三维CAD技术在机械设计中的应用

魏庆媛

(哈尔滨石油学院机械工程学院，哈尔滨 150000)

机械设计具有高专业性、内容复杂、难度较大等特点，而传统机械设备设计存在效率低、出错率高、工作量大、难以直观展示设计效果等问题，若不转变设计理念，则难以设计出满足使用者需求的机械设备。三维CAD技术是以计算机设备作支持，利用三维建模技术，基于三维设计环境实现设计的有效方法，将这种设计误差更低、设计周期更短、效果展示更加直观的设计方法应用于机械设计中优势显著。

1 三维CAD技术的功能与性能

1.1 三维CAD技术的基本功能

三维CAD技术是基于三维模型的技术，相较于传统设计技术，其功能更完善，可合理完成三维造型设计，对设计对象进行三维仿真，实现设计图样的集中存储与管理，还可实现二维模型向三维模型的转化，能够针对机械设备的机构运动展开动态化分析。

1.2 三维CAD技术的性能

三维CAD功能的有效发挥，要注重几何图形的性能需求。三维CAD技术的应用是展现设计师想象力的过程，也可为设计师提供创作思路。将其用于虚拟设计及仿真设计中，应了解几何图形性能需求，合理展示产品的虚拟设计、仿真设计效果，完整地完成产品设计并进行工程制图。

2 机械设计中三维CAD技术的应用

2.1 在设计方案建模中的应用

三维CAD技术表达的直观性更强，可实现设计效果的立体化展示。方案建模包括三维CAD技术共有框架法、表面法及立体法三种建模方式。具体应用环节，应结合设计方案的差异性选择与之相匹配的建模方法，如设计正方形等形状规划且不复杂的图形时，可利用表面法直接进行绘制；若是绘制图形结构复杂，则需要在应用布尔运算方法的基础上，通过重新组合排列图形，基于精密的计算完成图形的绘制，实现立体化建模，确保方案建模任务的高质量完成。

2.2 在机械CAE软件中的应用

应用机械CAE软件的目的是进一步优化产品结构，详细分析与比对设计图中的各项参数信息，对设计方案中的不合理之处进行优化，从而得出更加科学、可行的产品设计方案。为了实现三维CAD技术与机械CAE软件的有机融合，应在方案建模完成后发挥三维CAD强大的分析功能，针对软件中各项设计参数进行分析，为设计方案执行的顺畅性提供保障。CAE系统能够预估机械产品寿命，分析工程数据，具备结构优化设计等多项功能，可解决机械产品的造型问题。利用CAE系统可优化机械产品材料、刚度、寿命等，增强机械产品结构的合理性。

2.3 在农业机械设计中的应用

三维CAD技术在农业机械设计中发挥着重要作用。设计农用收割机时，应从轴流钉齿脱粒分离设备的设计入手，利用Motion works系统展开设计，在Cam works数控加工模块基础上处理三维系统，通过三维CAD技术的应用，进行设备设计环节的合理分配，逐步完成机械设备方案设计。通过简化设计难度，提升农业机械设计效率。

2.4 在检验机械零部件设计中的应用

机械设备零件组装或检查过程中，可应用三维CAD技术，发挥其数据播放功能，逐一播放各个机械零件的组装过程，优化设计机械零件。在此过程中，可依托三维CAD技术的数据查找功能，找出与机械设备要求不相符的零件，做出合理调整，增强零件间的协调性，避免因零件契合度不高而影响机械设备的正常运行。可应用三维CAD技术展开机械零件检查，对机械设备质量进行排查，提升设计检验效率。

2.5 在机械设计方案形成中的应用

三维CAD技术具备数据采编功能，在设计环节，可对设计方案进行拆分与组合，形成全新的设计方案。针对复杂的零件，设计方案形成时，需要应用三维CAD技术中的旋转功能进行结构调整，提升方案形成的合理性，提高设计质效。机械设计中，可利用CAD或CAM软件开发系统，通过平面设计、数据分析、曲面造型、立体构筑4种方式生成设计方案，在保障机械设计方案科学生成的基础上，确保设计方案的有效执行。

2.6 在模具CAD集成制造中的应用

机械生产向着科技化与智能化的方向发展，在机械设计领域，CAD/CAM/CAE等设计制图方式成为主导。在机械模具加工制造中，模具CAD/CAM激光快速成型技术得到了广泛应用。在新型软件体系中融合三维CAD技术的仿真、曲面造型、三维绘图及数控加工等多种功能，可在系统支持下，利用工程数据及丰富的资料，进一步优化机械产品性能，提升机械产品制造质量。

2.7 在机械生产噪声控制中的应用

机械设备运行会产生噪音，特别是建筑施工机械产生的噪音分贝极高，会影响周边居民的正常生活。数据表明，机械及液压泵生产作业产生的噪音高于90分贝，而锚杆机在特定作业环境下产生的噪音甚至高达100分贝。为避免噪音过高损害人体健康，设计制机械产品时，可利用三维CAD技术，依据空气动力学原理，优化设计，降低机械设备噪音。设计过程中，应注重保持机械产品的动平衡，降低机械设备的震动幅度，减少机械设备运行中的噪声污染。

3 结语

三维CAD技术是直观性强、可实现立体化展现且具备较高安全性的设计方案，在各个行业领域均展现出了良好的应用价值。将其应用于机械制造中，能为设计方案建模提供支持，还可用于机械CAE软件中，适用于农业机械设计。可利用三维CAD软件进行机械零件设计，形成机械设计方案，可利用模具CAD/CAM激光快速成型技术完成模具CAD集成制造，其在机械设备噪声控制方面应用效果较好。未来，三维CAD技术将逐步向智能化、虚拟化、集成化及规范化的方向发展，在机械设计领域中的应用必将更加广阔。