试论三维CAD技术及在机械设计中的应用

冯 岩

（西安铁路职业技术学院,710014）

计算机的普及以及计算机技术的突飞猛进，带动了三维CAD技术的广泛适用，其在建筑、医疗、机械设计等方面都发挥着不可替代的作用，其中在机械设计行业作用尤为显著。如何将CAD技术正确的应用于机械设计上，且其在机械设计行业的发展前景如何，都值得我们更进一步的研究讨论。

1 三维CAD技术的特点

要了解其特点，必须弄清楚什么是三维CAD技术。CAD即Computer-Aided Design的缩写，是指计算机的辅助设计，是一种在电脑绘图设计中经常要用到的技术软件。而三维CAD技术就是通过立体的、全方位、多方面的角度，实现对机械设计或者是电脑绘图起重要辅助作用的先进技术，其主要有以下几个优点：

1.1 机械设计方案更直观立体

传统的机械设计，仅仅是通过构思以后，将自己的想法设计在纸上，设计图案只具有平面性质而缺乏立体感。三维CAD技术改变了过去设计方案的平面化状态，在计算机中能够直观立体的展现人们的设计方案，将缩小后的技术方案通过运用高科技展现在人们的面前，以便于人们更仔细的看清设计方案中的闪光点和不足之处，提高设计方案的改进效率。同时还有助于设计方案的修正更改的方便性，传统的修改需要耗费太多的脑力和财力，而运用三维CAD技术以后，通过在立体的模型上进行修补，可以更直观的感受到修改方案是否有效，使设计方案更贴合实际。

1.2 缩短了设计时间，提高了工作效率

运用计算机和三维CAD技术，方案的设计主要是在电脑上完成，既避免了以前人工画图的辛苦，又切实的缩短了时间，提高了工作的效率。人们借助三维CAD技术，通过其中的布尔运算等功能，自动的形成方案设计中的图案，并自行组合，大大节约了设计师的时间，缩短了设计的周期，为以后的工作节约出宝贵的时间。据一项调查显示，运用三维CAD技术的机械设计公司，其设计所用的时间比没有运用三维CAD技术的公司少一半，同样的其工作效率高出3-5倍，这足以看出三维CAD技术的独特优点。

1.3 保障数据安全

三维CAD技术，改变了过去在图纸上进行作业的方式，将设计所需的一系列材料等保存在网上，避免了图纸的易丢失和不方便的劣势，保证了资料的安全，同时将保存在计算机上的数据进行加密，防止病毒或者是外人的恶意侵害，在最大程度上保证数据的安全。例如Engineer软件能够把方案设计中的全部数据保存下来并进行分析，保障了数据的安全。此外三维CAD技术还能够加强数据之间的交流和流通，通过将材料或者数据上传到网上，实现了数据的轻盈性，当数据进行传播的时候，只需要在电脑前轻点鼠标，就能够实现数据在省份之间或者是全世界范围内的流动，加强设计公司之间的交流和沟通，实现机械设计技术的传播和更新。

2 三维CAD技术在机械设计中的应用

2.1 设计方案建模过程中的应用

三维CAD技术的优点就是保证设计方案的直观立体，因此其在设计方案建模过程中应用十分广泛。三维CAD技术中的建模方式主要包括框架方式、表面方式和立体方式三种，针对方案中的一些简单图形，例如圆形、椭圆形或者是圆柱形等，三维CAD技术中都会自带。而对于那些复杂多样化的结构，该技术能够通过布尔运算，将系统中自带的图形图案进行排列组合，按照人们的要求，通过一系列的运算，最后建筑起设计者心目中的图案，保证设计方案建模过程顺利快捷的完成。比如要想完成央视大楼的设计图案，在电脑上通过三维CAD技术，并借助其他的设计软件，通过一系列的运算得到一个简单的模型图案，为以后设计方案的形成奠定基础。

