CAD技术在机械设计中的应用

王贤定

引言

有关机械设计，从上世纪中叶起便已经出现了突破性的进展，人们从那时开始便已经开始了利用CAD技术进行有关的机械设计。这项技术经过二十年的发展与进步，已经渐渐的趋向成熟。随着我们国家经济技术水平的不断提高，工业化进程不断加深，制造业在我国国民生产总值中所占的比重也已经越来越大，对各类机械器件的精确度要求也越来越高，CAD技术在我国也就获得了越来越充分的重视，在机械的设计以及制造领域都有着十分显著的应用，这一新型技术不仅可以将各类器械的设计制造期限有效的缩短，而且还很好的促进行业自身的进步与发展。

1、CAD技术的构成与发展

CAD系统包含硬件系统和软件系统，硬件系统主要由图形输入设备、图形输出设备、工程工作站、个人计算机等设备构成。软件系统主要由CAD软件和相关辅助模型构成。伴随计算机技术的告诉发展，硬件系统已经不会影响到CAD技术的发展，目前能够影响其发展的是CAD软件和相关辅助模型。CAD软件主要可以划分为数据管理软件、CAD应用软件和交互式图形显示软件这三种类型。

CAD技术在最近几年已经受到了十分广泛的运用，不过对其技术的研究仍然在不断的进行，CAD技术同时也在不断的得到创新，并且也在被广泛的运用在各个行业。早期的CAD系统只是简单具备图形处理和计算机功能，不过经过近些年来的不断发展，我国的CAD系统已经越来越智能化。这就印证了CAD技术的发展潜力，这也同样是产品不断创新不断改革的成果，并且让其具有了活力。现代智能化的CAD系统可以采用指定专业领域内的逻辑与符号技术，其不仅能够对特定领域内的设计过程进行模拟，并且能够解决单一专业领域内指定的问题。将各种专业技术结合起来综合运用在CAD技术之中，然后在计算机上面综合各项数据进行分析、模拟和试验，最终做出最佳方案的决策，有效提高了设计的效率。

CAD三维技术可以让设计者直接根据自己脑中的三维模型进行设计工作，其设计功能十分突出，具有广泛、普遍以及简洁等特征，在很大程度上提升了其机械设计的能力，这不能能够明显提升设计者的工作效率，并且还可以加快设计工作的速度。它使得设计人员的构想能够具体的体现出来，并且可以再三维模型中来对整个设计的过程进行分析，使设计方案更加趋于完善。各项科学技术的发展也在不断促进着机械行业的不断发展，我们目前的机械行业正在逐渐由单纯的制造向创新型研发过渡，简单的平面技术已经越来越不能满足设计人员的要求，因此，三维CAD技术将是未来机械设计发展的趋势。

2、机械设计中CAD技术的优势

2.1机械制造业的设计周期短

在各类机械设计中应用CAD技术有很多明显的优势，其中较为明显的一个便是它能够很好的缩短各类机械期间的设计周期。这一技术的应用能够较好的完成零部件结构以及各项参数的精确计量与设计，能够准确的将各类零部件进行有效的结合，并形成一个人新的基本体结构。在本行业中有效的应用这一新型软件技术，能够很好的提升整个机械设计的效率与生产过程中的进度。除此之外，利用本技术能够将已经设计完成的机械设备按照新的要求进行及时更改与重塑，提高了机械设备以及各类零部件的可塑性与可变性，有效的缩短了设备的生产、设计周期。

2.2零部件在装配环境里方便直观

利用本软件进行机械零件的装配时，各类零部件是在整个软件中按照一定的规律进行装配的，其中的装配途径都已经在本软件的资源查找群中有相应的记录与存档，在后期机械运转时，如发现某一问题等，可以直接在软件中查找对应的区域，不必机械的其他零部件进行拆卸与分析，可以很方便快捷的找到问题根源。而在找到故障源头之后，可以直接对症下药，准确的对各类零部件进行修正，提高了整个机械的设计准确度。在整个CAD制图中，能够清晰的看到整个机械内部各个零部件之间的构造结构以及相互之间的关联性，在完成设计后需要对整个机械进行预运行，在此过程中如果发现某处出现不合理的碰撞等时，可以及时的找到问题根源，并在相应的设计中加以更正。

2.3有效提高机械产品的质量

在机械设计领域充分运用本技术，能够很好的将工业化生产与现代化信息技术进行很好的结合，为机械制造行业未来的前进趋势等指明了前进的方向。在CAD制图领域，它采用较为先进的设计理念与方式，能够较为直观方便的观察零件之间的构造关系，并且能够对不合理的设计构造之处进行及时更正与修改，这一系列的优势所在保证了整个机械产品的品质与质量。

