三维CAD技术在机械设计中的应用

范盈圻

摘 要：在改革开放春风的沐浴下，我国经济水平显著提升，科技迅猛发展，在人们日常工作生活中，电子计算机技术已经得到广泛普及应用，为人们的生活、工作、学习提供了相当多的便利。其中，在机械设计工作中可实现计算机三维CAD技术的有效使用，为机械设计及制造创造了有利条件，旨在更为便捷地完成机械作业，意义深远。在此，该文将针对三维CAD技术在机械设计中的应用进行简要探讨。

关键词：机械设计 三维CAD技术 应用

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0026-02

1 简述三维CAD技术的相关概念

分析CAD技术可知，三维CAD技术为其的核心内容，该技术是将三维模型作为基础，历经多年不断发展其逐步发展成型，若可实现对应三维结构的良好构建，则可简单地构建二维模型，通常能够把三维CAD技术称作建模技术。三维CAD技术的关键内容包括三维设计以及三维造型、图样档案管理以及仿真、三维转换二维、分析机构运动等。健全完善的三维CAD技术一般可充分满足几何图形相关的形状及性能需求，使得多方指标得以保持完美状态。通过三维CAD技术的合理应用能够将设计人员的创造想象力充分发挥出来，其跟创造者的实际设计思维是较为相符的。纵观优化设计工作，基于三维CAD技术的合理应用，可使产品虚拟仿真设计能够达到做好最好状态，产品设计质量及其对应的绘图质量问题得以优化解决。可见，在现代化工业发展进程中，深入了解掌握三维CAD技术可谓是机械设计工作者必备技能之一。

2 在机械设计中三维CAD技术的应用优势分析

该项技术的应用优势为，设计作品更为形象直观、可完成变量化及参数化设计、针对零部件实施有限元优化设计分析等。

2.1 机械产品设计拥有较强直观特性

传统意义上的机械产品设计手段通常在纸上难以把产品立体效果绘制出来，若运用CAD技术设计机械产品，则可向客户展示机械产品的立体实体效果，使得设计工作者可更为直观地针对产品实施检查工作，基于三维CAD技术完成机械产品的模拟装配运转，在设计机械产品的相应阶段，使之能够跟生活实际应用更为贴近。

2.2 有效完成机械产品参数设计工作

研究表明，传统意义上的计算机辅助设计技术若需实施画图修改工作则必须重新进行绘制，然而对于机械产品而言，从其设计阶段开始直至最终完成必须历经多次修改过程，必将会造成机械产品设计周期及开发周期不断延长。三维CAD技术自身拥有变量化板块及参数化设计板块，进而能够结合设计工作者实际需求自动修改产品整体，若是设计进程当中产品某个零件发生变化，使用三维CAD软件可对应合理调整机械产品其他零件尺寸。

2.3 实现机械产品零部件优化设计工作

针对机械产品零部件实施设计的进程当中能够选择使用三维CAD技术就其开展有限元分析工作，在有限元网络中输入经过参数化的零部件，进行振动以及受力变形、形状优化等处理分析作业，若在有限元分析进程中出现零部件参数跟产品实际需求难以相符的问题，此时三维CAD软件会重新计算设计机械产品零部件，如此一来，在日后的机械产品使用过程中可确保其拥有较强可靠性。

3 在机械设计中合理应用三维CAD技术

3.1 应用于建模进程

研究可知，三维CAD技术的主要优势在于确保设计方案更为立体直观，所以该项技术可广泛应用在设计方案建模进程当中。基于三维CAD技术的建模方式涵盖有表面方式以及框架方式、立体方式三方面主要内容，同时，此技术普遍自带有设计方案中所需的椭圆形以及圆形、圆柱形等一些简单图形。针对复杂多变的结构形状，此项技术可基于布尔运算，排列组合系统自带图形，结合实际需求，基于计算，进而构筑设计人员所图案，使得设计方案建模进程快速完成。譬如说，设计央视大楼图案时，在计算机设备用使用CAD技术，在其他类型设计软件的帮助下，历经一系列预算获取简单模型图案，努力为日后完成设计方案奠定扎实基础。实现零件实体建模之后，基于机器运动特定位置，结合机器实际运动进程当中涉及的对应资料，参考零件具体坐标实施装备工作，可利用三维CAD软件中的三维编辑功能完成实施此项工作进程。

3.2 应用于方案形成进程

近年来，伴随着科学技术水平的显著提升，制造行业生产技术获得深化改革，制图方式由传统人工设计转变为CAM/CAE/CAD技术应用，由普通机床趋向于数控机床及加工中心转变，目前制造行业发展方向主要为计算机数字化。做好方案中涉及的基本零部件设计工作之后，应加工重组零部件，历经排列组合，旨在优化完成设计方案。基于三维CAD技术的应用，利用其编辑功能，结合设计工作者设计意图，把原本互相独立且不存在有联系的部件排列组合在一起，就复杂程度部件，可采用现代化三维技术中涉及的旋转等模式获取新型更适应排列组合的新部件，尽可能便捷实现三维方案实施，充分确保设计方案高质完成。在设计方案形成进程当中可重点应用CAD/CAM软件开发系统，运用曲面造型以及平面设计、数据分析以及立体构筑等有效措施，统一管理应用具体数据，保障方案顺利开展。

