机械工程设计中CAD 技术的应用

王 春 徐留明

（钟山职业技术学院，南京 210049）

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术是设计工程师群体中运用较多的一种设计技术，该技术的科学利用可以使机械工程设计工作更加合理[1]。设计时，通过联合运用有关辅助软件即可制作出想设计的内容，然后经过复制、修改以及比较制作出产品的多个设计图，最后联系实际情况做好全面的分析选出最佳设计方案[2-3]。在机械工程设计工作中，科学运用CAD 技术手段，能够使CAD 技术拥有更好的发展前景。

1 我国CAD 技术的现状

在20 世纪的70 年代，我国就已经展开了CAD技术的研究，设计人员通过采用计算机等辅助设备设计比较复杂的工业产品，并计算曲线拟合数值，明显提升了工作的质量。在20 世纪80 年代时，一些大型设计院和企业开始引进CAD 系统，这项技术手段逐渐得到普及和发展。从20 世纪90 年代以后，国内的很多大型企业以及科研单位、高校等加大了研究开发CAD 系统的力度，得到了用于绘图、分析、计算和图纸档案管理的CAD 软件[4]，如图1 所示。与国外的一些发达国家相比，我国的CAD 技术开发较晚，虽然在不断进步发展，但是技术差距仍然较为明显，如CAD 软件功能相对单一、缺少足够的稳定性、集成度低、竞争力有待提升、未能充分应用CAD 系统深层次功能以及对于CAD 系统二次开发的力度不够等[5-6]。另外，该类技术的资金支持不足、商品化程度较低、营销手段落后、企业重视程度有待提升、国家对标准的制定有待提高以及缺乏专业技术人员等也是影响到CAD 技术发展的关键性因素。

图1 软件功能界面图

2 CAD 技术应用于机械工程设计领域中的优势

2.1 缩短工程设计时间

传统的绘制软件不能达到设计参数化的目标，已经滞后于迅速发展的机械工程。随着CAD 技术的不断发展，此缺陷问题得到了解决，该技术不但能够将设计问题参数化，而且能够调整设计产品的机械结构[7]。CAD 技术通过模型的尺寸、结构变化以及形状等信息能够选取最优图形展开所需绘制，同时能够按照零件部位、形状等合理调整零件图纸，从而完美呈现零部件自身结构，而且能够规避零部件之间不匹配的问题，CAD 技术绘图原理，如图2 所示。

2.2 保证机械产品质量

在信息化技术的时代背景下，很多机械工程企业为得到最优经济效益，通常采取CAD 这种先进的技术手段，从而在根本上改变机械零部件设计的质量，通过采取这种先进的技术，切实提升了零部件的设计水平[8-10]。CAD 软件技术能够辅助获得更高精度的机械工程设计结果，使机械零部件的生产更加标准化、智能化，从而保证实际生产所得产品更贴近于具体情况，同时还能够使设计图纸更科学合理，从而减少设计结构的偏差问题，提升机械产品的综合质量，是确保机械零件生产质量更高的重要手段。

3 CAD 技术在机械工程设计中的应用情况

3.1 CAD 软件的使用

现代机械工程设计领域中，绘图处理技术是提高设计质量的关键性技术手段，其中CAD 绘图处理技术是当前机械工程设计以及有关的制造行业中应用率较高的绘图处理技术手段[11]。随着CAD 绘图处理技术的不断完善发展，这种技术的绘图处理功能越来越强大。

计算机辅助设计软件中的CAD 辅助技术，是采用CAD 软件展开辅助绘图，并运用软件、插件等设计出机械产品所需要的尺寸和规格等参数的技术，从而更加直观、准确地表达产品的结构信息。绘图是机械工程设计中非常关键的环节，运用CAD 技术绘制产品结构图纸，能够减少设计人员的工作量，避免以往人工绘图、经验绘图中的各种不足和缺陷等问题，提升绘图工作的可行性[12-13]。绘图完成以后，需要明确标注数据信息，从而更精细化地呈现整体设计工作。通常CAD 软件中的功能包括编辑图形、交互式绘图、层次区分、图块调用、剖面填充、文字、标准尺寸以及交换图形等功能，如图2 所示，科学利用各项功能能够迅速绘制出精准度较高的符合工程实际的设计图。

图2 CAD 技术绘图原理

3.2 机械建模的运用

通常，机械设计工程师制造产品之前会对新设计的各种产品零部件展开针对性的机械建模，同时分析并观察实际产品的状态，以掌握其尺寸、外观、物化性质等信息，从而保障新设计生产出的机械产品符合用户的实际应用需求[14]。

机械工程设计中，CAD 技术中的机械三维造型以及机械设计的最终实体造型属于重要的造型方法，可以方便设计者观察设计出的产品，同时合理推断产品的生产工艺[15]。生产机械工程相关产品的过程中，应该先以建模的形式构建最优状态的机械工程产品模型，从而获得更加科学的数据资料，保障得到的信息准确可靠，以便于研究设计出的机械工程产品的理化性质。一般情况下，机械制造业在实际设计生产中，若不能准确地收集、分析机械工程模型的数据来进行设计和修改，就会导致诸多问题，从而对接下来的工作产生影响，如产品会产生不充分的抗压能力、较低的理化性质、韧性不足问题等[16]。为了运用好已有机械工程相关的设计模型，机械设计工程师在设计生产过程中应该保障设计参数准确，以免产生机械设计零件不达标的现象。

