三维CAD技术在机械制图中的应用研究

2021-04-03张立新丛文静赵敏

现代制造技术与装备 2021年9期

张立新丛文静赵敏

（海军航空大学，烟台 475099）

CAD技术应用之前，机械制图是以复杂烦琐的手工制图为主。手工制图需要通过二维形式表现出机械实物的三维立体化关系，相应地加大了手工绘图的难度。CAD技术简化了机械设计绘图流程，结合现代计算机技术和数据资源，提高设计效率[1]。

1 CAD技术与机械制图的关系

多数人员对于CAD技术、机械制图的认识误区较大，认为CAD技术只需要识别物理图像就可以完成机械制图。随着社会经济的快速发展，在工业企业生产中必须重视机械制图的相关问题，学习和了解CAD技术机械理论、技巧，合理应用CAD技术优化机械设计，通过多元化设计指令，准确绘制机械图样。在传统机械制图中，设计人员需要利用大量时间绘图。若可查阅和借鉴的资料与方法少，将会导致设计图被频繁修改，降低了后期绘制图像的清晰度。应用CAD技术可以有效规避上述问题，利用计算机与显示器绘图立体化展示设计效果。

2 机械制图中CAD技术的应用优势

2.1 CAD技术精确度高

在建筑设计、机械模具设计中，人们对尺寸、规格精度要求严苛，导致传统手工绘图的方式已不能满足绘图需求。三维CAD技术可以精密绘制设计图纸，将精确度控制在毫米级。在机械设计与生产中，合理应用三维CAD技术可以降低设计生产难度，提升设计速度，加强项目效果[2]。

2.2 技术应用的便捷性

在传统机械绘图中，当出现差错问题时，必须返工修改图纸内容，此时需要重新开展设计工作。但是，应用CAD技术可以准确控制绘图过程，在绘图出现错误时可以及时修改优化，减少机械制图的时间成本。

3 CAD技术在机械制图中的应用

3.1 技术精密度

应用CAD技术可以高效且精准绘图，降低后期工序操作难度。相比于传统手工制图技术，三维CAD技术具备高效、误差低、便捷等优势。

3.2 存储和传播图像文件

在常规机械制图操作中，需要应用工具进行处理，且纸质制图的存储与保管难度大。然而，CAD可以直接利用计算机对图纸进行设计与加工，还可以方便快捷地传输、交流和存储图纸资料。完成图纸设计后，图纸文件、资料、数据存储到计算机上，可以将数据刻录为光盘，便于长期存储与保管。通过计算机对图纸与设计资料进行存储，不仅可以减少资源浪费，还可以防止纸张受损、资料丢失。计算机系统具备强大的计算能力，只要确保电能供应，就可以持续运行。所以，机械制图和CAD制图相结合，不仅可实现设计目标，而且可避免产生绘图误差。

3.3 制图资源可重复利用

传统机械制图绘制问题较多，项目结束后，存储纸张与文件无法被重复利用。然而，在应用CAD技术时，机械制图图纸可以建设多类型数据库，便于后续设计。当遇到类似机械制图任务时，能够从数据库内选择相应图形与制图技巧，修改相关参数就可得到新的绘图，提高了机械制图效率。采用此方式可以确保机械制图能够长时间存储保管，不断丰富资源库内容，为后续设计生产提供资源保障。

4 CAD技术在机械制图中的具体应用

4.1 在几何制图中的应用

机械制图中包含多种元素，因此在页面设计与布局时，通过科学化技术，确保点线面分布的合理性。通过CAD技术输入控制点位坐标，建设多形式视图，快速完成点线面刻画。通过几何制图，反映出不同点的位置，呈现出立体化视觉效果。

4.2 在组合视图中的应用

机械制图中，组合体通常由多个几何图组成。在应用CAD技术进行设计与绘制时，利用三维建模功能优化绘制组合体造型，确定构件造型平面，建设几何结构。按照自身设计，旋转几何体找寻适宜方向，同时将几何体布设在对应位置建设三维模型。应用CAD设计方法后，对于结构复杂、数量多的机械构件，设计人员可以短时间完成，提高了机械制图的效率[3]。

4.3 在剖视图中的应用

在机械制图中，剖视图非常重要，且应用广泛。多数构件细部的设计与处理，都需要借助剖视图展示其复杂的空间形态，同时帮助设计人员设计复杂线条，如曲线、投影等。剖视图无法建立交叉线条和重合线条。利用CAD技术可建立对应的几何模型，同时通过计算机解剖展示构件平面，详细观察机械内部结构与形状，通过三维视图多角度、多方位观察图像，为后续设计奠定了基础。

4.4 在装配图中的应用

机械制图的内容不仅包含机械结构与部件绘制，而且涉及到多机械部件装配组合，利用CAD技术模拟机械部件状态。在装配过程中，合理设置三维图纸可更好地展现各部件结构与关系，掌握机械装配流程与方式。三维CAD技术能够模拟不同构件的装配过程，确保操作人员了解装配流程。

4.5 零部件实体建模

将CAD技术应用于机械制图，能够为三维实体建模提供建模方式，简化零件建模过程。对于简单结构的零件，通过制图知识将零件划分为多个基础几何体。建立模型后，合理应用草图工具绘制平面轮廓。使用实体编辑工具，生成实体模型。建设三维实体模型，设计人员基于各角度观察和调整零部件，充分发挥想象力与创造力，提高机械设计的效率。

4.6 集成制造系统

通过CAD技术编写程序完成产品的模型，利用程序控制数控加工装置。通过CAD软件模拟加工刀具路径，待设计人员检查无误后，可以生成数控程序，并利用数据接口将程序传输至数控设备，驱动设备高效准确地完成产品加工，提高生产效率。

5 CAD技术的发展前景

5.1 集成化

对于生产制造企业来说，设计制造管理属于重要的生产活动。三维CAD技术朝着集成化方向发展，可以提升产品生产的自动化水平。集成化主要是系统内部模块集成，包括工程领域计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）和CATD集成。软件标准化可以保障CAD集成化的效果，制定相关标准，提升软件开放度，实现CAD系统高度集成[4]。

5.2 信息化

在网络技术发展进程中，CAD能够制造标准化产品，将动态三维模型集成到自动目录中。利用互联网实时交流，确保设计人员能直接应用产品模型，减少重复性工作。按照网络协作模式，能够加强产品设计质量。

5.3 标准化

建立统一化产品数据交换标准，可以实现CAD技术高度集成。复杂产品由不同企业及部门协作完工。机械产品部件信息存储于不同计算机CAD系统，在后期装配制造环节极易产生产品信息表达差异的问题。为了消除差异影响，在各系统内应当科学应用数据格式标准，实现数据格式国际化。

5.4 智能化

设计属于创造性活动内容，所要求的智能化水平非常高，传统机械设计无法完成。人工智能技术的快速发展将使CAD技术更加完善，其设计不仅是将CAD技术与智能技术结合起来，而是注重对人类思维过程的研究，建设标准化思维模型，通过计算机信息技术模拟表达，确保CAD系统的高效性，提高三维CAD技术绘图的效率[5]。