论CAD技术在现代机械设计中的应用

邓小单

（衡阳技师学院，湖南 衡阳 421101）

1 CAD技术的发展

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，工程设计人员通过CAD对工程或者产品的设计与解析，取得想要的效果，同时获得一种创新的新技术。产品设计是产品好坏的基础，这是打基础的环节，显得尤为重要，设计工作就确定了产品开发百分之七十五的本金。如今，CAD逐渐由仅能处理图像与数值计算性能转变成了与人工智能相结合的智能技术的ICAD。这项技术不断的出现新的智能型技术，运用的平台就更广泛了，以提升现代社会生产行业适应市场变化的品种多、批量小以及要求快速的适应能力。

由ICAD为展示的智能活动、现代策划技术是利用专家的设计系统完成的。这种类型的系统可以仿效某一项目内设计专家的步骤，使用一定范围内的知识符号进行推理设计，完成这一特定范围内的问题。这项系统把人工智能、计算机制图、有限元、优化等技术都联合起来，在常规设计的过程中尽可能多的使用计算机参加项目策划、解析性能等，凭借计算机的辅助，提高了设计效率。

2 三维CAD技术在机械设计中的优点

经过对三维CAD的切身体验，笔者真是的感觉到三维CAD体系比二维CAD在设计机械设备时拥有的更大的优点，主要有以下几个方面。

2.1 零件设计更加方便

采用三维CAD技术，能够在装配环境设计新零件，也能够参照附近的零件位置大小、形状完成新零件的设计，这样提高了速度还更方便，减少了单独设计导致整体失败的几率。资料查找器中有一个零件回放，能够将整个流程视频呈现，更直观易懂。

2.2 装配零件更加直观

在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

2.3 缩短了机械设计周期

使用三维CAD系统，设计机械的时间是之前的三分之二，缩短了设计时间提升了制作效率。采用三维CAD技术展开新机械的开发研究时，只需要重新设计和生产其中小部分的零配件，其他的一大部分零配件仍旧使用之前的信息功能，大幅度的提升了机械设计的功率是以前的三到五倍。并且，三维CAD技术具备高度变形设计功能，可以经过快速的重新组织，生产制作出全新的机械设备。

2.4 提高机械产品的技术含量和质量

由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CAD CIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。

3 CAD技术在机械设计中的应用

3.1 零件与装配图的实体生成

3.1.1 零配件的实物模型。三维CAD建造模型有三种模式：表面模型、线框模型以及实物模型。在具备实物建模能力的CAD软件中，都有一些基本的建模系统。在AutoCAD的软件中，三维实物建模模块中，软件就供给了球体、立方体、圆锥体、圆柱体、楔形体和环状体六种最基础的体系。针对构造简单的零配件，利用软件对它的结构构造解析，把它分解成多个基本体，再对基本体进行三维实物组合，再利用交、差、并等计算公式进行精确的计算，就可以获得零配件的三维实物模型。

一些相对来说繁杂的零件，很少会成功分裂成若干个基本体，那样之后的基本体会比较多，不易成型。因此，只有基本体的话，是不能够达到三维实体造型的目标。所以，应该现在二维几何中描绘大小，再从三维中进行拉伸或者是旋转，在新的基本体上经过交，并，差后得出的就是我们要求的一个三维实体模型。

3.1.2 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”，这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。

3.2 模具CAD/CAM的集成制造

现代经济的不断发展下，科学技术也在不断的发展中，生产厂家的生产方法也在日益提高，数控机床设备和加工中心替代了以前的普通机床设备，从人工策划和制作图纸到CAE/CAD/CAM，生产制造业正日益的朝着电子化和数字化方向前进。并且，模型CAM/CAD技术，RPM等，差不多笼罩了整个现代社会制造业。

要由多少个功能模块组合形成一个完整的CAM/CAD的软件体系。一般有图形编辑、三维制图、仿真模拟、曲面造型、有限元分析、数控加工、动态显示灯。这些功能模块要在软件数据库的基础上，开展统一的管制，软件数据库数据的主要来源之一是实物造型。

3.3 机械CAE软件的应用

机械CAE系统的主要功能是：工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。

4 CAD前沿技术与发展趋势

4.1 图形交互技术

因为CAD软件体系是创造出新产品的工具，一定要简单易学好掌握。在一个具备智能化、友好的环境中可以拓展设计师的大脑，发散思维，可以集中全部精神投入在创作中。所以，软件的图标菜单智能化设计、导航可动设计以及拖放式的造型这些人性化的设计，给设计员操作供给了方便。除此之外，手写输入法、语音识别以及特别手势模块这些更人性化简便的技术也在探索研究中。

4.2 智能CAD技术

因为CAM/CAD的软件应用越来越广泛，对智能化的要求也越来越高。设计是一个具备高智能化的人类创造性活动。CAM/CAD朝着智能化发展是必然的。智能设计是在信息化、知识化的前提下，知识仓库是创建设计的基础，设计师在开发新产品时所需的数据和理论能够及时精确的获取，智能化的辅助设计师设计，而且能够智能化的了解设计师的意思、自动化检查错误、提出合理的建议、回答问题等。还具备推测能力，即使设计新手使用软件创造新产品也能得心应手，创新设计时现在设计的核心发展方向，工程师正在努力把创新技术和人工智能技术综合在一起放在CAD的软件中，运用智能化的设计、建议模块去指导在创新产品、创新技术、创新系统时遇到的设计问题，我们得到的新产品和工程体系更具备创新性。

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