运用三维建模这一技术手段，可以直接从三维软件中建立起相应的机械工程设计模型，如图3 所示，从而减少产品结构不合理、整体误差以及设计重构等问题，提升产品的设计质量，缩短产品设计时间，提高整体工作效率。

图3 三维建模

3.3 优化机械设计结构

将CAD 技术应用于机械工程设计中，一方面能够实现机械工程相关产品设计的绘图和建模，另一方面能够在生产期间进一步优化和完善零件的机械结构，以便于展开科学的机械力学分析，从而使有关产品能够达到实际标准，推动优化和升级机械设计结构。在机械工程设计领域中运用CAD 技术，能够在之后的机械力学分析设计中建立模型零件，以便于展开针对性的试验操作，在之后的工作中就能按照试验结果以及分析的结果调整并优化设计零件的结构，从而保障机械产品的性能及质量水平，提升设计工作的效率和有效性。

在现代机械工程设计领域中运用相应软件、插件是CAD 设计的重要优势，不但能够监测各设计人员整个图纸的设计过程，而且能够分析整个设计图纸制作过程的稳定性，从而找到其中的缺陷和不足，再通过联系实际情况和各项要求标准，就能对设计图纸展开可行性评价。CAD 技术的应用，可以分析设计人员的工程设计图纸并展开建模、评价，促使零件模型进一步优化，从而保障机械工程制造过程中的可靠性，减少差错问题，提升设计质量。

3.4 CAD 技术的智能化应用

随着社会的发展，智能化技术已经被广泛应用于生产以及生活中的各个领域，从而带动了机械工程设计稳定发展。基于主管层面的角度，保障智能化的思想理念、技术策略、产品等符合人性化的需求，并使其满足现代社会人们的多样化需要，能够明显拓宽设计方案的范围，突破传统设计的局限性。在科学运用CAD 技术智能化模式后，可以促进机械工程设计工作向更深层次发展。

首先，CAD 技术智能化的应用，可以联系实际的需求以及数据分析的结果构建有关设计方案。其次，通过采取先进的CAD 技术优化处理操作步骤，能够减少人为设计产生的弊端。最后，将CAD 智能化技术推广应用以后，逐渐增加实际设计的智能化内容是推动机械产品智能化进一步发展的重要保障，这样不仅可以多方面显示产品的功能，而且能够增强产品自身的利用价值，从而带动机械行业稳定可持续发展。

4 未来CAD 技术在机械工程设计中的应用发展趋势

4.1 集成化发展

近年来，随着我国数控加工技术发展速度的加快，应用到CAD 技术的领域更多，这项技术针对机械工程、工艺的设计方面产生的作用也更加凸显。然而，并不是所有的CAD 技术均拥有此类集成化的功能，设计人员在采取CAD 技术的基础上，只有科学分析模型结构，同时全面把控设计中的市场需求信息，才可以开展相关的设计与分析，设计过程与CAD 过程的关系如图4所示。正是由于CAD 技术的集成化发展，才可以优化烦琐的计算程序，增强程序的计算精度，从而达到不断提升机械工程设计效率与质量的目的。

图4 设计过程与CAD 过程的关系

4.2 虚拟化发展

应用CAD 技术能够促进现实技术的虚拟化发展，而且在普及运用CAD 技术手段以后，也能够带动有关虚拟化技术健全与完善发展。通过分析现实技术的虚拟化信息，能够了解机械工程设计中已经大量应用的虚拟现实技术，如以模拟操作的方式分析产品结构与质量等。

4.3 参数化和网络化发展

参数化在计算机硬件技术不断发展的情况下获得了发展，CAD 技术也逐渐从二维绘图发展至三维建模。参数化以及变量化的设计思想不断加强，明显降低了设计工作工作量，这也是CAD 技术的重要发展趋势。以参数约束设计对象，可以更加精确地表达出形状结构的设计结果，形成产品的集成信息模型。另外，在电子商务经济高速发展的背景下，CAD 技术会面向网络化获得更先进的发展，此时在设计期间采用CAD 技术，能够更快地将设计方案与图纸传送到生产场所，以达到动态化分析的效果，从而提升生产效率，节约生产成本，为企业创造最优的经济效益。

5 结语

在机械工程设计领域运用CAD 技术，能够提升机械产品设计制造的效率，减小实际生产的误差，同时在保障机械零件质量的情况下，还可以增强机械产品整体的质量水平，使机械工程设计具有更高的核心竞争力。随着计算机技术的功能不断完善，信息处理呈现出了智能化的发展趋势，工程设计人员应该全面认知CAD 技术，掌握好设计的各个环节，才能创造更多的经济效益和社会效益。