机械设计中计算机辅助设计技术应用研究

郭超

摘要：随着当前我国信息技术水平的不断发展，计算机技术也逐渐得到了广泛地应用，其中计算机辅助设计技术作为现代工程设计当中的重要工具，在机械设计中发挥着重要作用。基于此，本文针对计算机辅助设计在机械设计中的应用优势展开探讨，并从多个角度对该技术在机械设计中的实际应用进行研究。

关键词：机械设计;计算机辅助设计;三维建模

中图分类号：TH122                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）15-0218-02

0  引言

计算机辅助设计简称CAD，其主要功能和作用就是通过计算机和相应图形设备帮助设计人员完成设计工作。CAD技术的合理应用能够在一定程度上减轻设计人员的工作压力和设计的复杂程度，能够自主完成相关计算、存储以及制图动作，而且还能够对设计进行多样化处理，极大地提高了设计人员的工作效率。

1  在机械设计中应用计算机辅助设计的优势

机械设计作为机械设计制造过程的基础环节，其设计的水平、质量直接影响着相应产品的质量和效果，因此，加强对于机械设计的重视是十分重要的。得益于计算机强大的存储、计算能力，作为机械设计技术与计算机技术的交叉学科的计算机辅助设计技术，近年来取得长足的进展：拷贝设备、存储设备、高清显示器以及扫描系统等多项功能设备能有效支持对机械图形的高清绘制、存取、转换;交互式图形显示软件、应用软件和相应的数据管理软件等的应用，使得计算机辅助设计在绘图、计算、造型以及人机交互方面优势明显，合理有效应用该技术，能够有效提升机械设计效率，为高质量完成机械制造提供支撑。

在机械设计中应用计算及辅助设计技术的优势主要体现在以下几个方面：第一，CAD技术作为一种设计辅助工具，能够有效降低机械设计的难度，简化图纸绘制过程，进而提高设计效率;第二，相较于人工计算而言，CAD技术能够借助布尔运算实现对于产品设计的高效处理，在实际进行机械设计的过程中若发现前期设计中出现计算问题或失误情况，可及时进行修改和变更，并且后续设计也会随之更新，有效提高了机械设计效率;第三，借助CAD技术在保障了设计效率，缩短设计周期的情况下，同时也保障了设计的质量;第四，由于设计周期的缩短，設计质量的提高，也有效降低了设计过程中的资源浪费，降低了机械设计成本[1]。

2  计算机辅助设计技术在机械设计中的实际应用

在社会不断发展的情况之下，对于机械设计的要求不断提升，当前计算机辅助设计技术已然成为机械设计当中的重要工具。不同的计算机辅助设计软件有着不同的功能侧重点。由于计算机辅助设计技术有效保障了机械设计的精度、质量以及效率，因此在实际机械设计当中得到了较广泛地应用。

2.1 二维图样

在机械设计中计算机辅助设计技术应用最为广泛和深入的领域就是二维图样的绘制方面。

本文以AutoCAD绘图软件为例，对其二维绘制功能进行介绍。AutoCAD是当前应用最为广泛的二维图样绘制软件，有着十分全面的绘制功能，该软件在二维图纸绘制过程中的详细功能如下：①文本设定：创建单行或多行文字作为单个文字对象;格式化文本、列和边界。②标注：自动创建标注;将光标悬停在选定对象上以获取预览，然后再进行创建。③中心线和圆心标记：创建和编辑移动关联的对象时自动移动中心线和中心标记。④表格：创建数据和符号分别在行和列中的表格、应用公式，并链接到Microsoft Excel的电子表格中。⑤修订云：为图形中的最新更改绘制修订云，从而快速识别更新内容。⑥视图：按名称保存视图，轻松返回到特定视图当中，以便快速参考或应用到布局视口。⑦布局：制定图形大小、添加标题块、显示模型的多个视图。⑧字段：使用文本对象中的字段来显示字段值，更改时可自动更新文本。⑨数据连接：通过在Microsoft Excel电子表格和图形中的表格之间创建实时链接来启用同步更新。{10}数据提取：从对象中提取信息、块和属性，包括图形信息。{11}动态块：添加灵活性和智能到块参照，包括更改形状、大小或配置。{12}阵列：以环形或矩形阵列或沿着路径创建和修改对象。{13}参数化约束：应用几何约束和尺寸约束，从而保持几何图形之间的关系。{14}清理：通过简单的选择和对象预览，一次删除多个不需要的对象。

此外，该CAD软件的交互界面功能全面，操作简单，适用于多种文档设计环境。在机械设计过程中，实际绘制二维图样时，经常会涉及对一些关键要素的重复绘制，例如一些表示零件表面质量粗糙度的符号等，在AutoCAD软件上进行绘制的过程中，可以通过将一些常用的符号、零件以及标准件等相关图形设置为通用符号，将其定义为通用块，然后在实际进行二维图样绘制的过程中，需要标注相应符号和图形时，设计人员就可以直接在AutoCAD软件中调用相应图块，并将其插入到图纸当中，而且在插入图块的过程中，还能够根据设计需求对图块进行调整，极大地提高了图样绘制的效率和便捷性[2]。在机械设计时，进行二维图样绘制的过程中，为进一步判断设计的可靠性，不同型号零部件的设计是否符合实际需求，还需要涉及人员利用相应CAD软件进行模型造型和承载试验，进一步确保机械设计的效率。除此之外，还可以借助CAD软件的网络功能，实现数据共享，为机械设计的优化、探讨、合作开发以及审核提供便利。