2.2 设计方案形成过程中的应用

在设计方案的基本零部件完成之后，最重要的工作就是将这些零部件进行加工重组，经过排列组合，促进设计方案的完成。利用三维CAD技术的编辑功能，将原本相互独立没有什么联系的部件按照设计者原本的设计，进行排列组合，并且对于那些复杂的零部件，通过在先进的三维CAD技术中的旋转等方式得到新的、更适合排列组合的新部件，进而更容易的实现三维方案的成功进行，保障设计方案按质按量的完成。在形成过程中还要注重CAD/CAM软件开发系统的应用，该系统主要通过平面设计、曲面造型、立体构筑、数据分析等措施，对数据进行同一的应用和管理，保证设计方案的顺利形成和实施。

2.3 机械CAE软件的应用

机械CAE软件的主要功能就是优化结构设计，并对设计方案中的数据进行分析对比，最终形成合理性的设计方案，并对该方案进行评价评估，保证方案设计的合理化。三维CAD技术在CAE软件中的应用，主要表现在建筑好一定的模型之后，再由CAE软件进行设计分析等步骤，能够保证方案设计的顺利实现。

2.4 农业机械设计中的应用

在农业机械设计中，三维CAD技术仍然能够适用。比如在联合收割机的设计过程中，我们以轴流钉齿脱粒分离装置为设计的出发点 根据Motion works系统进行开发，并结合数控加工模块Cam works进行三维系统的设计加工，通过CAD或者API等技术将该系统划分为几个部分，通过各部分的完成最终实现总的实际方案的的自动生成。而相分离的个部分之间主要是通过数据的传输来保持联系，最终实现数据的共享。

3 三维CAD技术在现存社会的不足之处及其发展趋势

3.1 不足之处

首先就是软件的设计不合实际。部分软件的开发只注重对于功能的无限扩大，忽视了做基本的追求，导致人们不能正常的应用该软件，而且学习难度较大，对于人们的专业要求较高，花费了大量的开发资金却不能得到很好地回报，造成不必要的浪费，造成相关企业投资的热情消退。第二就是我国现阶段中能够熟练的应用三维CAD技术的人员较少，由于三维CAD技术本身就很复杂困难，学生一般认为太难容易放弃学习，同样，教育机构对于人才的培养或者是培训关注力度不够，造成人才的严重缺失，因此三维CAD技术实施起来也就变得异常艰难。

3.2 发展趋势

3.2.1 智能化

尽管目前我国的三维CAD技术已经有了些许的智能化功效，但是随着社会的不断发展和科技的不断进步，三维CAD技术势必会更加的智能。人们运用CAD技术主要是通过操纵计算机进行，将人们在实践过程中的种种经验教训编写入程序当中，建立起强大的数据库，使计算机具备一定的辨认能力和判断力，实现设计的智能化。例如，某国科学家经过模拟推算出在以后的机械设计行业中，三维CAD技术将逐渐的成为主流技术，其在方案雏形阶段、方案设计过程以及最后的验收阶段的智能化是其他软件所无法比拟的。

3.2.2 规范化

规范化主要是指以后三维软件的设计更加的切合实际，三维CAD技术不再只追求功能的强大性，同时还要注重与现实的联系，保障CAD技术行业的规范化。同时，在适用过程中还要注重对STEP体系的使用，通过CAD技术和STEP体系相结合，实现参数化模型传输问题的尽早解决。

3.2.3 虚拟网络化

三维CAD技术的蓬勃发展就是依靠计算机等网络工具的兴起和更新，相信随着社会的不断进步，CAD技术也会逐渐的由单机状态向网络化的方向转变。而三维CAD技术在虚拟空间中的作用十分显著，它通过在虚拟空间中建构机械模型，更加直观立体的让人们了解设计中存在的弊端，通过提供各种参数，为人们的设计树立起一定的标准。未来三维CAD技术的虚拟网络化作用仍能发挥重要的作用。

4 结束语

三维CAD技术在现实生活中的应用十分广泛，尤其表现在机械设计行业。它的直观性安全性的特点使其具有较大的优势，在机械设计行业中，其应用十分广泛。不仅能够体现在设计方案的设计或者形成过程中，在农业或者是其他方面的机械设计中仍能发挥重要的作用。尽管其仍存在着一些不足之处，但是其发展前景明了，相信随着科技的进步以及我们的不断改善，三维CAD技术在机械设计中能够发挥更重要的作用。

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