三维CAD技术在机械设计中的应用

游玉成

（建湖恒华机电有限公司，江苏 盐城 224700）

三维CAD技术在机械设计中的应用

Application of 3D CAD technology in mechanical design

游玉成

（建湖恒华机电有限公司，江苏 盐城 224700）

作为机械工程中的重要组成及关键步骤，机械设计对机械性能有着决定性影响，因此需对机械设计加以重视。随着科学技术的不断进步与发展，三维CAD技术在机械设计领域也有所应用，并在应用中取得较好成效。本文在对三维CAD技术概念与作用进行阐述的基础上，对三维CAD技术在机械设计中的应用进行探究，并对其未来发展趋势加以探讨。

三维CAD；机械设计；应用探究

1 三维CAD技术概念及作用

1.1 三维CAD技术概念

所谓的三维CAD技术，也可以称为建模技术，该技术是从二维技术发展而来，并成为整个 CAD 技术的核心组成部分。三维CAD技术最早于20世纪60年代出现，并从线框建模发展到曲面建模，从曲面建模发展到实体建模与参数建模，最终实现目前产品集成建模、行为建模的完成，经历了较长的发展过程。

1.2 三维CAD技术作用

（1）缩短机械设计周期。在机械设计时，三维CAD技术有着大范围的应用，其不仅能够对机械产品做到快的检验，还可以使设计质量与效率得到提升，从而使设计出来的机械产品质量更有保证。另外，在机械设计时，对三维CAD技术的有效应用，还可以使设计周期得到缩短。运用三维CAD技术，对机械产品的零部件加以修改，便会使机械产品整体得到改变，从而完成对各个零部件重新组合与连接，得到匹配机械产品的尺寸。这一过程的实现，使整个效率大大优于传统方法的机械设计过程，从而使设计周期得到有效缩短。例如，运用三维CAD技术进行切割器设计时，若是想把原先开口为150 mm的一个切割器，修改成为3 mm，只要运用该技术，把装配图上的尺寸从15 mm转变为300 mm，便可使整个系统得到对应的修改，从而完成对切割器驱动轴、配重块、加强版及钢丝刷等部件尺寸的自动改变与调整，最终形成一个新的切割器模型，得到的切割器产品如图1所示。

图1 切割器的三维 CAD 技术应用

（2）提升资料保管能力。在电脑中，不论是硬盘还是软盘，均可以对三维CAD设计出来的文件加以存储，从而在避免设计文件丢失的同时，便于再次使用时的打开。为进一步完成对设计出来文件的保管，设计人员可把文件复制到U盘或者上传到云盘当中，也可采用扫描仪等技术，将设计图纸的内容传输到计算机当中，避免因腐蚀、破坏等因素造成文件资料丢失的情况发生。

（3）提升机械产品进程。三维CAD技术在应用中，存在着色与渲染功能，这些功能的运用，可得到与设计方案对应的三维效果图，进而使设计人员及决策人员做到对方案的直观了解，从而使产品设计、方案审批、产品开发等一整套流程得到有效推进。此外，计算机技术的运用，还可以帮助设计者视野范围得到扩展，方便设计者对更多设计素材的获取。

（4）实现创新设计。在三维CAD技术出现在机械设计之前，机械设计难以做到创新与发展，一般在机械设计时，多采取仿型设计。并且原先的机械设计方法，在对尺寸修改较为麻烦，所需成本也较高。所以，这些因素的出现，造成原先的机械产品设计缺乏创新产品，存在的大多属于常规设计，难以达到真正意义上的创新。但是，三维CAD技术在机械设计中的应用，便可在原先机械设计模型基础上，运用新的理论与技术来进行创新，并通过立体感的呈现，设计出更加真实、更具创新的机械产品。因此，三维CAD技术的应用，能够有效激发机械设计者的创新能力，从而使其设计出更多、更好、更加创新的机械产品出来。

2 机械设计中对三维CAD技术的应用

2.1 方案建模时的应用

三维CAD技术能够将设计方案直观立体化呈现出来，因此，三维CAD技术在机械设计方案与建模时，有着较为广泛的应用。立体、框架、表面等方式，都是三维CAD技术经常涉及到的建模方式，且该技术本身就自带圆形、正方形、圆柱形等基础图形。若是设计的机械结构较为多样化、复杂化，则该技术便会采用布尔运算来对这些基础图形进行排列组成，并根据用户需求做到全面而系统的运算，得到预期图案，为机械设计方案及建模工作提供有效的参考依据。

