CAD技術(shù)與機械制圖關(guān)鍵技術(shù)分析

孫元乾

江蘇省靖江中等專業(yè)學(xué)校 江蘇省泰州市 214500

1 引言

所謂的機械制圖就是指設(shè)計者和制造者之間進(jìn)行交流的一種媒介手段，設(shè)計者主要就是對機械的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和制造，制造者對其進(jìn)行精細(xì)的繪制。傳統(tǒng)的制圖方式主要就是手工制圖，這種制圖方式相對較慢，并且精度相對較差。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展壯大，已經(jīng)逐漸替代了這種傳統(tǒng)的制圖方式，取之而來的就是機械制圖的方式，這種制圖方式的效率較高，并且整體制圖的精準(zhǔn)度也更高，由此可見，機械制圖的使用是離不開CAD技術(shù)的輔助的。

2 CAD技術(shù)概述

2.1 CAD技術(shù)簡介

CAD技術(shù)也被稱為計算機輔助設(shè)計技術(shù)，通過利用計算機和一些相關(guān)的輔助功能來幫助設(shè)計人員開展設(shè)計工作，主要應(yīng)用在工程項目和產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)。CAD技術(shù)中有幾項關(guān)鍵的技術(shù)，能夠有效的提高設(shè)計的效率和準(zhǔn)確程度，分別為線框模型、用戶界面技術(shù)等。CAD技術(shù)目前是機械制圖工作中的核心技術(shù)，由二維平面技術(shù)延伸而來，能夠有效的輔助設(shè)計師來展現(xiàn)自身的設(shè)計理念，并且也能夠?qū)⒃O(shè)計成果完美的展現(xiàn)出來。

2.1.1 線框模型

線框模型技術(shù)主要是在二維平面技術(shù)的基礎(chǔ)上延伸出來的，通過在二維平面制圖的基礎(chǔ)上增加了一條表示深度的坐標(biāo)，能夠進(jìn)一步將二維平面中的直線和圓弧進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展后的線條能夠有效的表示設(shè)計目標(biāo)的邊界和輪廓。通常情況下，線框模型是由點、線、面共同組合而成的，其能夠用于制作任意模型的視圖，并且能夠保障各個視圖之間的準(zhǔn)確性和投影關(guān)系，為繪圖工作帶來的極大的便利。

2.1.2 實體造型

實體造型技術(shù)主要就是將建模和三維實體連接起來的技術(shù)。這種技術(shù)早在上世紀(jì)七十年代就開始應(yīng)用，并且到了八十年代，國內(nèi)外便已經(jīng)研發(fā)出了實體造型系統(tǒng)，效果都還是比較理想的。在CAD技術(shù)中，實體造型單元中將立方體、圓柱體等基本要素都已經(jīng)納入進(jìn)去了，可供設(shè)計人員進(jìn)行使用的素材種類較多，減輕了設(shè)計人員尋找素材的工作量。不僅如此，CAD技術(shù)中的實體造型技術(shù)為機械制圖工作創(chuàng)造出了一個虛擬的環(huán)境，在這中環(huán)境中，設(shè)計人員通過可編寫的宏命令和動態(tài)模型操作就能夠?qū)崿F(xiàn)界面的優(yōu)化。

2.2 工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)

工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)在我國的發(fā)展起點相對較晚，近幾年在科學(xué)技術(shù)的不斷推動幫助下，工程數(shù)據(jù)庫也取得了比較客觀的進(jìn)步。雖然我國目前的工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)還有一定的發(fā)展空間，但是也已經(jīng)能夠滿足機械制圖和設(shè)計人員的日常工作內(nèi)容了。

2.3 用戶界面技術(shù)

用戶界面技術(shù)是使用者直接接觸到的一個環(huán)節(jié)，目前這一技術(shù)的主要設(shè)計原則有以下幾點：首先是靈活性原則，要針對不同的受眾群體來打造相符合的使用方式，降低使用的難度，實現(xiàn)鍵鼠的共存。其次就是相似性原則，這一原則主要就體現(xiàn)在內(nèi)部程序上的相似性和同類其他應(yīng)用軟件的相似性。最后就是直觀性原則，這一原則是比較重要的，要求所有的應(yīng)用程序輸出的信息必須要清晰準(zhǔn)確，并且要能夠及時的為用戶提供執(zhí)行狀態(tài)，幫助用戶更好的去進(jìn)行操作，這樣也能夠進(jìn)一步提高其整體的效率。

