机械产品和零件的计算机辅助设计

杜高毅 裴思晨 张宇鑫 梁俊俊 徐润杰

摘要：随着科学技术的发展，新技术和新设备被广泛应与各行各业，推动了人类文明的不断发展。当前，利用计算机的某些软件，可以对产品的结构、颜色以及外形等进行辅助设计，一定程度上解决了机械设计工作相对复杂，设计时间长等问题，推动了机械设计的智能化发展。因此，研究分析计算机辅助设计技术在机械设计中的应用具有重要的现实意义。

关键词：计算机辅助设计;机械产品设计;应用优势

一、計算机辅助设计概述

所谓计算机辅助设计，就是在机械设计过程中，将一些复杂性的人工难以完成的设计工作，转化成数字、图像等格式，利用计算机的软件，辅助相关设计人员完成设计工作。常见的计算机辅助设计技术包括图形变化技术、实体造型技术、交互技术等，并在图形输入板、扫描仪等硬件设备的支持下，完成各类机械产品的设计模型制作。

在机械工程当中，机械设计是实现产品生产的基础。而相关设计人员在进行机械设计过程中，需要根据产品本身的实际要求，来对整个产品的机械制造完成图像化的描述。传统的机械设计过程中，均依靠人工来完成所有的模型设计，需要消耗大量的人力和时间，而计算机辅助设计技术的应用，可以利用计算机强大的处理能力，建立机械产品相关的模型，并完成对产品性能和参数等方面的分析和研究，有助于帮助相关设计人员不断的优化设计方案，节省机械设计的时间

二、计算机辅助设计及参数化技术的应用现状

计算机辅助设计技术是随着电子技术和计算机技术的发展而逐步发展起来，在机械设计领域，CAD技术己使设计方法和手段发生了根本变革，大幅度地提高了设计质量，缩短了设计周期，大大地增强了机械产品在市场上的竞争能力，因而越来越受到了人们的重视。

早期的CAD系统，其设计结果的工程图纸仅仅实现了用计算机及其设备出图，就产品图形而言，不过是几何图素（点、线、面、弧）的拼接，是产品的可视形状，并不包含产品图形内在的拓扑关系和尺寸约束。因此，当需要改变图形中哪怕任一微小的部分，都要擦除重画。这不仅使设计者投入相当的精力用于重复劳动，而且，这种重复劳动的结果并不能充分反映设计者对产品的本质构思和意图。

在CAD中，参数化技术是采用参数预定义的方法建立图形的集合约束集，指定一组尺寸作为参数使其与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，然后以人机交互方式修改参数尺寸，通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。正是有了这种参数化建模技术，才使得数据的改变在不同层次之间的传递变得唯一个即时。这样，才有了真正意义上的自顶向下设计及以这种设计为基础的并行设计，它是团队设计的基础。

2.1参数化设计

参数化设计也叫尺寸驱动，是现代设计的一大特色。我们之所以采用这种技术，不仅是因为CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图等许多优点。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

2.1.1参数化的方法

参数化设计的一种驱动机制即参数驱动，参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改，在修改的同时，满足图形的约束条件，需要约束间关联性的必须手段即约束联动，约束联动是通过约束间的关系实现的。对一个图形，可能的约束十分复杂，而且数量很大。而实际由用户控制的，即能够独立夺化的参数一船只有几个，称之为主参数或主约束;其他约束可由图形结构特征确定或与主约束之间有确定关系，即所谓的次约束。对主约束是不能简化的，对次约束的简化是通过图形特征联动和相关参数联动两种方式来实现的。

2.1.2参数化建模

要实现参数化设计系统，关键在于建立参数化的模型。参数化建模是几何建模的一个发展方向，它可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列化、相似设计及专用系统开发等方面具有较大的应用价值，目前参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法。

三、计算机辅助设计在机械设计中的应用优势

为了提高机械设计的质量，必须重视实践与理论相结合的原则，尤其是计算机辅助设计技术的应用，有助于帮助相关设计人员更全面的对整个机械设计过程进行掌控，其主要优点体现在以下几个方面。

3.1提高机械设计的质量

对于机械产品而言，不仅要求其具有较高的硬度，而且还需要满足不同的性能要求。通过计算机辅助设计的应用，可以利用软件对机械产品的有限元受力情况展开分析，便于设计人员掌握机械产品的受力情况，进而对设计进行优化，确保产品的设计符合客户对其性能的要求。

3.2提高了机械设计的速度

传统的人工绘制方式，即便是在较为简单的机械产品设计过程中，也需要消耗大量的时间，不利于产品的后期生产。尤其是一些复杂的零件，在人工设计过程中很容易出现误差，导致产品性能方面存在问题，需要反复试验进行设计优化。而计算机辅助设计技术，通过二维绘图以及三维设计的方式，给相关设计人员提供了极大的便利，在缩短了机械设计时间的同时，也简化了机械设计的修改流程。

四、 计算机辅助设计在机械设计中的应用

4.1二维绘图

计算机辅助设计软件为机械设计提供了二维绘图的功能，可以利用计算机软件，帮助设计人员完成大多数的设计操作，同时还可以提供一些建议，极大的降低了绘图的时间和工作量，提高了设计人员的工作效率，保障了机械设计的质量。

4.2三维设计

对于机械设计而言，就是利用简单的几何结构完成复杂产品结构设计的过程。而产品都是三维的。计算机辅助设计技术为机械设计提供了三维设计功能，可以帮助相关设计人员更清晰、更直观的了解机械设计的效果，并利用零部件模拟组装功能，可以帮助设计人员在设计阶段发现其中存在的问题，从而采取有效的技术措施进行设计优化，甚至可以实现产品的性能的优化。

结语

综上所述，计算机辅助设计技术大大简化机械设计的流程，缩短了设计周期，提高了相关工作者的设计质量，相关设计人员应重视该项技术的应用和推广。当前，在计算机辅助设计技术方面，我国尚处于起步阶段，仍存在一定问题限制了计算机辅助设计的具体应用，因此，设计人员必须积极学习，吸取国外先进的技术和应用经验，结合我国的实际情况，提高计算机辅助设计技术的应用质量，推动我国机械设计行业的可持续发展。

参考文献

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[2]段清.CAD技术在机械工程设计中的发展与应用[J].山西科技

[3]吴鑫强.探析计算机辅助设计技术在机械设计中的应用[J].电脑迷