管理和使用，確保設計方案按時完成。

3.2 在建模過程中的應用

在三維CAD技術運用過程中，可以將機械設計方案通過三維立體圖像直觀顯示出來，便于工作人員對產(chǎn)品進行深刻了解，也能將方案中存在的不足有效顯示出來，并配合工作人員對合計方案進行改正，所以說，三維CAD技術在機械設計與制造過程中的建模工作中得到重要應用。而在建模工作中，主要有以下幾種應用模式：表面模型、實體模型以及線框模型。在CAD本身軟件中，就帶有一部分基本圖形，比如說圓形、球形以及圓柱體等等。CAD軟件在工作過程中首先對零件進行外形分析，隨后再根據(jù)外形不同，將零件分成幾個不同的基本體，再通過三維CAD技術來進行建模工作。上述建模方式是針對結構簡單的零部件建模方式，如果遇到復雜結構的零部件時，三維CAD技術也會根據(jù)設計人員的意圖進行布爾運算，從而實現(xiàn)零部件的合理分布和排序，并在最終得到三維模型，保證建模工作順利開展。在所有實體建模工作全部完成之后，根據(jù)分析其中運行資料，CAD軟體就會發(fā)揮出三維編輯功能，并根據(jù)系統(tǒng)中的零件位置和具體坐標，繪制出實體裝配圖，以保證裝配工作能夠順利開展。

除此之外，三維CAD技術在對零部件質(zhì)量檢查過程中也能發(fā)揮重要作用。在CAD軟件中，一般都會配有資源查找器，相關工作人員可以根據(jù)這種功能，對零部件進行動態(tài)回放，將零部件整體造型和制作過程全部演示出來，及時發(fā)現(xiàn)設計和制造過程中存在的問題，并做好預防和改正措施。另外，在機械設計與制造過程中，有些設計必須在保證原裝情況下，才能完成設計工作，這對于傳統(tǒng)設計制造方式來說，是一個巨大考驗。但是通過三維CAD技術的使用，能夠將左右相鄰零部件很好結合在一起，實現(xiàn)了在這種復雜裝配條件進行相關工作操作，將裝配成功率大幅度提升。

3.3 在C A E軟件中的應用

在機械工程設計過程中，很多情況下都會應用到計算機輔助工程，CAE軟件就是其輔助工程中的一種，具有優(yōu)化產(chǎn)品設計、縮短設計和分析周期等功能。對于機械設計與制造來說，此軟件就是針對優(yōu)化結構設計來提升整體制作效率，并在數(shù)據(jù)經(jīng)過對比和分析之后，制定出最合理的設計方案。對于CAE軟件來說，三維CAD的應用體現(xiàn)在模型建立之后，以模型為基礎進行分析，當然，CAE軟件會通過三維CAD技術得到零部件的具體尺寸和造型，從而得到零部件的實際設計和制造尺寸。這樣，可以有效提升機械設計與制造效率，同時降低了關鍵零部件的損耗情況，對機械設備的使用期延長起到很好推動作用。

4 三維CAD技術未來發(fā)展趨勢

隨著科技水平的不斷進步，三維CAD建模技術經(jīng)歷了從線框建模到實體曲面建模，再到特征建模的發(fā)展過程，又逐漸向直接建模、實體建模等多種建模技術發(fā)展。越來越多的三維CAD系統(tǒng)擁有了自己的集成化數(shù)據(jù)管理以及機電協(xié)同一體化功能，最終形成了新的三維CAD發(fā)展趨勢。

4.1 三維CAD技術將會更加規(guī)范

三維CAD技術規(guī)范化發(fā)展是未來機械設計與制造行業(yè)不可缺少的發(fā)展動力，而且更加接近與機械行業(yè)未來發(fā)展規(guī)律。單純從CAD技術發(fā)展角度考慮，如果技術發(fā)展過于單純，在實際工作中并不能起到太多促進效果，尤其是在與機械設計與制造相結合過程中，需要注重與現(xiàn)實機械制造相結合，來突出自己的作用。在機械設計中，三維CAD技術的規(guī)范化發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：數(shù)據(jù)模型標準化、交換格式規(guī)范化以及計算機輔助資源規(guī)范化。在實際三維CAD技術運用過程中，應該根據(jù)總結機械設計與制造中的特點，著重開發(fā)STEP體系，在這種體系中包含了很多解機械工程數(shù)據(jù)和幾何模型建設思想，已經(jīng)成為了三維CAD軟件開發(fā)中主要指導系統(tǒng)，如果將CAD技術和STEP體系充分集合在一起，能夠有效解決機械設計與制造過程中的參數(shù)化模型建立和傳輸問題。

4.2 三維CAD技術將會更加集成

通過在機械設計與制造領域中的應用總結，三維CAD技術在應用過程中并不是一種孤立技術，但在實際設計制造過程中，這種孤立情況存在被無限放大的可能。在三維CAD技術設計過程中，不僅集成了計算機、外圍設備、數(shù)據(jù)庫等多個領域技術，同時還實現(xiàn)了計算機輔助制造、管理信息系統(tǒng)、制造資源管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。隨著網(wǎng)絡科技的不斷發(fā)展，越來越多技術集成在三維CAD技術中，讓CAD軟件功能更加完善，對機械領域生產(chǎn)力提升有較大促進作用。

4.3 三維CAD技術將更加智能

三維CAD技術的形成，主要是人們將實踐經(jīng)驗進行整合，通過計算機網(wǎng)絡編程技術，從而實現(xiàn)智能化應用。在上述過程中，由于計算機具有較強識別和判斷信息能力，從而對三維CAD的建模工作起到重要推動作用，尤其加深了在機械設計與制造領域的應用。隨著科技的迅速發(fā)展，三維CAD技術通過軟件的輔助，并不是只能進行建模和畫圖工作，在機械設計和與制造領域中的參數(shù)設計和零部件造型中也會逐漸使用三維CAD技術。而且在未來，三維CAD軟件能夠在最大程度上收集工程中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)在模型中全部體現(xiàn)出來，從而讓工作人員在使用CAD軟件時操作更加便捷，工作效率也得到了有效提升。

5 結語

綜上所述，三維CAD技術由于自身性和安全性等優(yōu)勢，被廣泛能應用與機械設計與制造中，對產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)力的提升具有較高促進作用，隨著科學技術的不斷發(fā)展，三維CAD技術還會在機械領域中得到更廣泛應用，其自身作用也會得到明顯提升。因此，對于機械設計行業(yè)來說要做到對三維CAD技術的積極引入，保證自身發(fā)展。

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

[2]謝曉麗．CAD軟件在機械磨具包裝設計中的應用效果分析[J]．中國包裝工業(yè),2015,(11):39+42．

[3]劉麗霞．機械設計制造中的CAD技術應用分析[J]．企業(yè)技術開發(fā),2014,(08):93+95．

TP391.72

A

1671-0711（2017）10（上）-0147-02