3 CAD技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)

3.1 設(shè)計呈現(xiàn)更直觀

傳統(tǒng)的機械設(shè)計圖主要就是采用二維平面技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計人員將設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計目標(biāo)結(jié)合起來，然后做出相應(yīng)的設(shè)計效果，但是由于二維平面設(shè)計技術(shù)的局限性，導(dǎo)致很多功能和構(gòu)思根本無法實現(xiàn)，而CAD技術(shù)則有效改善這一問題。CAD技術(shù)將實現(xiàn)了三維構(gòu)想，在機械制圖過程中，能夠直觀呈現(xiàn)出零件之間的適配程度，有效的提高了零件數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。除此之外，在機械制圖結(jié)束后還能夠運用CAD技術(shù)進(jìn)行仿真檢驗，檢查零部件的設(shè)計是否存在不合理，若出現(xiàn)不合理之處便于設(shè)計者及時修改，保證零部件的設(shè)計達(dá)到使用和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 設(shè)計周期更短

近幾年來，CAD技術(shù)在機械制圖工作中廣泛的應(yīng)用，在這一技術(shù)的幫助下，極大的縮短了設(shè)計工作所需的周期，不僅如此，CAD技術(shù)還能夠有效的實現(xiàn)設(shè)計樣本的保存工作。另外，CAD技術(shù)能夠根據(jù)不同零件的形狀、構(gòu)造和性能來設(shè)計出新的零件，其操作難度相對較低，并且比傳統(tǒng)制圖模式的效率要高很多，能有效的縮短設(shè)計的周期。

3.3 數(shù)據(jù)安全有保障

CAD技術(shù)給機械制圖工作人員提供了一個優(yōu)質(zhì)的平臺，設(shè)計人員的眾多設(shè)計理念都可以在CAD技術(shù)上實現(xiàn)，并且其整體的設(shè)計思路和操作記錄都能夠保存下來，有效的避免了傳統(tǒng)設(shè)計工作中的樣本丟失、數(shù)據(jù)泄露問題。不僅如此，CAD技術(shù)中的保存功能為機械制圖過程提供了安全保障性，便于設(shè)計者在出現(xiàn)電腦操作失誤或者樣本丟失時能夠及時找回。另外，設(shè)計者通過CAD技術(shù)的加密功能能夠保障設(shè)計操作的私密性，防止設(shè)計被他人竊取，為設(shè)計者的數(shù)據(jù)提供安全保障。

3.4 CAD技術(shù)在機械制圖中更加方便快捷

傳統(tǒng)的手工制圖時，要求制圖人員必須要足夠的專注，一旦出現(xiàn)問題，必須要對圖紙進(jìn)行返工修改，整體的工作量和難度都是非常大的，嚴(yán)重的影響了制圖的效率。隨著CAD技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有效的提高了制圖效率，在CAD技術(shù)的幫助下，工作人員能夠高效的開展制圖工作，并且也能夠更加及時的發(fā)現(xiàn)制圖環(huán)節(jié)中的錯誤，并且修改起來也非常的簡便，最大程度上的節(jié)約了機械制圖所需的時間成本。

3.5 CAD技術(shù)擁有豐富的資源庫

在應(yīng)用CAD技術(shù)進(jìn)行制圖時，還可以適當(dāng)?shù)囊胴S富的資源庫，并且將一些常見的圖形部件結(jié)構(gòu)納入到資源庫中，這樣在以后的使用過程中，也能夠進(jìn)一步簡化制圖環(huán)節(jié)，只需要通過設(shè)計的實際需求來利用已經(jīng)保存過的圖形就能夠完成設(shè)計工作。這種模式極大的降低了制圖工作的難度，并且也能夠有效的節(jié)約人力成本，對于制圖工作的開展有很大的幫助。

