计算机辅助技术在机械设计制造中的应用研究

张娟 河南机电职业学院

机械设计制造是促使我国制造业发展的重要内容，计算机辅助技术的运用，改变以往的工作方式，促使机械设计制造自动化、信息化发展，为制造行业的建设与发展提供现代信息技术的支持。如何将计算机辅助技术运用在机械设计制造中呢？本文就此进行分析。

一、计算机辅助技术

计算机辅助技术（computer aided technique），是利用计算机及其图形设备，辅助设计人员进行设计工作的技术手段。在机械设计工作中，部分操作任务较难，人工操作的方式无法保证设计效果。这时可以引进计算机辅助技术，将此项复杂的操作简单化，帮助设计人员进行实践操作，提升机械设计工作效果，优化设计过程，减轻设计工作的难度。计算机辅助技术，包含较多的内容，如计算机辅助设计（computer-aided design，CAD）、计算机辅助制造（computer aided manufacturing，CAM）、计算机辅助教学（computer assisted instruction，CAI）等各个领域。通过各个领域的联合运用，可以更好的展示出计算机辅助技术的应用价值，为各个行业的建设与发展提供先进技术手段的支持。随着我国科学技术的发展，计算机辅助技术的应用范围越来越广，不仅在大型制造业中运用，同时还在机械、电子、轻纺、服装等产品的制造业、建筑土建工程中运用。

机械工程中设计工作十分重要，是保证生产工作顺利实施的前提，也是产品质量的保障。计算机辅助技术的运用，可以将比较复杂的内容简单化，通过对数据的模拟，建立三维几何模型，为设计人员提供便利的同时，提升设计工作有效性，为后续工作的实施打下坚实的基础[1]。在机械设计制造工作中，重视计算机辅助技术，利用CAD、CAM等技术进行相关的工作，发挥计算机的优势，做好数据的分析与处理，为高质量产品的制造、生产、运用提供基础保障。

二、计算机辅助技术在机械设计制造中的应用现状

与西方发达国家相比，我国机械设计制造的发展水平相对较低，仍需要不断的创新与发展，存在科技劣势。部分发达国家已经将纳米、数控、激光整合等技术运用在传统机械设计制造中，提升机械设计制造的效果与质量。我国部分机械设计制造企业虽然已经实现机械自动化控制的目标，但是关于计算机辅助技术的应用上仍存在一些问题，并没有将此与机械设计完全融合在一起，影响了我国机械设计制造行业进一步发展。具体如下。

（一）三维造型与绘图技术应用存在问题

在计算机辅助技术中，三维造型与绘图技术发挥着重要的作用，是推动机械设计制造发展的关键因素。通过对实际情况的分析，发现三维造型与绘图技术并没有与实际联系在一起，无法为设计工作开展提供基础保障。计算机辅助技术在运用的过程中，因为三维造型所具备的信息支持分析不足，所有无法保证三维造型应用的效果，绘制出精确的图像信息，影响后续的设计与生产。在三维模型创建的过程中，设计人员需要关注模型的应用效率，在不同基础性技术设计阶段，需要利用绘制技术进行相关的操作，以此保证设计工作的有效性。但是由于设计人员对机械设计的需求不明确，所以无法展示出绘制技术的应用价值，为机械设计制造工作开展提供技术手段的支持。在机械设计制造中，三维模型与绘图技术发挥着重要的作用，是保证各项工作实施开展的关键，若是这两项技术应用不到位，将会影响生产、制造工作的开展。

（二）与机械零件及设备的对接上存在问题

通过对我国机械设计制造分析，发现设计人员将工作的重点放在机械设计总体方案的优化处置上，忽略计算机辅助技术与机械零件与设备的对接，影响计算机辅助技术的应用效果，无法保证设计工作的精准性[2]。利用计算机辅助技术优化机械设计方案时，设计人员比较关注方案的处理与优化，没有认识到人机对话技术、模具等研究工作对机械设计制造的积极作用。虽然运用计算机辅助技术开展相关的工作，但是无法展示出计算机辅助技术的应用价值，对机械设计工作的实施与开展产生了一些不良的影响。

三、机械设计制造中计算机辅助技术应用对策

（一）设计图中运用

机械设计制造中设计图有着非常重要的地位，是提升机械设计制造工作有效性的关键。通过设计图的绘制，可以了解机械制造的方向，同时能够为后续高品质的生产工作提供基础保障。以往机械设计制造工作中，会采用人工的方式绘制设计图。通过设计人员前期的调研与了解，根据机械设备功能与使用环境，绘制符合实际的设计图。人工绘制的方式，虽然可以保证设计图绘制的质量，但是也存在一些问题。在设计工作中，会因为种种因素的影响，致使设计更改或者与实际不符的问题出现，无法保证设计图绘制工作的效果。计算机辅助技术的运用，弥补以往人工绘制中存在的不足，同时可以帮助设计人员积极参与此项工作中，为设计图绘制工作开展提供技术支持。

