機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

孟莎莎

摘要：三維CAD技術(shù)，即基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的一種更深層次新興技術(shù)，在制造技術(shù)中極具先進(jìn)性這一大特點(diǎn)，該技術(shù)的不斷發(fā)展為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，展現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)及不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；三維 CAD 技術(shù)；優(yōu)勢(shì)

下面介紹一些與三維CAD技術(shù)相關(guān)的概念。

一、三維CAD技術(shù)

三維CAD技術(shù)，主要是由核心的軟件系統(tǒng)與物質(zhì)基礎(chǔ)的硬件系統(tǒng)兩個(gè)重要部分構(gòu)成，在制造技術(shù)中極具先進(jìn)性。與此同時(shí)，三維CAD技術(shù)具有直觀性、安全性的特點(diǎn)。從當(dāng)前的發(fā)展情況來(lái)看，三維CAD技術(shù)發(fā)展勢(shì)態(tài)非常良好，較高水準(zhǔn)的硬件條件可確保設(shè)計(jì)過(guò)程中的零差錯(cuò)，而在軟件方面也能夠滿足及適應(yīng)現(xiàn)階段的發(fā)展需求。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

由于三維CAD技術(shù)具有直觀性、安全性的特點(diǎn)，該技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛，表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。

（一）方便直觀的進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)

在三維CAD技術(shù)的輔助下，該技術(shù)的直觀性特點(diǎn)方便了設(shè)計(jì)者進(jìn)行機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，可確保設(shè)計(jì)過(guò)程基本上不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。首先在裝配機(jī)械零件的過(guò)程中，利用資源查找器可清晰、直觀的顯示出各零件之間的裝配關(guān)系，進(jìn)而提高了零件裝配的速度與精確度。同時(shí)，在機(jī)械產(chǎn)品裝配完成后，還可利用三維CAD技術(shù)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)仿真，以幫助設(shè)計(jì)者精準(zhǔn)檢驗(yàn)零件裝配是否達(dá)標(biāo)。再有，在修改機(jī)械零件的過(guò)程中，由于在裝配過(guò)程中資源查找器已經(jīng)記錄了零件裝配的全過(guò)程，并在計(jì)算機(jī)上列出了零件制成的所有指令，所以當(dāng)設(shè)計(jì)者需要修改零件時(shí)，只需在相對(duì)應(yīng)的指令上操作即可，方便而快捷。

（二）設(shè)計(jì)周期縮短且保證質(zhì)量

計(jì)算機(jī)三維CAD系統(tǒng)中具有較強(qiáng)且多樣的功能性，能夠滿足設(shè)計(jì)者多方面的設(shè)計(jì)需求。在三維CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可根據(jù)相鄰零件的形狀與位置，來(lái)設(shè)計(jì)新的機(jī)械零件，且大部分的零件可以保留樣本。因而，當(dāng)設(shè)計(jì)者進(jìn)行新機(jī)械設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，可直接使用之前的基礎(chǔ)零件樣本，然后重新設(shè)計(jì)與制作一些關(guān)鍵的零部件，提高機(jī)械零件設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，三維CAD系統(tǒng)擁有高度變型的設(shè)計(jì)功能，利用快速重構(gòu)原理與方式來(lái)進(jìn)行新機(jī)械的設(shè)計(jì)，從而能夠在極短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出一個(gè)全新的機(jī)械產(chǎn)品。

此外，三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合信息技術(shù)、CIMS對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，這不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)周期的縮短，而且還保證了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。

（三）數(shù)據(jù)安全性的保障

三維CAD技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)計(jì)算機(jī)作業(yè)的平臺(tái)，機(jī)械設(shè)計(jì)的全過(guò)程都在計(jì)算機(jī)上操作，設(shè)計(jì)的所有圖樣、數(shù)據(jù)、資料全部保存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，從而避免了傳統(tǒng)圖紙作業(yè)過(guò)程中，相關(guān)資料的丟失及設(shè)計(jì)過(guò)程中資料使用時(shí)的不方便。同時(shí)，設(shè)計(jì)者還可以加密保存與維護(hù)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計(jì)資料，以防止病毒或外人的惡意侵害。在三維CAD技術(shù)的支持下，利于保障現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)安全性，以減少不必要的損失。

三、CAD技術(shù)的特點(diǎn)與作用

CAD是綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)方法發(fā)展而成的一門新興學(xué)科。它與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展和完善，以及工程設(shè)計(jì)方法的革新緊密相關(guān)。

采用三維CAD技術(shù)，縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期近1/3，大幅度地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需對(duì)其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息，使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3一5倍。同時(shí)，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力，能夠通過(guò)快速重構(gòu)，得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。

CAD技術(shù)作用如下：

第一，更好地渲染了效果

利用三維模型的著色和渲染功能，可以得到設(shè)計(jì)方案的三維效果圖，這使得設(shè)計(jì)人員和決策人員在產(chǎn)品投產(chǎn)和工程項(xiàng)目投標(biāo)之前就能全面準(zhǔn)確地了解其外觀，有助于設(shè)計(jì)的決策，縮短審批的周期，加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)擴(kuò)展設(shè)計(jì)者的知識(shí)范圍，增強(qiáng)設(shè)計(jì)者的記憶能力，主要是對(duì)人的觀察力、表達(dá)力和記憶力的模擬。

第二，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造的一體化

盡管（CAD不具備（其他的功能，但它可以通過(guò)輸出1）XF等標(biāo)準(zhǔn)文件，為其他專業(yè)的其他軟件所共享。三維設(shè)計(jì)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出平面設(shè)計(jì)的繪圖功能，為工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大變革，把設(shè)計(jì)推上了前所未有的高度。

第三，資料保管方便

CAD軟件制作的圖形、圖象文件可以直接存儲(chǔ)在軟盤、硬盤上，資料的保管、調(diào)用極為方便。你可以將設(shè)計(jì)文件刻錄成光盤，數(shù)據(jù)至少可以保存50年。還可以將以前的圖紙通過(guò)掃描儀、數(shù)字化儀輸入電腦，避免資料因受潮、蟲蛀及破壞性查閱造成的不必要損失。

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

（一）零件與裝配圖的實(shí)體生成

零件的實(shí)體建模。（CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型）。在許多具有實(shí)體建模功能的（CAD軟件中，都有一些基本體系）.的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體等等。對(duì)簡(jiǎn)單的零件，可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。

實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后，利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程中的資料，在運(yùn)動(dòng)的某一位置，按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”，這一過(guò)程可用（姚D軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。

（二）零部件設(shè)計(jì)檢查

使用三維CAD系統(tǒng)，可以在裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來(lái)設(shè)計(jì)新零件，既方便又快捷。還可以保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的全過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫連續(xù)的演示出來(lái)，使人一目了然。

四、總結(jié)

機(jī)械工程作為較早應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的領(lǐng)域之一。到如今，計(jì)算機(jī)三維CAD技術(shù)己經(jīng)逐漸步入成熟階段，設(shè)計(jì)人員可以利用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行元件內(nèi)外空間三維效果的預(yù)覽，以及三維演示動(dòng)畫及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)等更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈麗.試論機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用[J].科技展望，2016，25（12）：156.

[2]龍冬，徐強(qiáng)，王彪等.機(jī)械設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用[J].中外企家，2014（24）：87-87.

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