3.6 制圖資源可以重復(fù)利用

在傳統(tǒng)的制圖模式下，一旦項目結(jié)束，前期設(shè)計的眾多文件和設(shè)計圖都失去了意義，是無法重復(fù)使用和繪制的，這就間接增加了其設(shè)計的成本。在CAD技術(shù)的幫助下，機械制圖所繪制的各種圖紙都可以建立起不同類型的數(shù)據(jù)庫，這樣就能夠讓其重復(fù)使用，在以后的設(shè)計工作中，如果遇到了同類型的機械制圖，可以參考這些設(shè)計圖紙來進(jìn)行設(shè)計，這樣就有效的提高了制圖和設(shè)計工作的效率，這些設(shè)計圖都是可以長期保存的，也是一個豐富的設(shè)計資源庫，能夠為后續(xù)的設(shè)計和生產(chǎn)工作提供更多的資源保障，促使設(shè)計工作高效的開展。

4 CAD技術(shù)在機械制圖中的技術(shù)應(yīng)用

4.1 在幾何畫法中的應(yīng)用

通常在機械制圖過程中，零部件的設(shè)計是需要展現(xiàn)出復(fù)雜的設(shè)計元素的，因此設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計時，必須要科學(xué)的進(jìn)行布局，結(jié)合光影效果和光學(xué)效果來合理的分布點線面。在利用CAD技術(shù)時，一定要將點線面的坐標(biāo)進(jìn)行定位，然后創(chuàng)建成不同的視口，以此來實現(xiàn)零部件的各個視覺效果。不均如此，在機械制圖過程中使用CAD技術(shù)可以通過CAD技術(shù)中的實體造型技術(shù)將設(shè)計目標(biāo)的三維立體模型進(jìn)行構(gòu)建，在通過利用著色面和著色來線選取三維立體模型中的線元素和面元素，然后將其放置在對應(yīng)位置，這樣能夠有效的分析其存在的特點。

4.2 在組合視圖中的應(yīng)用

機械制圖本身就是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在實際的制圖過程中，通過CAD技術(shù)的幫助，能夠?qū)⒍鄠€元素進(jìn)行組合，在確定了設(shè)計目標(biāo)后，能夠構(gòu)建出設(shè)計目標(biāo)的結(jié)合結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合設(shè)計目標(biāo)的需求來對幾何體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而確定其正確的方向，然后再將幾何體元素放置在相應(yīng)的位置上，實現(xiàn)三維立體模型的構(gòu)建。在這個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，如果有傳統(tǒng)的紙質(zhì)繪圖或者二維平面繪圖軟件進(jìn)行操作，不僅操作的整體難度較大，而且最終呈現(xiàn)的效果不佳，而CAD技術(shù)的眾多強大功能則能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)，幫助設(shè)計人員用最短的時間完成設(shè)計工作，從而提高自身的設(shè)計效率。

4.3 在剖視圖中的應(yīng)用

在機械制圖過程中，剖視圖的應(yīng)用效果是直接影響整個設(shè)計目標(biāo)效果的。在進(jìn)行機械制圖時，剖視圖主要就應(yīng)在多空槽的零部件設(shè)計環(huán)節(jié)中，這種設(shè)計工作的難度普遍較大，需要合理的設(shè)計理念和想象空間來將零部件進(jìn)行剖切，然后在將設(shè)計圖中的虛線進(jìn)行合理的分配，CAD技術(shù)中的線條是比較多的，并且重疊的現(xiàn)象也是比較多的，因此設(shè)計人員很難想象到多孔槽零件的性質(zhì)。通過CAD技術(shù)中的剖切功能，能夠?qū)α悴考M(jìn)行剖切，這樣就便于工作人員從零件內(nèi)部來進(jìn)行觀察，這樣就能夠繪制出零部件的剖視圖。但是需要繪制人員注意的是，在剖視圖的制作過程中一定要從不同角度，采用不同方法對零部件進(jìn)行剖切，這樣才能夠繪制出不同角度的剖視圖，以便工作人員加深對零部件切面和構(gòu)造的理解。

