三維CAD技術在機械設計中的應用

魏慶媛

(哈爾濱石油學院機械工程學院，哈爾濱 150000)

機械設計具有高專業(yè)性、內容復雜、難度較大等特點，而傳統(tǒng)機械設備設計存在效率低、出錯率高、工作量大、難以直觀展示設計效果等問題，若不轉變設計理念，則難以設計出滿足使用者需求的機械設備。三維CAD技術是以計算機設備作支持，利用三維建模技術，基于三維設計環(huán)境實現(xiàn)設計的有效方法，將這種設計誤差更低、設計周期更短、效果展示更加直觀的設計方法應用于機械設計中優(yōu)勢顯著。

1 三維CAD技術的功能與性能

1.1 三維CAD技術的基本功能

三維CAD技術是基于三維模型的技術，相較于傳統(tǒng)設計技術，其功能更完善，可合理完成三維造型設計，對設計對象進行三維仿真，實現(xiàn)設計圖樣的集中存儲與管理，還可實現(xiàn)二維模型向三維模型的轉化，能夠針對機械設備的機構運動展開動態(tài)化分析。

1.2 三維CAD技術的性能

三維CAD功能的有效發(fā)揮，要注重幾何圖形的性能需求。三維CAD技術的應用是展現(xiàn)設計師想象力的過程，也可為設計師提供創(chuàng)作思路。將其用于虛擬設計及仿真設計中，應了解幾何圖形性能需求，合理展示產品的虛擬設計、仿真設計效果，完整地完成產品設計并進行工程制圖。

2 機械設計中三維CAD技術的應用

2.1 在設計方案建模中的應用

三維CAD技術表達的直觀性更強，可實現(xiàn)設計效果的立體化展示。方案建模包括三維CAD技術共有框架法、表面法及立體法三種建模方式。具體應用環(huán)節(jié)，應結合設計方案的差異性選擇與之相匹配的建模方法，如設計正方形等形狀規(guī)劃且不復雜的圖形時，可利用表面法直接進行繪制；若是繪制圖形結構復雜，則需要在應用布爾運算方法的基礎上，通過重新組合排列圖形，基于精密的計算完成圖形的繪制，實現(xiàn)立體化建模，確保方案建模任務的高質量完成。

2.2 在機械CAE軟件中的應用

應用機械CAE軟件的目的是進一步優(yōu)化產品結構，詳細分析與比對設計圖中的各項參數(shù)信息，對設計方案中的不合理之處進行優(yōu)化，從而得出更加科學、可行的產品設計方案。為了實現(xiàn)三維CAD技術與機械CAE軟件的有機融合，應在方案建模完成后發(fā)揮三維CAD強大的分析功能，針對軟件中各項設計參數(shù)進行分析，為設計方案執(zhí)行的順暢性提供保障。CAE系統(tǒng)能夠預估機械產品壽命，分析工程數(shù)據(jù)，具備結構優(yōu)化設計等多項功能，可解決機械產品的造型問題。利用CAE系統(tǒng)可優(yōu)化機械產品材料、剛度、壽命等，增強機械產品結構的合理性。

2.3 在農業(yè)機械設計中的應用

三維CAD技術在農業(yè)機械設計中發(fā)揮著重要作用。設計農用收割機時，應從軸流釘齒脫粒分離設備的設計入手，利用Motion works系統(tǒng)展開設計，在Cam works數(shù)控加工模塊基礎上處理三維系統(tǒng)，通過三維CAD技術的應用，進行設備設計環(huán)節(jié)的合理分配，逐步完成機械設備方案設計。通過簡化設計難度，提升農業(yè)機械設計效率。

2.4 在檢驗機械零部件設計中的應用

機械設備零件組裝或檢查過程中，可應用三維CAD技術，發(fā)揮其數(shù)據(jù)播放功能，逐一播放各個機械零件的組裝過程，優(yōu)化設計機械零件。在此過程中，可依托三維CAD技術的數(shù)據(jù)查找功能，找出與機械設備要求不相符的零件，做出合理調整，增強零件間的協(xié)調性，避免因零件契合度不高而影響機械設備的正常運行。可應用三維CAD技術展開機械零件檢查，對機械設備質量進行排查，提升設計檢驗效率。

2.5 在機械設計方案形成中的應用

三維CAD技術具備數(shù)據(jù)采編功能，在設計環(huán)節(jié)，可對設計方案進行拆分與組合，形成全新的設計方案。針對復雜的零件，設計方案形成時，需要應用三維CAD技術中的旋轉功能進行結構調整，提升方案形成的合理性，提高設計質效。機械設計中，可利用CAD或CAM軟件開發(fā)系統(tǒng)，通過平面設計、數(shù)據(jù)分析、曲面造型、立體構筑4種方式生成設計方案，在保障機械設計方案科學生成的基礎上，確保設計方案的有效執(zhí)行。

2.6 在模具CAD集成制造中的應用

機械生產向著科技化與智能化的方向發(fā)展，在機械設計領域，CAD/CAM/CAE等設計制圖方式成為主導。在機械模具加工制造中，模具CAD/CAM激光快速成型技術得到了廣泛應用。在新型軟件體系中融合三維CAD技術的仿真、曲面造型、三維繪圖及數(shù)控加工等多種功能，可在系統(tǒng)支持下，利用工程數(shù)據(jù)及豐富的資料，進一步優(yōu)化機械產品性能，提升機械產品制造質量。

2.7 在機械生產噪聲控制中的應用

機械設備運行會產生噪音，特別是建筑施工機械產生的噪音分貝極高，會影響周邊居民的正常生活。數(shù)據(jù)表明，機械及液壓泵生產作業(yè)產生的噪音高于90分貝，而錨桿機在特定作業(yè)環(huán)境下產生的噪音甚至高達100分貝。為避免噪音過高損害人體健康，設計制機械產品時，可利用三維CAD技術，依據(jù)空氣動力學原理，優(yōu)化設計，降低機械設備噪音。設計過程中，應注重保持機械產品的動平衡，降低機械設備的震動幅度，減少機械設備運行中的噪聲污染。

3 結語

三維CAD技術是直觀性強、可實現(xiàn)立體化展現(xiàn)且具備較高安全性的設計方案，在各個行業(yè)領域均展現(xiàn)出了良好的應用價值。將其應用于機械制造中，能為設計方案建模提供支持，還可用于機械CAE軟件中，適用于農業(yè)機械設計?？衫萌SCAD軟件進行機械零件設計，形成機械設計方案，可利用模具CAD/CAM激光快速成型技術完成模具CAD集成制造，其在機械設備噪聲控制方面應用效果較好。未來，三維CAD技術將逐步向智能化、虛擬化、集成化及規(guī)范化的方向發(fā)展，在機械設計領域中的應用必將更加廣闊。