CAD技术在机械工程设计中的应用研究

周帅

摘要：随着我国经济和计算机技术的发展，CAD技术越来越多地被应用在工程机械领域，为机械工程设计及其优化提供了强力支持。随着CAD技术的应用越来越广，它已经成为技术人员从事机械设计工作必须掌握的一项基本技能。本文主要从CAD技术的发展、优势及应用等方面进行简要的探讨。

关键词：CAD；机械工程；设计；应用探究

近些年来随着计算机技术的飞速发展，CAD技术依托计算机技术逐渐发展起来，在许多领域都有应用，如汽车、建筑、纺织等，尤其是在机械产品设计方面应用十分广泛，最典型的CAD技术运用要数Auto CAD软件。CAD软件经过不断的发展更新，使软件在绘图的灵活性和精度上有了很大的提高。CAD在机械工程设计中的应用大大提高了设计效率，使设计人员从繁重的设计工作中解放出来，专注于更好地发挥设计思想，促进了机械工程的发展。

1 CAD技术的发展

随着计算机技术的发展，其运算能力和图形处理能力也相应地得到了提高，机械工程的设计人员使用CAD技术可以实现图形和数值等方面的各种设想，使设计出来的产品更容易达到理想的效果。CAD技术诞生于20世纪50年代，因为其强大的处理能力被广泛使用在机械、电子、能源化工等行业。CAD技术发展到现在，出现了结合人工智能的智能CAD技术，是CAD技术现代化的标志。它可以在某一方面模拟专家的设计模式并进行推理，发现设计和产品中存在的问题并予以解决。相比于较早的CAD技术，现在的CAD的特征是三维立体，能够直观地将人们所想的产品模型在三维空间中展示出来，具有更高的实用价值。机械工程设计要想跟上时代发展的潮流，必须要时刻关注cAD技术的发展。

2 CAD技术的优势

2.1 提升产品质量

CAD技术在机械工程设计中主要是用来保障零件的设计水平，可以在虚拟的三维空间中建立完整的零件构图，通过对零件的受力分析、运动分析等来确定零件设计的好坏。相比于传统的机械设计，CAD技术的运用可以在理论方面对零件的设计优劣进行分析判断，在解决设计中的问题后，设计产品的质量和性能无疑会大大提升。另外，CAD技术的使用可以拓展人员的思维。三维空间的使用可以让设计人员的思维更充分地发散，设计立体效果较好的产品。在实际生产中，CAD技术与数控加工技术结合使用，可以更好地保证产品的成型和质量。

2.2 降低设计难度

传统的机械设计是采用绘图方式来对产品的零部件进行设计，不仅耗用的时间过长，在容错率上也很难保证。通常，若某些重要的参数出现错误就要导致一切重新再来；并且其设计图纸是平面的，不利于设计人员判断产品性能和优缺点。CAD技术的使用可以让设计人员在设计过程中更容易、更快捷地调整零件的尺寸、结构，使零件达到预期效果，相比于传统设计方式，在时间和效率上都有极大的提升。CAD可以将设计好的零件结合在一起来观察匹配效果和产品性能，并进行模拟的运转，使设计趋向于实际化，这样保证了设计产品的实际应用，很大程度上降低了设计难度。

2.3 促进技术集成

CAD技术的使用与发展使零件的设计更加集中化，生产方式也由机床向数控转变，尤其是CAD/CAM系统的建立，在基于庞大数据库的基础上形成独具特色的功能板块，来使产品设计中的每个步骤能够独立运转，如三维绘图、数控加工、动态显示等，并且还能保证CAD与CAM的零件设计数据相同。CAD/CAM系统的使用让零件设计实现高度的数字化和集成化，使实际的产品设计更加优越。

3 CAD技术在机械工程设计中的具体应用

3.1 绘图应用

CAD技术设计的初衷就是为了处理图形数据，所以绘图是CAD最为基础的应用。相较于传统的绘图方式，CAD在绘图的简便性和操作性上大大增强。它较为基础的功能有文字、标准尺寸、填充、图形编辑、区分层次等，这些功能的协调使用能够让设计者轻松设计出想要的产品模型。当然，这在实际的CAD技术应用中是通过不同的软件来完成的。为了降低软件的使用难度，可在基础的绘图软件包上开发具有宏命令的参数化绘图软件，使专业素质较低的设计人员也可以轻松使用。

3.2 建模应用

在机械工程设计中，建模是设计的核心，即在三维空间中建立产品或零件的模型对其进行功能和外观上的优缺评判。工程设计中常用的建模有线框、表面、实体3种模型。在建立模型的基础上对模型的参数进行优化设计，一般通过软件本身如AutoCAD提供的基本体系来构成产品或零件的基本模型。常用的基本体系有立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体、楔形体六种。但对于实际的零件设计来说，这六种基本体系远远不能满足设计需求，需要我们通过用在二维平面构造的轮廓在三维空间中拉伸或者旋转等来构成新的体系，最后通过布尔运算来获得实际的设计模型。设计人员可以通过CAD对零件的任意部位进行修改和操作，最终实现零件的功能。这样设计更加趋向于实际应用，在设计成功率和效率方面大大提高。

3.3 应用趋势

现行的CAD技术虽然给机械设计带来了极大的便利，但还是局限于数据和图形的可数类型上，而在实际的设计中因为零件的力学性能和结构优化等因素需要设计人员重新构思。为了解决这方面的问题，CAD的智能化正在发展，能够在设计中智能地对故障进行诊断并进行优化和修复。智能化在CAD技术中的应用必将越来越广，未来将会进入智能时代。这就需要研究人员加大对CAD关键技术的研究，使其和智能更好地融合。现在智能化的表现是ANSYS等有限元分析软件的无障碍对接，它可智能化地判断零件的结构和力学性能的合理性并进行修改。

4 结语

CAD作为机械工程设计中重要的基础工具，由于具备三维和建模的优势，因此与传统的机械设计相比更具有优势，使设计过程更加轻松、高效。并且伴随着计算机技术以及智能化的不断发展，它们之间的融合度也必将更高，最终最大化地提升设计产品的质量。