4.4 裝配圖中的CAD技術(shù)應(yīng)用

機械制圖工作不僅需要繪制出機械構(gòu)建的各個部件和結(jié)構(gòu)，還涉及到了多個機械部件之間的組裝工作，這樣才是一套完整的機械結(jié)構(gòu)。繪制這種圖的難度是比較高的，整體的復(fù)雜性較高。通過CAD技術(shù)的幫助下，能有效的對機械部件的實際狀態(tài)建立模型，并且在裝配過程的基礎(chǔ)上設(shè)置出圖紙，這樣就能夠讓裝配人員更加直觀的了解各個部件之間的關(guān)系，通過圖紙和三維模型能夠?qū)⒉煌瑱C械的組裝方式展現(xiàn)出來，這樣為后續(xù)的組裝環(huán)節(jié)也奠定了良好的基礎(chǔ)。CAD技術(shù)能夠有效的構(gòu)建不同轉(zhuǎn)配過程，最大程度上的降低了操作人員的裝配難度，也能夠讓裝配人員更加了解具體的裝配流程。

4.5 CAD技術(shù)在基本機械形狀中的繪制

在機械制圖環(huán)節(jié)中，設(shè)計人員對于多邊形和橢圓等形狀的使用是非常頻繁的，因此需要對著些常用的圖形進(jìn)行有規(guī)則性的排列，這樣在使用過程中就會更加的便捷，也能夠更加簡單高效的完成機械圖形的繪制，進(jìn)而提高整個機械制圖環(huán)節(jié)的效率。

5 CAD技術(shù)的發(fā)展方向

5.1 智能化發(fā)展

對于CAD軟件而言，其后續(xù)要想更好的發(fā)展，就必須要不斷完善自身的智能化水平。近幾年來信息技術(shù)發(fā)展的步伐越來越快，對很多行業(yè)都產(chǎn)生了巨大的影響。智能化CAD技術(shù)能夠更好的處理一些數(shù)據(jù)和知識，并且能夠提高其整體的決策和判斷能力，能夠進(jìn)一步提高其運行的效率和質(zhì)量。

5.2 集成化發(fā)展

CAD技術(shù)的集成化發(fā)展能將設(shè)計環(huán)節(jié)和文檔編輯環(huán)節(jié)等眾多環(huán)節(jié)集合在一個完整的系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)而實現(xiàn)信息的集成化發(fā)展，并且推動資源數(shù)據(jù)的共享。現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的CAD系統(tǒng)就是微機系統(tǒng)以及工程工作站系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)的應(yīng)用效果都比較好，并且都具備價格低、性能高、維護(hù)便捷的特點。據(jù)有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，國外有超過一半以上的CAD軟件都在工程工作站中運行，剩下的一半中，有絕大部分都是在微機系統(tǒng)中運行，這兩個系統(tǒng)基本上覆蓋了所有的CAD系統(tǒng)。

5.3 可視化發(fā)展

可視化發(fā)展主要就是體現(xiàn)在用戶界面上，在用戶界面的直觀性原則基礎(chǔ)上，CAD軟件對圖形的要求有很大的提升，不僅要求能夠繪制出各種圖紙和圖形想要表達(dá)的真實感受，還要求設(shè)計過程能夠直觀地展現(xiàn)出來，真正做到動態(tài)的實時顯示，也幫助工作人員更加高效的完成工作內(nèi)容。

5.4 并行化發(fā)展

所謂的并行化發(fā)展主要就是針對處理技術(shù)，要想充分的發(fā)揮出CAD技術(shù)的并行處理效果，就需要各個應(yīng)用對象的算法進(jìn)行研究，這樣才能提高數(shù)量級的處理速度。不僅如此，產(chǎn)品系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化也是其重要的發(fā)展方向。近幾年來，CAD技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣，為了進(jìn)一步實現(xiàn)資源的共享，還需要完善其系統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，這樣才能夠推動CAD技術(shù)更好的發(fā)展，進(jìn)而在更多的領(lǐng)域展現(xiàn)其優(yōu)勢。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著計算機技術(shù)的不斷完善，CAD技術(shù)也取得了更大的進(jìn)步，其中的幾項關(guān)鍵技術(shù)在不同的領(lǐng)域范圍內(nèi)都有了更好的應(yīng)用前景，并且也在很大程度上促進(jìn)了行業(yè)的發(fā)展。在機械制圖工作中利用CAD技術(shù)能夠更好的進(jìn)行觀察和設(shè)計，并且在CAD的幫助下，繪制的圖紙更加的準(zhǔn)確，為后續(xù)的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。