CAD技术在机械设计中的发展与应用

张晓红 邓泽辉 蔡安辉

摘 要： 随着计算机技术的不断发展，CAD技术也逐渐发展起来。CAD技术在机械设计中的广泛应用改变了传统的机械设计行业。文章对CAD的基本组成及其发展进行了分析，并对CAD在机械设计中的应用进行了归纳，最后对其今后的发展予以展望。

关键词： CAD 机械设计 具体应用 发展展望

机械制造业是我国最基本的工业产业链，也是工业化生产的主要产业之一。而机械零件在加工前要经过详细的图纸分析设计，才能确定零部件结构的具体尺寸参数[1，2]。CAD是一款基于计算机技术的多功能辅助软件，将其与机械设计相结合是该行业的发展必然。通过计算机技术，CAD能将各种设计信息包括数字、文字和图形信息存储在计算机中，并且可以进行快速检索和数据处理。CAD技术的出现，使整个机械设计行业向前迈了一大步。

1.CAD技术的发展及其系统的组成

（1）CAD技术的发展

CAD技术最早的名称为交互式图形学研究计划，于60年代麻省理工大学诞生。因为计算机设备在当时的应用成本较高，所以只有通用汽车和波音航空公司开发并使用这种技术[3]。

到了70年代，随着计算机设备的成本开始下降，使得交互式绘图系统开始为美国工业界广泛使用。之后PC机的出现让CAC技术走上了迅猛发展的道路。Versa CAD公司推出了强大的CAD软件功能，但其昂贵的价格使得该软件并没有得到普及。到如今，CAD技术开始广泛应用到电子、机械、运输及航空等各个部门之中，而且随着信息技术的不断发展，CAD技术的应用领域还在不断延伸[4]。

（2）CAD系统的组成

CAD系统由硬件系统和软件系统两部分组成，在硬件系统方面，它包括工程项目工作站、PC（个人计算机）、图形输入输出设备等。在软件系统方面，它主要包括CAD软件设计和相关的辅助设计模型。CAD软件主要包括三类，即交互式图形显示软件、CAD应用软件和相应的数据管理软件。辅助设计模型则是帮助提高零件设计效率的标准件库。而不同的CAD绘制内容，可能会导致多种CAD系统同时运行，影响正常工作，所以此时就需要能够统一配置系统的数据资源库进行协调。

2.CAD技术在机械设计中的作用及应用现状

（1）CAD技术在机械设计中的作用

一方面，CAD的应用有助于促进设计及生产一体化的实现。CAD广泛应用到机械设计领域中，极大地缩短了设计周期，实现了对成本的有效控制。另一方面，在机械设计领域引入CAD技术，受现代化理念的影响，极大地增强了机械产品的立体感，有利于开拓设计人员的思维，激发创新灵感。

（2）CAD技术在机械设计中的应用现状

CAD技术在机械设计中主要应用于以下几个方面。

①二维绘图。这是最常见的应用，用来代替手工绘图。

②图形级符号库。将复杂图形分解成多个简单的图形与符号，先存放在库中，需要时可调出，通过编辑修改后插入其他图形中，从而使图形设计更加快捷方便。

③参数化设计。标准化的零部件的尺寸参数需经常变动，此时可通过参数化设计新建图形数据库，调出后输入新的尺寸即可生成新图形。

④三维造型。应用实体造型方式设计零部件的结构，通过消隐及着色处理后可显示物体的真实形状，同时可作装配与运动仿真，以便观察是否有干涉现象。

⑤工程分析。应用较为广泛的有有限元分析、优化设计、运动学和动力学工程分析。

3.CAD技术在机械设计中的具体应用

（1）CAD技术在零件装配图实体生成中的应用

基于CAD技术的三维建模方法有三种，第一种是线框模型，第二种是表面模型，第三种是实体模型。大多数拥有实体模型的CAD软件中，基本上都包含一些基础体系，供机械设计者选用，可减少基础劳动，提高设计效率。对于一些较为复杂的零件，也可将其分解成一些基本体，再通过三维实体造型对其进行布尔运算，计算后即可得到零件具体三维模型。

（2）基于CAD技术的模具集成制造

事实上，一个较为完善的CAD系统本身就是由许多个模块有机结合、共同作用而成，而这些模块要发挥作用及在工程中具体应用，都要以工程数据库为基础，在工程数据库的统一管理下，通过CAD技术，便可进行模具的设计与制造。

4.CAD技术在机械设计中的发展展望

对于机械制造企业来说，要想在激烈的市场竞争中占有一席之地，保持竞争优势，就要提升机械零件设计水平，提高自主创新能力。从某种程度上说，机械制造企业要拥有强大的竞争力，必须有先进的机械设计水平与创新能力。站在长远角度看，对于机械设计来说，二维向三维的过渡十分必要，而在机械设计领域中引入先进的CAD技术也是发展必然。

5.结语

CAD技术能够帮助人们根据自己的想法进行机械产品的设计，使头脑中的立体结构可以通过计算机的辅助转变为三维实体造型。通过CAD技术，能够进行统一的数据分析，更好地帮助设计人员完善设计方案，使之更为科学化。从机械制造的发展形势看，CAD技术必然会在机械设计方面大放异彩。

参考文献：

[1]张夕琴.CAD，CAE技术在机械设计中的应用.装备制造技术，20ll，19（10）：50-52.

[2]肖劲，王磊.Auto CAD技术在机械设计中的应用与发展[J].煤炭技术，2013，32（4）.

[3]谢新兵.基于CAD/CAM的双圆弧弧齿锥齿轮传动的参数化建模与设计[D].天津工业大学，2007.

[4]胡莉萍.CAD在机械设计中的应用研究[J].煤炭技术，2012，31（11）.

基金资助：湖南省教育科学“十二五”规划2013年度青年专项资助课题（项目号：XJK013QGD010），2013年全省普通高校实践教学建设项目“机械类专业校企合作人才培养基地”（项目号：湘教通[2013]295号）