计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用

摘要：随着计算机技术的发展，计算机辅助设计CAD技术应用于诸多设计领域，尤其是在机械设计及制造领域得到广泛应用，凭借计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的优势，可辅助设计及帮助修改，其便利性大大的增加了机械工程师的设计效率，提高了产品的质量。本文从机械设计及制造和计算机辅助设计CAD技术的基本概念进行探讨，深入分析了CAD技术在机械设计制造中的具体应用，其中包括计算机辅助设计CAD技术在机械制图中的应用、计算机辅助设计CAD技术准确使用图形及符号的应用、计算机辅助设计三维CAD技术在建模中的应用，以期能够给相关机械工作者提供借鉴和参考。

关键词：计算机辅助设计;CAD技术;机械设计;制造

0  引言

在新时期下，我国机械制造行业得到迅猛发展，同时，在计算机辅助设计CAD技术的普及和发展下，CAD技术在机械制造行业中得到广泛应用，给机械工程师提供了诸多便利的同时也保证了机械产品的质量，促进机械行业良性发展。

1  基本概述

1.1 机械设计及制造概述

机械设计及制造是对各种机械设计、机械设备、机械产品、机械生产的总称，其研究内容包括企业的机械产品、装备、制造、设计、运行控制到生产过程，机械设计以设计和制造为基础，随着科学技术的发展，计算机技术的普及下，计算机技术的运用提高了机械设计及制造水平，提高了机械制造产品的总体质量，机械行业得到迅猛发展。

1.2 计算机辅助设计CAD技术概述

计算机輔助设计就是计算机CAD技术，在20世纪60年代中，美国麻省理工大学提出了平面二维设计技术，随着CAD技术的发展与普及，其功能也越来越强大。当前，计算机辅助技术的概念重新定义，CAD技术指在设计过程中，利用计算机软件或者其他图形设备，辅助设计师进行设计[1]。CAD技术在发展中，主要应用于机械设计制造领域，同时在其他领域也有广泛的应用。CAD技术在机械设计制造中具有显著优势，工程师通过CAD软件可进行二维画图、图纸显示，在发展过程中，CAD技术能够完成对设计对象进行三维建模，如今还能够进行受力分析及运动仿真等，机械工程师根据CAD的分析，修改建模参数，达到设计方案的最优化。

2  计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的优势

2.1 辅助设计

在机械设计及制造起始阶段，工程师需要利用想象力虚构机械产品的大致轮廓，但是，由于人思维能力的限制，往往大脑中虚构的轮廓并不能真实的反映出产品的构造，其可行性也有待验证。因此，机械工程师利用CAD技术绘出零件图形，充分展示出机械产品，同时，许多工程师也利用三维CAD技术建模，展示出零件的实体形状，辅助工程师进行设计，为工程师提供更多想象空间，促进思维能力的提升。此外，CAD技术绘制图纸和模型速度与传统制图方式比较，具有绘制速度快的优势，因此，机械工程师利用CAD技术可减少时间的浪费，快速满足设计要求，提高设计和产品的质量[2]。

2.2 方便修改

传统的机械绘图方式是人为的在图纸上用手工绘制，绘制周期长，修改难度大。通过计算机辅助设计CAD技术，只需要提供机械产品的详细参数，就可快速绘制新的机械零件，在设计中出现问题时，工程师可针对问题，及时利用CAD技术修改图纸，完成后续纠正工作。设计完成后，还可以通过回放功能，查看在零件设计过程中的详细操作步骤，设计程序全程透明化。除此之外，数控加工技术逐渐与CAD技术的有效融合，更加凸显机械设计及制造中CAD技术的优越性，帮助工程师快速掌握待加工产品的特征，第一时间发现产品问题，工程师利用CAD技术进行修改，使机械产品投入生产制造。

3  CAD技术在机械设计制造中的具体应用

3.1 计算机辅助设计CAD技术在机械制图中的应用

在机械设计及制造中，机械零件的制造者需要利用机械图纸来进行工作生产指导，机械图纸的绘制者是机械设计的重要环节，在机械设计及制造中占重要地位，图纸的准确性决定了加工制造零件产品的质量。通常，机械图纸是由机械设计工程师绘制完成，在计算机CAD技术未普及的情况下，机械工程师采用传统的设计和制图方式，机械工程师在脑海里先构造零件的轮廓，接着采取手绘的形式，将一个或多个零件的各个参数通过图纸展现出来。其绘制难度大，工作量大，尤其是针对复杂的装配图，有的需要很长时间来完成，甚至要有若干个工程师共同辅助完成，而且极容易发生误差，影响整个设计进程，耽误零件的生产制造，进而导致企业生产率低下，生产成本高。计算机辅助设计CAD技术的普及和发展，CAD技术广泛应用于机械设计制造中，机械工程师利用CAD软件绘制图形，对图形进行任意编辑和修改，根据产品的制造具体需求，CAD软件还可以修改和调整图形参数，完成图形的三视图及剖视等各项工作，最后，CAD软件帮助标注图纸参数，可准确进行文字编辑、装配标注等，在机械工程师反复修正下，完成电子版文件，机械工程师可通过拷贝电子版文件完成对机械制图的审核及确认工作，同时，也可打印成纸质版图纸，交由制造者按照图纸准确制造。由此可见，计算机辅助设计CAD技术已经广泛应用于机械设计及制造中，在具体的绘制图纸中，保证绘制的速度和质量，确保机械制图的准确性，提升工作效率的同时，对提高企业生产效率，减少企业成本具有重要作用[3]。

