三维CAD技术在机械设计中的应用

2016-12-02矫元君

环球市场 2016年15期

关键词：样机机械设计建模

矫元君

青岛海德马克智能装备有限公司

三维CAD技术在机械设计中的应用

矫元君

青岛海德马克智能装备有限公司

作为CAD技术的核心所在，三维CAD 技术也被称为建模技术，主要由二维技术发展而来，其主要内容包括三维造型、机构运动分析、三维设计、三维转二维以及仿真等。三维CAD技术不将设.人员的想象力及创造力充分发.出来，符合人们的设计思维，而且还可满足几何图形对形状及性能的要求，使各方面的指标趋于完美状态，基于此，本文将着重分析探讨三维CAD技术及其在机械设计中的应用，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

机械设计；三维CAD技术；应用

1、三维CAD技术特点

三维CAD 技术指的是计算机辅助设计技术，利用计算机及图形设备帮助设计人员完成设计工作。三维CAD 技术的实现需要建立在计算机图形设备以及计算机应用软件基础上。三维CAD 技术诞生于二十世纪六十年代，但当时由于硬件设备过于昂贵，所以该技术并没有得到大面积应用，仅用于汽车工业与航空领域。二十世纪七十年代，小型计算机费用大幅度下降，三维CAD技术开始融入美国工业领域。八十年代后，计算机普及度开始不断上升，开始出现专业的CAD 软件及系统开发公司，CAD 技术得到空前发展。九十年后，CAD 技术基本得到普及，应用范围越来越广泛。基于三维CAD 技术下的设计环境，能够实现曲面设计、真实感模拟、二维绘图、体素拼合、三维实体造型、刀具路径模拟等多种功能，其强大的造型功能为机械设计提供了理想环境，能够设计出复杂的曲面、曲线零件。在设计中设计者在虚拟三维空间中进行设计，在这个三维空间中按照想要表现的对象的形状、尺寸来建立三维模型，调整相关参数，进行具体的设计生产想要表现的三维画面。这种三维画面能够给人强烈的视觉冲击，模拟效果逼真、直观、准确，广泛应用于广告、医学、工业、军事、影视等领域。三维CAD 技术的诞生与应用给设计领域带来了革命性变化，完全颠覆了传统的设计模式，三维CAD技术将成为核心辅助设计技术。

2、机械设计中三维CAD技术的应用

2.1 虚拟样机功能

应用虚拟样机技术，设计人员可以在视觉与听觉上对设计模型的性能与使用等方面进行一定的虚拟操作，该技术有助于设计人员更加了解产品性能的不足，并进行及时的纠正与修改，该功能是在三维CAD技术的基础上进行研发的，主要是利用三维CAD技术创造逼真的产品模型，并在虚拟环境中对其性能与质量进行一定的分析，根据各个部件的运行情况，对产品进行必要的修改与完善。因此虚拟样机功能的使用在很大程度上提升了产品的质量与性能，降低研发成本，提升产品研制效率。如图1所示为虚拟样机。

图1 虚拟样机

2.2 实体建模功能

技术标准、操作过程等规范化程度日益提高；智能化发展主要体现在三维CAD 技术智能化设计水平的不断提升；虚拟网络化发展主要体现在机械建模过程中虚拟空间技术的不断完善。这也就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨利用三维CAD 技术进行机械的设计工作是十分高效的，可以对机械设计工作进行比较全面性的辅助，尤其是在设计中的装配图和零件的模型建造上被更加深刻的利用，也得到了非常好的设计效果，所以具有很强的实际意义。设计人员在进行具体的操作过程中，会进行机械设计的线框、表面和实体的建模工作。与此同时，在设计的过程中还要对不同类型和样式的零件进行设计，通过三维CAD 技术的应用软件将它们加入到整体的设计模型当中，设计人员还可以利用并、交和差等布尔运算的方式加入到其中进行计算。在对比较复杂的零件进行改造的时候，由于零件拆分的过程非常困难，所以三维实体的模型就能够有效的对零件进行合理的拆分，从而形成新的零件基本体，在装配图和零件的设计完成之后，机械的整体模型建构也就基本完成了。

2.3 对零部件的检查功能

通过三维CAD技术，设计人员可以极其简单地对设计模型的零部件进行一定的改造与变动，可以极其方便地添加零件，还可以快速地去除部分结构。与此同时，该技术还可以使得各个零部件之间的配合更加完美，在很大程度上降低了模型设计的失败率，另外，关于设计模型的零部件的拼接与拆分都可以通过计算机的零件回放功能，通过动画的形式，使设计人员更清楚、直观地看懂零部件的改造过程。

2.4 设计与生产的一体化功能

在三维CAD技术的应用过程中，该功能已经从最初的绘图逐渐发展为目前的数据建模、零件检查以及虚拟技术等功能。三维设计已经是目前我国机械设计技术最先进的设计技术，该技术在各个领域都得到了十分广泛的应用，尤其是在企业的设计与生产方面更是具有无可替代的重要应用，例如，美国著名的汽车生产公司福特就通过该技术大大提升了汽车生产的效率与质量，同时，还在很大程度上降低了产品设计的修改概率，并且极其明显地降低了企业生产的成本。同样，波音客机也早早就开始进行设计的“无纸化”技术，使得如今的波音飞机的发展一直位于世界前茅。

2.5 机械CAE软件的应用

机械CAE软件最重要的性能不仅是对产品的结构设计进行优化，同时也对设计图稿中的相关参数进行分析和比较，进而保证该方案具备一定的科学性和合理性。机械CAE软件同时也能对设计方案的合理性进行判断，进而保证设计方案的可实施性。在机械CAE软件中融入三维CAD技术，只能在建模之后才能充分发挥它的作用，再借助机械CAE软件对设计中的各个参数进行分析，进而保证设计方案成功执行。