2.2 方案形成时的应用

当机械设计方案基础零部件就绪状态下，对这些基础零部件实施加工、重组，并采取有效的排列组合，便可得到一套较为完整的机械设计方案。对于三维CAD技术来说，其自身拥有编辑功能，因此设计人员在设计时，可依据设计原来方案，做到对一个个单独部件的排列组合。若是零部件太多繁杂，则设计人员必须采用该技术中的旋转方式来得到和排列组合相对应的新部件，从而高效、高质量的完成一套完成三维方案的制定。此外，在机械设计方案制定中，还需对ACD/CAM软件开发系统的运用做到有效关注。该系统可通过平面设计、数据分析、曲面造型及立体构筑等多种途径完成数据的应用和管理，进而保证机械设计方案得以顺利完成与实施。

2.3 CAE软件内的应用

机械CAE软件具备结构设计优化、设计方案分析、方案数据对比等多项功能，这些功能的灵活运用，便可得到一套科学合理的机械设计方案，并还可通过评估来保证机械设计方案的规范性。具体运用时，对应模型建筑需先做好，然后方可利用CAE软件进行设计和分析，最后保证机械设计方案得以顺利实施。

2.4 农业机械设计时的应用

在农业机械设计中，也可以对三维CAD技术加以利用。比如，对联合收割机进行设计时，设计人员一般会将轴流钉齿脱粒分离装置当做整个设计的核心，通过Motion workes系统完成开发工作，然后在将其与数据加工模块Cam works进行结合，当三维系统设计结束后，运用ADC/API技术将系统合理划分为各个部分，并将划分结果当做为设计方案。另外，对互不联系的各个部分，需通过数据传输的方式使其建立联系，从而做到数据间共享。

3 三维CAD技术未来发展趋势

3.1 趋于智能化

目前，三维CAD技术已经在智能化方面取得一定成果，但随着社会及科学的不断进步，该技术在智能化领域还将获得更大的突破与发展。三维CAD技术在设计人员手中，实现智能化的关键在于利用电脑实施全方位操纵。因此，设计人员需将实践得到的经验与总结输入对应程序内，从而完成全面、系统数据库的构建，使电脑的辨认能力与判断能力得到提升，最终满足智能化要求。

3.2 趋于网络化

随着计算机技术与各类网络技术的不断发展，目前，三维CAD技术在应用中，展现出较好的健康性、稳定性与持久性。并从原先的单机状态也逐步转化为网络状态。在虚拟空间中，该技术起到至关重要的作用，通过三维CAD技术所构造的机械模型，能够让人们直观、立体看清设计中存在的问题，并通过参数的获取，为机械设计工作建立良好的标准。所以，在虚拟空间中，三维CAD技术还将得到更全面的应用。

3.3 趋于规范化

规范化的实现，在于未来通过三维CAD技术完成设计时，不在单纯的对功能进行追求，而是严格根据实际情况进行设计，从而使设计结果更具有标准性与规范性。另外，在对该技术进行运用时，还需对STEP体系加关注，将该体系与三维CAD技术的有效结合，能使参数化模型传输中存在的问题得到有效解决。

4 总结

目前，三维CAD技术在各个领域中得到有效应用，在机械制造领域应用的程度更为广泛。对于三维CAD技术来说，由于其具有安全性、立体性与直观性的特点，因此在机械设计方案建模、CAE软件应用、农业机械设计等各个方面均可得到有效运用。虽然该技术目前仍存在一些不足，但随着科学的不断进步，该技术的不断程度，在未来，三维CAD技术必将发挥更大、更重要的作用。

[1] 杨刚，王伟东，杨文静. 浅析三维CAD技术在我国机械制造业中的应用[J]. 黑龙江史志，2013（15）.

[2] 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）.

[3] 龚云波，吴义忠，李国新，张昌杰，王路. 机械CAD技术的应用状况及发展趋势[J]. 机械制造，2007（11）.

[4] 陈军民，陈雅欢. 探讨三维CAD技术对机械设计的影响[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013（08）.

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图6 刀具轨迹

图7 实体验证参数设定

3 结束语

本文在圆周曲线零件的加工中，应用了MasterCAM软件进行绘制三维图形，然后在CAD中绘制刀具路径（NCI），通过后处理转换成NC程序，再利用DNC方式传送到四轴加工中心上进行加工。与利用普通机床加工比较，这种加工方法将大大地缩短了加工中程序的编写和输入的时间；由于计算机编程技术的应用，保证了加工精度及零件表面质量。四轴加工方案减少了程序因手写或不便于检测而造成的损失，取得了很好的经济效益，有效解决了常规机床加工圆周曲线零件效率低、精度难以保证等难题。

参考文献：

[1] 高军，郝滨海，李辉平等. 模具设计及CAD. 化学工业出版社，2004.

[2] 李玉炜，肖耕亚. MasterCAM9.0实训教程. 清华大学出版社，（2006）.

[3] 缪德建. CAD/CAM 应用技术. 东南大学出版社，2005.

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TP391.72；TH122

1009-797X (2015) 24-0183-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.075

游玉成（1981-），男，毕业于江阴职工大学，大专学历，研究方向为数控机床应用与维修。

2015-11-25