2.2 三维建模

随着当前机械制造行业的不断发展，市场对于机械产品的精细化程度、设计质量等各个方面有了更高的要求，机械产品的复杂性也在不断提高，在此情况之下，传统通过二维图样进行设计的方式已经难以满足设计以及机械制造生产的实际需求，在现有机械设计常采用的三维建模的过程中，往往通过一次性的设计难以达到实际要求，因此机械产品三维模型的构建和设计往往需要经历设计、仿真、再设计三个阶段，以此进一步提高设计的可靠性。

在三维建模中应用计算机辅助设计技术的过程，主要包括两个环节，即CAD建模和CAE仿真。其主要技术过程就是先结合设计需求和实际情况对零件进行建模设计，然后再运用相应软件，进行虚拟装配，以此确保机械产品设计的科学性、合理性以及实用性。

CAD软件有着强大的三维建模功能，而且三维模型的种类丰富，在实际进行建模设计的过程中，需要结合具体情况和需求选用不同的模型类型。以AutoCAD软件为例，在图1所示的三维模型中，三维线框模型主要适用于初始设计迭代当中，而且具有一定的透视性，能够作为几何图形的参照，有助于后续建模和修改。三维实体模型是对于机械设计产品实际情况的展示，有着极高的效用，并且在实际设计过程中易于进行图元合并和轮廓拉伸操作，此外还能展示相应质量特性和截面。三维曲面建模能够实现对于曲面的精准控制和设计分析。三维网格建模有着自由形式雕刻、锐化和平滑处理的功能，有助于实现对于机械设计的多样化需求。除此之外，CAD软件还能够实现二维图样和三维模型等多项转换功能，进一步满足机械设计需求。

CAE仿真技术就是对建模完成的零件进行虚拟装配，通过虚拟装配，设计人员能够观察到零件装配过程中的实际情况，了解不同虚拟装配关系之间的差异，并以此为依据进一步对机械设计进行完善，以此保障机械设计的质量和效果。在机械设计当中，建模和仿真技术有着十分重要的意义和作用，是保障设计质量效果的重要计算机辅助设计技术。

2.3 二次开发

在当前机械行业不断发展的情况下，为进一步优化产品功能，满足实际需求，同时降低设计生产成本，会在原有产品的基础上进行二次开发。二次开发实际就是在机械设计过程中，为降低設计成本，减少设计时间，在原有设计上进行定制化修改，通常情况下二次开发不会改变设计产品的原有内核，如机械产品的功能、作用等。

计算机辅助设计技术是当前机械设计领域，进行二次开发所应用的主要技术，常用的软件有VBA、AutoLisp等，不仅操作较为简单便捷，而且数据、图纸信息保存管理也十分方便，在机械设计二次开发当中得到了广泛地应用。在实际进行二次开发的过程中，由于机械设计的需求不同、不同计算机辅助设计的功能存在差异性，尤其是CAE仿真系统，因此，在进行仿真操作的过程中，需要结合实际情况和设计需求，合理选择相应工具，以确保二次开发的质量和效果。

2.4 逆向工程

逆向工程也称作逆向技术，简单来说就是一种产品设计的再现技术，通过对目标产品进行逆向分析，得到产品的结构、功能、技术规格等相应设计要点，并以此为依据设计出与之功能相似的不同机械产品。在实际逆向工程进行过程中，可借助相应计算机的辅助设计软件，例如CAD、CAM以及CAE等软件构建目标产品的虚拟模型，并通过对实际产品的测量扫描明确产品的尺寸信息，然后进行逐步分解和分析。逆向工程流程如图2所示。以著名的逆向工程软件Imageware为例，在实际操作过程中，首先，需要将采集到的点阵数据导入到软件当中;其次，结合点阵数据确定曲线类型，然后创建曲线，并进行修改优化;再次，确定构建的曲面类型，并创建曲面进行优化;最后，实现模型构建[3]。

3  结论

综上所述，计算机辅助设计技术在机械设计过程中不仅能够应用于二维图样的绘制，辅助完成三维建模，还能够实现对于机械设计的二次开发，或者将其应用到逆向工程当中，对于提高机械设计的质量效率以及智能化水平都有着积极意义。相信随着对于计算机辅助设计技术的深入研究和应用，我国机械设计水平将会得到进一步提升。

参考文献：

[1]罗蓉.计算机软件在机械设计中的应用——评《AutoCAD机械制图与计算机辅助设计》[J].材料保护，2021，54（01）：199.

[2]黄晓春，文运昌.机械设计制造与计算机辅助技术结合应用分析[J].湖北农机化，2020（10）：137-138.

[3]武承晨.计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用[J].内燃机与配件，2020（06）：235-236.