三维CAD技术在机械设计中的应用探究

张建巧

摘 要：CAD是计算机辅助设计，三维CAD技术则是更为深入的一种辅助设计技术，在机械设计中有较为广泛的应用。基于此，笔者从三维CAD技术的概念与作用出发，分析了机械设计中三维CAD技术的具体应用，主要包括方案形成、方案建模以及机械CAE这三个方面，本文最后分析了三维CAD技术在机械设计中的应用趋势，意在帮助设计人员有效应用三维CAD技术进行机械设计。

关键词：三维CAD技术；机械设计；CAE

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0189-01

前 言

对于机械制造行业而言，要想确保机械产品具有较强的性能，需要能从机械设计环节出发，提高机械设计方案的科学性与合理性。在传统的机械设计工作中，设计的工作量大且效率低下，设计方案的效果也不够直观，根本不能满足用户对机械产品的需求。三维CAD技术的应用有效解决了上述问题，能够创新设计人员的设计思路，通过三维设计环境的创设，提高机械设计的准确性和合理性。因此，对于三维CAD技术的分析是很有必要的。

1 三维CAD技术的概述

CAD技术是通过计算机进行图形的规划与设计，能够缓解设计人员的设计压力。通常来说，机械设计人员在进行机械产品的设计时，会应用到大量的线条与图形，如果仅通过手工操作来完成这项工作，很容易导致机械产品的设计出现偏差。CAD技术可以通过计算机来完成繁琐的制图工作，提高机械产品设计的准确性。作为CAD技术的重要分支，三维CAD技术在机械设计领域发挥着至关重要的作用。

①三维CAD技术能够使机械产品更为直观。在传统的机械设计中，设计人员主要通过正投影形成二维，再进行三维构想图的绘制，这种绘制方式不仅效率低下，产品的三维效果也不尽如人意，三维CAD技术的应用可以模拟机械产品的制作和装配过程，能够使机械产品更为直观；②丰富机械产品设计的参数与变量，在传统的机械设计中，设计人员只能通过重新绘制图纸的方式进行相关参数的修改，而且只能够应用固定尺寸来定义几何元素，设计图纸修改需要耗费较大的工作量，三维CAD技术的出现使机械产品设计的参数与变量更加丰富，在进行设计图纸的修改时，设计人员只需要在参数设置中进行数值的变化，计算机就会自动进行图纸的修改，大大提高了机械设计的效率[1]。

2 三维CAD技术在机械设计中的应用

2.1 方案形成中三维CAD技术的应用

在实际的机械设计中，经常会对机械产品的各个零部件进行组合，以此形成最终的设计方案，而这一过程需要三维CAD技术的编辑功能来实现。设计人员会根据客户的要求和个人设计理念，进行方案的设计，并对零部件的最優化排列组合实现三维立体模型的呈现，CAM和CAD软件开发系统会对零部件的平面数据与立体结构进行统一管理，保障方案设计工作的顺利实施。

2.2 方案建模中三维CAD技术的应用

在设计方案的建模过程中，三维CAD技术能够发挥出重要的作用，可以直观且立体地展现出设计方案。就目前的应用状况而言，三维CAD技术在设计方案建模过程中的应用主要有三种方法，线框模型、立体模型以及表面模型。在AutoCAD软件的三维立体造型模型中，包含六种基本体系，如果设计方案中包含简单的零件，在设计方案的建模过程中，三维CAD技术可以通过结构分析，将其分成多个基本体，并通过交或者并等布尔运算，以此形成设计方案的三维模型；如果设计方案设计较为复杂的零件，三维CAD技术很难将零件分解成基本体，现有的六种基本体系不能满足复杂零件对于三维立体造型的要求，在进行复杂零件的建模时，设计人员需要通过二维几何元素进行复杂零件截面轮廓的定义，再进行拉伸或者旋转，获取新的“基本体”，并通过交或者并等布尔运算，以此得出复杂零件的三维模型。

2.3 机械CAE中三维CAD技术的应用

对于CAE软件来说，三维CAD技术是其基础，该技术的应用可以实现机械设计方案数据的分析与对比，设计人员可以根据机械产品的实际使用状况对结构设计进行优化，以此形成科学合理的机械设计方案。因此，在实际的机械设计工作中，CAE软件主要是在机械模型建成之后，评估并分析该设计方案的可行性与合理性。CAE软件不仅可以进行数据分析与评估，还能够进行机械产品的结构优化、使用寿命预测等工作。三维CAD技术在确立机械产品的模型之后，CAE软件会对机械产品进行材料、刚度等多种性能的检测，以此提高机械产品设计的可行性。

2.4 三维CAD技术在机械设计中的应用趋势

①智能化发展，科学技术的迅猛发展，使三维CAD技术可以被技术人员通过编程的方式写入计算机中，三维CAD技术由计算机进行智能化操控，设计人员只需要进行相关参数的设置，计算机就会进行三维CAD技术相关数据的辨别，大大提升了数据的准确性；②规范化发展，随着三维CAD技术功能的多样化发展，机械设计产品更加满足用户的需求，通过计算机系统和生活实际的密切联系，进一步规范三维CAD技术的应用制度，与此同时，技术人员需要在三维CAD技术进行STEP的推广与普及，避免三维CAD技术应用的过程中出现参数化模型传输问题；③虚拟网络化发展，三维CAD技术是将计算机技术和现代科学技术作为基础的技术，其发展也会受到这两种技术的影响，进行虚拟网络化发展，通过虚拟机械产品模型的构建，帮助设计人员认识到机械设计方案的不足，使机械设计方案满足行业标准和客户的要求[2]。

3 结 论

综上所述，对于机械设计中应用的三维CAD技术而言，我国制造企业还需要进行进一步的完善。通过对三维CAD技术的分析可知，三维CAD技术可以应用与机械设计的多个环节中，有助于机械设计工作的顺利开展，能够提升机械设计方案的可行性与准确性，为机械设计人员的工作带来很大的便利。本文的分析仍旧存在不足之处，仅供参考。

参考文献

[1]崔松华.CAD/CAM技术在机械设计制造中的应用研究[J].考试周刊，2014（35）：99～100.

[2]赵 楠.浅论CAD技术在现代机械设计中的应用[J].教师，2012（20）：116.

收稿日期：2018-3-15