3.2 计算机辅助设计CAD技术准确使用图形及符号

在机械设计及制造中，在机械设计手册中有明确的规定，为了起到简化的作用，通常利用规定的图形或符号表达机械部件的特点。以往的传统机械制图中，由于机械工程师水平参差不齐，工程师不能准确的使用图形和符号表达机械部件特点，机械图纸在传阅过程中往往出现歧义[4]。而计算机辅助设计CAD技术的应用，机械工程师可在软件中利用其功能绘制表格、构建图形及插入符号，该软件中明确了功能符号及图形的含义，统一了机械设计的标准，帮助工程师快速选择图形符号，准确了解图形符号的基本含义，保证使用的准确无误，避免不同机械工程师使用符号不规范的问题，避免因图形符号理解有误造成的歧义。

3.3 计算机辅助设计三维CAD技术在建模中的应用

机械建模处理是机械设计制造中的重要环节，是机械工程师重要工作之一，传统的机械制图中并不包含三维建模技术，这是在计算机辅助设计CAD技术广泛发展后的重要成果。侠义上三维CAD技术是Autodesk公司开发制作的AutoCAD软件，该软件中包含二维CAD软件和三维CAD软件。在广义上，三维CAD不局限于Autodesk公司开发制作的AutoCAD软件，指计算机辅助设计三维设计的同类软件，其中有CATIA、Solidworks、UG、国产三维CAD软件SINOVATION等。在本文中三维CAD技术以广义上的定义为准，机械工程师在设计机械零件及装配之前，需要在脑海中构想零件的基本结构，三维CAD技术的广泛应用，给机械工程师在创新设计中提供了极大的便利。机械工程师通过三维CAD软件准确绘出机械产品的实体模型，更能够通过实体模型进行参数的修改，满足产品的需求。

计算机辅助三维CAD技术能够快速准确的建立三维模型，同时其软件包含多种便利功能，有立方体、曲面、圆柱体等多种建模体系，机械工程师在设计中，将多种建模模型根据与、或、非的逻辑进行选择性构造，完成单个零件产品的设计。此外，三维CAD技术完成不同的零件图后，还可以利用模块自带装配功能，完成对该零件的组合，制作成三维装配图，为了更清晰表达装配的结构，还可以根据需求设置爆炸视图[5]。还有的三维CAD软件包含了动画制作过程，可以让装配后的零部件进行动画演示，让整个效果更加清晰明了，完整反映出整個机械产品的全貌。

同时，为了方便使用，对于很多过于复杂的机械零件，机械工程师也可先绘制零件的二维图，借助计算机辅助设计三维CAD零件图，将二维CAD图转换为三维CAD图，完成三维建模。此外也可反向操作，利用绘制好的三维CAD零件图，智能转换为二维图纸，同时能自动生成标注，制作成dwg格式文件，保证在诸多软件中都能够使用。如在复合模具的设计和制造中，复合模具设计的质量直接决定了复合模具冲压后毛坯料的成型，若复合模具在制造中的设计图纸与复合模具实体存在差异，就会致使整个生产制造过程失败，浪费大量成本与时间，针对这一问题，应用计算机辅助设计CAD技术完成三维建模，将三维建模与装配图纸进行对比，分析可能存在的问题，发现其中的误差，减少出现返工的问题，提高企业的生产制造效率。

4  结束语

综上所述，计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中具体应用与机械制图、准确使用图形符号于三维建模中，能够有效提高机械产品生产质量，缩短制造周期，促进机械行业良性发展。在未来，随着计算机技术的持续发展，CAD技术在机械行业中发挥的作用将进一步提升，推动我国机械行业的发展。

参考文献：

[1]杨明阳.计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用[J].中国设备工程，2019（03）：196-197.

[2]赵金玉.计算机三维辅助软件在机械设计中的应用[J].内燃机与配件，2019（18）：261-262.

[3]王治海.CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展探讨[J].四川水泥，2016（12）：109.

[4]赵立勋.三维CAD软件在机械设计与制造中的应用分析[J].中国设备工程，2017（19）：147-148.

[5]张烨，金君鑫.CAD技术在机械工程设计中的发展与应用[J].工业设计，2015（09）：161，167.

作者简介：武承晨（1990-），男，江苏常州人，本科，助理工程师，研究方向为机械制造。