3.3 应用于农业机械设计

实践证明，三维CAD技术同样适用于农业机械设计。譬如说设计联合收割机的进程中，可将轴流钉齿脱粒分离装置当作设计出发点，结合Motion works系统展开开发工作，参考数控加工模块Cam works加工设计三维系统，基于CAD技术或者是API技术等细化划分系统，完成各个部分之后最终自动生成实际方案。分离的各个部分主要是基于数据传输维持联系的，进而满足数据共享需求。

3.4 应用机械CAE软件

机械CAE软件的功能在于实现结构优化设计，合理对比分析设计方案中涉及的相关数据，进而形成有效合理的设计方案，认真评估评价对应方案，充分确保设计方案拥有较强合理性。在CAE软件中应用三维技术，主要表现为构筑良好模型结构，再通过使用CAE软件展开分析设计等各项步骤，确保各项方案设计的顺利实施及便捷完成。具体而言，CAE系统所拥有的主要功能包括寿命预估以及工程数据分析、强度设计评价以及仿真动力学、结构优化设计等多方面内容，唯有采用CAD技术有效解决造型问题之后，方可运用CAE系统解决机械的材料以及刚度、干涉、寿命、动态特性以及运动特性、结构合理性等各类问题。

4 三维CAD技术在机械设计中的发展趋势

近年来，随着社会的不断进步以及经济的迅猛发展，科技水平显著提升，三维CAD技术广泛应用于机械设计工作中，其趋向于智能化及规范化、集成化、虚拟网络化方向发展。

4.1 智能化

三维CAD技术智能化发展进步主要表现在参数设计及特征造型两方面内容。在实际的用户使用软件进程当中，有效引入参数及特征可推动工作开展更为快速便捷，工程数据概念三维CAD软件可以在数据模型中尽可能做到最大限度继承。软件的作用不仅仅是进行某些绘制工作的提供，也并不单纯是集中存储线面数据将其相互间的内在联系忽略。在软件中引入特征及参数，使之能够演变成为用户先进得力的助手。就目前的情况来看，CAD软件特征模型所解决的主要问题为零件几何造型情况，尚未综合考虑后续分析以及CAPP、加工等具体需求。

4.2 规范化

应用三维CAD技术可以把几何数据以及工程数据模型当做是自身系统开发的关键依据内容。三维CAD技术规范化发展趋势的集中表现为数据交换格式标准化以及数据模型规范化、CAD资源规范化等。数据模型应该使用STEP标准体系，伴随着该体系建设的不断优化完善，其针对工程数据模型以及几何数据的相关思想可当作是现代化CAD系统的开发指南。仅仅依靠原有标准接口难以充分满足CAD数据交换需求。就目前的情况来看，参数化特征模型传输依然处于瓶颈阶段，基于STEP标准，可实现该技术应用的有效突破。

4.3 集成化

三维CAD技术能够将数据库以及计算机硬件、计算机网络及外围设备等集于一身，该项技术并非为一项相对较为孤立的技术，与此同时，此项技术能够跟制造资源管理系统以及管理信息系统、计算机辅助制造系统等实现有效集成。伴随着现代化信息技术的迅猛发展，三维CAD技术逐步实现CAM/CAD的优化集成，日后此方向为CAD技术的主流发展趋势。尤其是基于全球一体化经济背景，实现异地设计制造以及并行工程等概念的发展应用。在WEB以及网络基础下应用的协同设计制造系统备受社会各界的广泛关注。目前一系列标准相继出台，譬如说针对三维图形以及三维图像基于互联网上传输共享进行解决所采取用的VRML标准，就异构系统平台展开解决的XML以及XML-3D标准等，在互联网构架之下，为努力营造良好的协同设计以及协同工作环境打下扎实基础。

4.4 虚拟网络化

依赖计算机等网络工具的逐步推广应用以及优化更新，随着社会的不断进步以及经济的迅猛发展，三维CAD技术水平显著提升，其能够由单机状态逐步转变为网络化。在虚拟空间中，三维CAD技术所起到的实际作用甚为显著，其可在虚拟空间中完成机械模型构建，使得人们可直观立体地充分了解掌握机械设计中所存在的弊端问题，参考各类参数，树立一定的设计标准，在未来，三维CAD技术虚拟网络依然占据着十分重要应用地位，所发挥成效甚为显著。

5 结语

综上可知，在人们日常工作生活中，三维CAD技术获得广泛普及推广应用，其在机械设计行业十分突显。正是由于此技术的直观安全性，使之颇具优势，在设计方案设计及形成进程当中、农业机械设计及其他机械设计中，三维CAD技术依然发挥着十分重要的租用。此技术发展前景十分广阔，随着科技的不断进步，技术得以优化改善，可实现在机械设计中更为良好的应用。

参考文献

[1] 雎黎.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].中国机械，2014（5）：41-42.

[2] 史越.三维CAD技术在机械设计中的应用探究[J].电子测试，2013（23）：26-27.

[3] 邢艳秋.浅谈三维CAD技术在机械设计中的应用[J].中国科技信息，2013（13）：102.

[4] 陈骏志，李园，洪策.分析三维CAD技术在机械设计中的应用[J].科技视界，2013（18）：56，63.

[5] 徐悦.三维CAD技术对机械设计的影响分析[J].价值工程，2014（19）：51-52.

[6] 黄淑芳.现代机械设计中三维CAD技术优势与应用[J].黑龙江科学，2014（9）：237.

[7] 李玲云.三维CAD技术在机械设计中的应用分析[J].消费电子，2014（22）.

[8] 郭凉波.机械设计中三维CAD技术的作用浅析电子设计技术[J].电子设计技术，2014（1）.