3、CAD技术在机械产品设计中的应用

CAD技术在机械产品设计过程之中的应用主要体现在零部件与装配图的实体生成、模具CAD的集成制造、CAD技术多维绘图的应用、CAE机械软件的应用等几个方面。其中，CAD系统的运用更新了传统的设计手段与设计方法，很大程度上摆脱了传统设计过程中存在的不足与束缚，在设计观念上融入了现代设计的特点，进而促进了机械制造业的快速发展。

3.1实体生成

CAD制图在机械产品设计中的应用主要体现在实体生成等方面，论文就其应用进行了具体的介绍与分析，其中实体生成领域，主要体现在了实体的建模方面。在机械产品的实体建模方面，通常可以用到的模型便是较为常见的球形、立方体等六种结构。

对于零部件的三维实体模型的构建，在利用CAD技术时，只需要以及零件内部的各种结构，将其划分为不同的结构体，然后对相应的各个基本模型进行简单的三维实体构造，随后利用立体学以及各类布尔运算等将其进行拼接，以此形成相应的零部件，在机械零件的设计与生产中，不是某种单一的模型结构构造而成的，而是多种常见模型组合而成的。

3.2模具CAD的集成制造

伴随着现代化科技的不断进步，机械制造领域对速度的要求已经越来越高，各类新兴的机械技术层出不穷，由原来的单一普通设计机床逐渐的发展到多元化数控机床，从工人的手工制图发展到了CAD软件制图，这一系列的发展与演变已经形成了机械产品制造领域的发展新方向。现阶段的机械产品新的发展方向已经由原来的单一模型设计发展到了统一模具设计，通过统一的模具设计，将各类机械产品中相同的部件有统一的模具进行设计生产，这在很大程度上提高了机械产品设计的效率，降低了设计成本。

3.3CAD技术多维绘图的应用

由于机械产品自身的特点，使得在其产品设计过程中需要有大量的数据验算与处理，这一工作在传统的机械设计领域只能通过二维图形进行处理，在这种处理中一方面准确性难以保证，另外一方面也将耗费大量的时间与经历，不符合工业现代化的基本要求。在利用CAD绘图技术进行机械设计时，能够将其多为绘图有效的应用的本领域，很大程度上降低了机械产品的各类数据计算与处理难度，提高数据处理的准确性，在CAD多维绘图中，使用最多的便是以交瓦式制图，它能够很好的实现各类基本图库的转化，具有很好的操作简便性与准确性。

3.4CAE机械软件的应用

CAD软件在现代机械设计过程中和CAE等软件具有异曲同工的效果，而且在设计过程之中还可以联合CAE机械系统等进行设计。另外，CAD软件还可以优化现代机械零件、分析零件寿命、强度等，并且解决机械零件在设计过程中的问题，例如结构是否合理、材料强度是否能够满足要求等。

4、GAD技术在机械设计中的不足

虽然CAD技术在机械设计和制造中具有十分明显的优势，不过还是存在着一些不足之处，主要表现在以下两个方面：第一，使用CAD软件代替图板绘图工具来进行绘图，大部分并不是在进行本质上的设计工作。现在很多企业通过CAD技术制作的三维模型只是停留在效果图的阶段，并没有进行整体的设计工作，而且缺少相关的受力分析；第二，精通CAD技术的专业人才相对较少，CAD系统是十分复杂的，而且变化多段，想要熟练地掌握这项技术还是比较难的，就现在的情况来说，大部分人都没有系统地接受过专业性的培训，并不是十分精通CAD技术，导致机械设计方案时常出现各种缺陷。

5、CAD技术的发展远景

CAD技术在现代化生产与发展中的应用不仅仅体现在了机械产品的设计领域，在其他各个方面都有着十分重要的应用，它具有很好的发展前景。首先而言，本技术在未来使用过程中，正经历的着由机械化向智能化发展的过程，而智能化也将会是本软件发展的最为突出的一个趋势；其次，本软件在未来的使用中，将更加趋向于虚拟化模式，未来环境下，它能够在一种相对虚拟的环境中将各类基本模型进行组合和模拟，使得设计师能够在虚拟的环境中实现对相应产品的建模，这不仅提高的建模效率，而且能够有效的避免各类资源的浪费；最后，本软件在未来的使用中将呈现出交互化的发展模式，能够给设计师提供相应的交互平台，将其个人意志很好的加入设计中。

6、结束语

近年来，随着社会的持续发展，我们国家的知识库和数据库技术、人工智能技术、信息交换、信息集成等各个方面的技术也在不断的发展和完善，现代CAD技术同样也在向着这一方向发展，在当今各项科学技术不断发展和完善的大环境影响下，对计算机辅助设计同样也有了更高的要求，设计者的计算机辅助技术需要和网络技术同步发展，设计者需要不断学习，提升自身的计算机辅助技术的知识。在机械设计制造的过程中，CAD系统属于十分重要的部分，设计人员应抛弃传统的繁琐的方法与理论体系，将CAD技术合理的运用在机械设计与机械制造的工作中，以此来带动机械制造业的发展。