CAD技术在工业零部件设计中的应用及发展*

李 熠

(甘肃建投装备制造有限公司，甘肃兰州 730050)

0 引言

计算机辅助设计简称CAD，是利用计算机强大的计算功能和高效的绘图处理能力，辅助工程设计人员对产品进行设计分析、修改和优化。它综合了计算机知识和工程设计知识，随着计算机硬件性能和软件功能的不断提高而逐步完善。目前在绘图领域，以美国Autodesk公司开发的AutoCAD软件应用最为广泛。它具有强大的绘制平面图形和三维图形、尺寸标注、图形渲染及图形输出功能，利用它能方便、快捷、准确的绘制出要求的图形。CAD技术应用比例最大，为实现无图纸制造提供了可能，设计人员以计算机为工具，对产品进形设计和绘图，既降低了劳动强度，也提高设计质量和效率。

1 AutoCAD绘图软件进行机械设计的优点

1.1 设计工具集中化

计算机作为设计工具代替了传统设计工具，如图纸、笔、直尺、圆规、三角板等。其工作界面显示了常用的绘图命令、编辑命令和标准工具条，只要鼠标点击所需命令就可以进行图形绘制，其他命令可通过菜单直接调用。

1.2 提高工作效率

计算机是善于复制和修改的能手，可减少大量的重复性工作，提高作图速度。改变了传统手工作图中既费时又费力的缺点，无需在制图之前进行大量的准备工作，改变了手工修改图纸擦出和重新绘制的繁琐过程。只需要设计人员熟练掌握软件的操作方法，熟悉其命令的用法并能将其灵活应用就可以了。

1.3 管理方便

利用计算机软件对图形可进行不留痕迹的修改，传统的图纸修改往往会影响图纸的美观性及清晰性。图纸的保存方便永久节省空间，只需要建立合适的文件夹和正确的文件名，将相关联的图形文件集中管理，便于查找和改进。改变了传统图纸保存容易破损的命运，并节约了图纸所占的储存空间［1］。

2 CAD技术在机械生产中应用的优点

2.1 提高质量

应用CAD技术可以提高产品设计的质量，缩短设计周期，可及时发现设计问题，无需对着大量的图纸寻找相关要素。产品设计者只需考虑产品设计的结构、功能是否满足要求，不需花费大量时间和精力去考虑设计图纸的线型、剖切位置等设计要素。可通过三维CAD与二维对的相互转换功能，直接由三维自动生成符合国家标准的二维视图，利用设计中心可方便的完成装配图的绘制。

2.2 节约成本

利用CAD技术可以降低产品装配修改次数，提高生产效率。对有些加工精度要求特别高的制造业，产品数量大、规格种类多，应用三维CAD设计软件装配，可直观地反应各组成零件的配合情况，也可以通过观察模拟装配的运动过程，及时发现问题并做以纠正，不仅提高了装配装设计的准确性，而且减少了修模次数，从而节省了生产成本。

2.3 灵活性、便利性高

利用三维CAD技术可以快速完成装配体的变型设计，因为所有零件模型均以数据的形式储存在计算机中，只需在其基础上，根据系列产品的不同要求进行结构的修改、增加、删除，就可以准确地完成新装配的设计。利用三维CAD的设计软件高级渲染功能和仿真模拟动画输出功能，把已经设计出的产品和各零部件模型以实体结构真实呈现，或者将产品各构件之间的运动关系以仿真动画形式表现出来，模拟产品的实际工作状态。客户通过观察零件效果图和装配运动动画，可更深刻了解产品的结构和功能，弥补利用传统图纸进行描述所带来的不便，有助于产品销售，树立企业品牌形象［2］。

3 机械制图中三维向二维转换的案例

以绘制轴承座为例，设计者可根据设计要求在AutoCAD三维绘图环境中进行建模，获得如图1所示的效果图。为了加工方便，利用关联关系，将三维模型直接转换为二维视图，其转换过程如下:打开模型空间，将左下角移至坐标原点(0，0，0)，转换至布局并双击视口内部，调出实体工具栏和视图工具栏。

图1 CAD绘制的轴轴承座三维效果图和三视图

将当前视口转换为顶视图，点击“设置轮廓”命令，再选中实体，确认后三次回车，这样就生成了主视图，用相同的方法完成俯视图和左视图的绘制，此时生成的三个视图不在同一平面上，应用“对齐”命令将其修改至同一平面，就成功的完成了轴承座三视图的转换。在生成的二维图形中完成剖视图，然后进行尺寸标注和必要的文字注写，完成如图2所示的图形。整个绘图过程只需要正确进行轴承座的建模操作，掌握三维向二维转换的方法和技巧，就可以快速的完成轴承座零件图的绘制。这样既节省了设计时间，也大大提高了作图的准确率。绘出的图形清晰，结构明确，方便了后续的加工，加工技术人员可以结合三维模型结构正确操作。

4 CAD技术应用的发展趋势

我国制造业的设计思路由中国制造转向中国创造，CAD技术在产品创造设计中起着举足轻重的作用。具有先进的设计理念的产品在企业竞争的浪潮下才具有生命力，随着计算机应用技术不断完善，信息处理的智能化，CAD技术的应用前景广阔。

4.1 集成化

CAD技术的集成化体现多角度、多层次。利用现代数字化和信息化技术可以实现CAD系统内部各模块之间的集成，或者是多个CAD系统之间的集成，也可以是机械设计领域中CAD与CAPP、CAM之间的集成。对产品开发的整个生命周期的进行集成化，即把计划、构思、设计、仿真、制造、组装、测试以及文档生成等各个环节集成到一个统一的系统中，实现系统资源和信息共享，提高系统管理水平和运行效率。

4.2 智能化

设计本身是一个含有高度智能的创造性活动，智能CAD是发展的必然方向。CAD技术智能化是一种新型的高层次计算机辅助设计技术。它将人类智慧与CAD技术相结合，使计算机具有支持设计人员的设计思维、推理决策及模拟人的思维方法与智能行为的能力，从而把设计自动化推向更高层次。用智能设计，智能制造系统去创造性指导解决新产品，实现创造性设计［3-4］。

5 结语

只有不断探索、开发和创新，才能更充分发挥软件的功能和作用，高效、精确地绘制符合国家标准要求的机械图样。同时CAD技术在生产中正扮演着重要角色，为了使我国的CAD技术在将来能赶上发达国家的水平并能同步增长，必须加强CAD技术的开发研究［5］。展望未来，计算机技术的发展是无止境的，每一位工程设计人员都将以此先进的技术为手段，在各自岗位上发挥最佳能力，并以热忱的服务、优质的设计、敬业的精神，为工程设计行业做出贡献。

［1］ 赵国增.计算机绘图——AutoCAD2004［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 王晓光.张 华.CAD技术在工程设计应用中的双重性［J］.内蒙古科技与经济，2007(8):283-285.

［3］ 单春阳.CAD技术在工程设计中的应用［J］.中国高新技术企业，2015(4):52-53.

［4］ 张 磊.刘东学.杜 刚.机械CAD发展方向［J］.化工装备机术，2004(1):60-62.

［5］ 马书生.AutoCAD技术在隧道施工中的运用［J］.陕西水利，2008(z2):44-45.