三维CAD软件在机械设计与制造中的应用分析

2017-01-20赵立勋

中国设备工程 2017年19期

关键词：机械设计建模软件

赵立勋

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

三维CAD软件在机械设计与制造中的应用分析

赵立勋

(中国原子能科学研究院，北京 102413)

随着CAD技术的不断发展，三维CAD软件在机械设计与制造中的作用越来越重要。其优点就在于简单、储存方便和快捷等。本文从三维CAD技术概述出发，介绍了三维CAD软件在机械设计与制造中的优势，并对其实际应用进行总结。

三维CAD软件；机械设计与制造；应用

随着计算机技术的不断发展，实现了在各行各业中的应用普及，并在三维软件设计中发挥了重要作用，在机械设计与制造中，如果采用传统设计和制造方式，容易浪费很多资源和时间。在机械设计和制造的创新发展中，人们通过利用三维CAD软件，改善了传统设计和制造方法的不足，有效提升了机械生产力。

1 三维CAD技术概述

三维CAD技术是三维CAD软件的核心，以三维模型为基础，经过多个发展阶段而逐渐发展成型，如果在三维模型的建立中能够达到清晰流畅，那么对二维模型建造来说，就变得非常简单了。在机械设计与制造领域中，三维CAD技术也被人们称之为建模技术，其主要技术内容包括：三维造型设计、图像档案管理、仿真图像设计、三维模型转换为二维模型等。在实际工作工作过程中，想要保证三维CAD技术有效实施，就必须保证几何图形的形状和性能达到一定要求。目前，在机械设计与制造过程中运用三维CAD技术，主要是进行图纸绘制和对产品虚拟和仿真设计，有效提高产品质量。因此，对于机械设计与制造领域来说，牢牢掌握三维CAD技术是所有工作人员必须具备的一种能力。

2 三维CAD技术在机械设计与制造中的应用优势

在机械设计与制造过程中，在工作之初都会对作品有一个最初遐想，然而因为技术手段有限，工作人员很难在图纸上将其整体呈现出来，对于技术比较先进的工程来说，可能会绘制出二维模型。但随着三维CAD技术的不断发展，并在CAD软件辅助作用下，让三维立体技术成为现实。通过该技术的应用，可以让工作人员对作品的遐想变成现实，更有利于设计者进行直观的检查工作。另外，在机械设计与制造过程中，还可以通过三维CAD技术实现模拟装配和模拟运转，可以让作品的功能在设计之前就能得到很好展现。

3 在机械设计与制造中三维CAD技术的具体应用

3.1 在设计方案形成过程中的应用

在机械设计与制造工作开始之前，首先需要确定好设计与制造过程需要哪些零部件，随后对这些零部件进行加工和重组，按照设计和制造要求对所有零部件进行排列组合，确定最终设计阶段的设计方案。在方案设计过程中，需要利用三维CAD技术中的编辑功能，把系统中原本独立的一些零部件进行重组，来充分满足设计者的设计要求。在排列过程中，如果遇到结构较为复杂的零部件，可以根据零部件自身结构，运用三维CAD技术将其拆分或者旋转，使其变成符合设计意图的新部件，确保三维设计与制造方案顺利形成。与此同时，在运用三维CAD技术中，不能忽略三维CAD软件中的其它功能，比如说平面设计、数据分析等，通过这些功能的使用，可以实现对应用数据的管理和使用，确保设计方案按时完成。

3.2 在建模过程中的应用

在三维CAD技术运用过程中，可以将机械设计方案通过三维立体图像直观显示出来，便于工作人员对产品进行深刻了解，也能将方案中存在的不足有效显示出来，并配合工作人员对合计方案进行改正，所以说，三维CAD技术在机械设计与制造过程中的建模工作中得到重要应用。而在建模工作中，主要有以下几种应用模式：表面模型、实体模型以及线框模型。在CAD本身软件中，就带有一部分基本图形，比如说圆形、球形以及圆柱体等等。CAD软件在工作过程中首先对零件进行外形分析，随后再根据外形不同，将零件分成几个不同的基本体，再通过三维CAD技术来进行建模工作。上述建模方式是针对结构简单的零部件建模方式，如果遇到复杂结构的零部件时，三维CAD技术也会根据设计人员的意图进行布尔运算，从而实现零部件的合理分布和排序，并在最终得到三维模型，保证建模工作顺利开展。在所有实体建模工作全部完成之后，根据分析其中运行资料，CAD软体就会发挥出三维编辑功能，并根据系统中的零件位置和具体坐标，绘制出实体装配图，以保证装配工作能够顺利开展。