以计算机辅助技术中的支撑软件为例，该软件是CAD软件系统的重要组成部分，具有数据交换性能、软件继承性能与二次开发性能。在实际工作中，可以利用支撑软件中的交互式绘图软件进行设计图的绘制工作。这类软件主要以交互方法完成二维工程图样的生成和绘制，具有图形的编辑、变换、存储、显示控制、尺寸标注等功能；具有尺寸驱动参数化绘图功能；有较完备的机械标准件参数化图库等。通过交互式绘图软件的运用，可以减轻设计人员的工作压力，同时能够提升设计图纸的绘制效率，对机械设计制造设计图绘制工作的实施具有很大的帮助。

（二）零部件与装配图建模中应用

在机械设计制造工作中，计算机辅助技术的运用，为零部件与装配图建模工作的实施提供便利。实际工作中，可以将机械设计制造相关的数据整合在一起，利用三维建模手段，对零部件与装配图进行模拟，以此检验设计图纸的可操作性与可实施性[3]。首先，利用计算机辅助技术对零部件进行建模处理。通过计算机辅助技术中基础性体系与布尔运算结束后，快速建立零部件的立体模型。对于结构比较复杂的软件，可以利用交互绘图软件，将零部件的二维工程样图呈现出来，基于此进行三维立体图形的设计，以此保证零部件模型设计的准确性。其次，利用三维编辑功能装配零部件模型，形成机械装配图。在零部件与装配图建模中，主要使用三维几何建模软件，通过这类软件的运用，可以解决主要解决零部件的结构设计问题，能够为设计人员提供专业的技术，可以将零部件的模型与结构清晰的呈现出来。该软件具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算、参数化特征造型及装配和干涉检验等功能。在零部件设计工作中，可以利用此类软件进行操作与实践，以此保证零部件设计工作的有效性，为后续设计工作与制造工作开展提供支持。

（三）逆向工程的运用

逆向工程是一种消化、吸收、应用先进科学技术的机械设计方法。在机械设计制造中，逆向工程的运用，提升产品的设计效果与质量，保证设计工作水平。通过对逆向工程应用情况的分析，发现该工程在运用的过程中出现了成本消耗大的情况，若想利用此提升机械设计工作效果，需要相关工作人员投入较多的时间与精力，通过多方面的努力，才能保证设计工作的效果。在机械设计逆向工程中，计算机辅助技术的运用，可以解决以往工作中存在的问题，同时能够提升对先进国家技术的吸收效果，可以为机械设计制造发展提供更多的动力。以往逆向工程设计工作中，比较注重新产品的制造，会在只有实物模型的基础上，了解产品的设计，并对产品零部件进行逆向重构。具体来讲，逆向工程就是对产品的拆解与重构，从而实现新产品的构建[4]。计算机辅助设计的应用，可以利用坐标测量设计，通用软件等技术手段，对实体物质进行转变，将此变成CAD模型。在此基础上，利用计算机辅助技术的优势，对机械产品进行全方位的分析，了解产品的实际情况，并在原有的基础上进行二次设计与开发。与传统工作模式相比，计算机辅助技术与逆向工程的结合，不仅提升实物分析工作效果，同时使整个设计工作变得简单，强化工作人员对产品特点、相关零部件的认识，推动后续的设计与开发工作开展。

（四）工程分析与结构优化调试中运用

在机械设计制造中，工程分析与结构优化调试工作十分重要，是了解机械产品功能与质量的有效手段。通过这一种工作的实施，可以提升设计工作的效果与质量，为制造产品的生产与运用提供保障。在工程分析与结构优化调试中，可以利用CAD中的工程计算与分析软件，对工程进行分析。这一软件的功能非常强大，包括基本物理量计算、基本力学参数计算、产品装配、公差分析、有限元分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析及仿真与模拟等，有限元分析是核心工具。通过这一软件的运用，可以提升工程分析效果，能够为后续的结构调试工作开展提供便利。

实际工作中，利用CAE技术，对机械设计产品的动态特征、碰撞问题等进行全方位的分析，利用此保证设计产品功能的稳定，为后续运用打下坚实的基础。CAE技术是计算机辅助工程分析，准确地讲，就是指工程设计中的分析计算、分析仿真和结构优化[5]。CAE技术和CAD技术的结合越来越紧密，在产品设计中，设计人员如能将CAD与CAE技术良好融合，就可以实现互动设计，从而保证企业从生产设计环节上达到最优效益。分析是设计的基础，设计与分析集成是必然趋势。在实际工作中，灵活运用CAD与CAE，借此提升机械设计工作的质量，为设计人员提供工程创新和产品创新能力的技术支持，使设计人员在该技术手段的支持下，可以快速了解新的设计产品的实际运行情况，及时发现问题，解决问题，避免对产品的研发造成不利影响。

四、结语

总而言之，在机械设计制造中，计算机辅助技术的运用，提升了设计工作效果，解决了以往人工设计工作效率低、投入大的问题。实际工作中，发挥计算机辅助技术的优势，将此运用在设计图绘制、零部件与装配图建模、逆向工程与工程分析与结构优化调试中，利用此提升机械设计工作的有效性，为我国机械设计发展提供更多的动力与支持。利用计算机辅助机制，创新我国机械设计制造领域的工作模式，促使机械制造自动化、智能化发展，提升我国制造业的综合竞争力。