除此之外，三维CAD技术在对零部件质量检查过程中也能发挥重要作用。在CAD软件中，一般都会配有资源查找器，相关工作人员可以根据这种功能，对零部件进行动态回放，将零部件整体造型和制作过程全部演示出来，及时发现设计和制造过程中存在的问题，并做好预防和改正措施。另外，在机械设计与制造过程中，有些设计必须在保证原装情况下，才能完成设计工作，这对于传统设计制造方式来说，是一个巨大考验。但是通过三维CAD技术的使用，能够将左右相邻零部件很好结合在一起，实现了在这种复杂装配条件进行相关工作操作，将装配成功率大幅度提升。

3.3 在C A E软件中的应用

在机械工程设计过程中，很多情况下都会应用到计算机辅助工程，CAE软件就是其辅助工程中的一种，具有优化产品设计、缩短设计和分析周期等功能。对于机械设计与制造来说，此软件就是针对优化结构设计来提升整体制作效率，并在数据经过对比和分析之后，制定出最合理的设计方案。对于CAE软件来说，三维CAD的应用体现在模型建立之后，以模型为基础进行分析，当然，CAE软件会通过三维CAD技术得到零部件的具体尺寸和造型，从而得到零部件的实际设计和制造尺寸。这样，可以有效提升机械设计与制造效率，同时降低了关键零部件的损耗情况，对机械设备的使用期延长起到很好推动作用。

4 三维CAD技术未来发展趋势

随着科技水平的不断进步，三维CAD建模技术经历了从线框建模到实体曲面建模，再到特征建模的发展过程，又逐渐向直接建模、实体建模等多种建模技术发展。越来越多的三维CAD系统拥有了自己的集成化数据管理以及机电协同一体化功能，最终形成了新的三维CAD发展趋势。

4.1 三维CAD技术将会更加规范

三维CAD技术规范化发展是未来机械设计与制造行业不可缺少的发展动力，而且更加接近与机械行业未来发展规律。单纯从CAD技术发展角度考虑，如果技术发展过于单纯，在实际工作中并不能起到太多促进效果，尤其是在与机械设计与制造相结合过程中，需要注重与现实机械制造相结合，来突出自己的作用。在机械设计中，三维CAD技术的规范化发展主要体现在以下几个方面：数据模型标准化、交换格式规范化以及计算机辅助资源规范化。在实际三维CAD技术运用过程中，应该根据总结机械设计与制造中的特点，着重开发STEP体系，在这种体系中包含了很多解机械工程数据和几何模型建设思想，已经成为了三维CAD软件开发中主要指导系统，如果将CAD技术和STEP体系充分集合在一起，能够有效解决机械设计与制造过程中的参数化模型建立和传输问题。

4.2 三维CAD技术将会更加集成

通过在机械设计与制造领域中的应用总结，三维CAD技术在应用过程中并不是一种孤立技术，但在实际设计制造过程中，这种孤立情况存在被无限放大的可能。在三维CAD技术设计过程中，不仅集成了计算机、外围设备、数据库等多个领域技术，同时还实现了计算机辅助制造、管理信息系统、制造资源管理系统等多个系统的系统集成。随着网络科技的不断发展，越来越多技术集成在三维CAD技术中，让CAD软件功能更加完善，对机械领域生产力提升有较大促进作用。

4.3 三维CAD技术将更加智能

三维CAD技术的形成，主要是人们将实践经验进行整合，通过计算机网络编程技术，从而实现智能化应用。在上述过程中，由于计算机具有较强识别和判断信息能力，从而对三维CAD的建模工作起到重要推动作用，尤其加深了在机械设计与制造领域的应用。随着科技的迅速发展，三维CAD技术通过软件的辅助，并不是只能进行建模和画图工作，在机械设计和与制造领域中的参数设计和零部件造型中也会逐渐使用三维CAD技术。而且在未来，三维CAD软件能够在最大程度上收集工程中的数据，并将数据在模型中全部体现出来，从而让工作人员在使用CAD软件时操作更加便捷，工作效率也得到了有效提升。