CAD技术在机械工程设计中的发展与应用

张烨　金君鑫

摘 要：在我国工业产业中，机械制造是一个基本的产业，也是一个主要产业。其中，每一种机械零件的生产加工之前，必须进行细致的图纸分析设计，从而获得一个合理的、可行的零部件规格、结构、材质等等参数。作为一种多功能辅助软件，CAD技术在机械工程设计中的应用发挥着十分重要作用，其也是促进机械制造产业发展的一个重要基础。本文即针对CAD技术在机械工程设计中的发展与应用展开了具体论述，仅供参考。

关键词：机械工程设计；CAD技术；发展；应用

近些年，随着计算机与电子技术的急剧发展，越来越多的高新技术被应用于各行各业中。CAD技术便是基于此种背景下发展而来，尤其是随着其功能的不断完善，逐渐被广泛地应用于机械、建筑、汽车等等领域中。其中，CAD技术在机械设计中应用比例最高，其为广大的设计人员提供了一个方便、快捷的设计平台，复杂的分析、计算以及绘图均由计算机辅助完成，在保证设计质量与效率的同时，减轻了工作强度。

1 机械工程设计与CAD技术概述

1.1 机械工程设计

机械工程设计指的是由设计人员严格按照有关的产品使用要求，对其结构、工作原理以及各个部件的尺寸、规格、维护方法进行分析，并将其转化成具体设计。由于机械产品往往较为复杂，因此对其精性的要求也越来越高，这也就使得大量的先进技术被应用于机械工程设计过程中，以获得更高质量的机械产品。

1.2 CAD技术

CAD技术属于计算机辅助设计技术的一种，其主要是使用计算机中的相关程序对设计方法进行进一步的而优化，并制作出相应的零件或是产品结构图。随着我国科学技术的不断发展，CAD技术的应用也越来越广泛，尤其是在机械工程设计领域中发挥着不可替代的作用。

CAD软件通常包括以下几种模块功能：一是CAPP功能，也就是计算机辅助的工业设计，通过对材料的定额、工艺的设计内容等的管理，实现机械设计标准化的发展，提高其设计效率与设计质量；二是二维绘图功能，其是二维绘图功能的核心功能，主要是通过计算机智能绘图，从而代替传统的手工绘图，大大减少设计人员的工作量；三是PDM功能，其主要是对产品的相关数据进行管理，以保证图纸、工艺卡、加工代码等等安全、可靠。

2 CAD技术在机械工程设计中的发展

当前，计算机技术的发展带动着CAD技术的不断进步，同时机械工程设计领域的广泛性也为CAD技术提供了发亮的用户，为了满足用户的不同需求，CAD技术不断向着标准化、集成化以及智能化的方向发展。

2.1 CAD技术在机械工程设计中的标准化发展

当前，十分常用的CAD软件主要有以下几种：（1）Auto CAD；（2）UG；（3）Pro/Engineer；（4）Unigraphics NX；（5）solid works；（6）inventor；（7）Catia。其中，每一种软件都有各自适用的用户群，但是各自之间并不兼容，这在一定程度上阻碍了机械工程设计领域内部的相互交流，不利于CAD资源的交互。基于此背景，实现CAD软件数据模型与交换资源格式标准化是其发展过程中的一个必然目标，其能够令设计人员使用不同的CAD软件互相交流，促进机械工程设计的持续发展。

2.2 CAD技术在机械工程设计中的集成化发展

当前，随着我国科学技术的不断发展，更多的高科技被应用于机械工程设计、加工中，这也就使得单纯的计算机辅助已经不能满足机械工程设计行业的发展需求。越来越多的设计人员希望能够实现CAD技术和工程分析、工艺分析、产品制造等等环节的有效连接，也就是实现CAD/CAPP/CAM/CAE的集成，从而使得整个设计工作更加方便、迅速。当前，已经有不少CAD软件具备了集成的功能，设计人员在设计过程中能够直接导入利用CAD技术设计的模型，分析结构力学性能，同时利用数控机床分析、设计加工工艺，实现高质量的生产制造。总的来说，CAD技术在机械工程设计中的集成化发展，有利于加快设计人员的工作进度，缩短机械产品周期。

2.3 CAD技术在机械工程设计中的智能化发展

对于机械工程设计而言，CAD技术的智能化是一个必然趋势，也是促使设计人员脱离传统设计方法的重要手段。在进行机械产品模型的设计时，通过特征造型与参数设计，能够促使相关设计人员只需要自由地发散思维，而不需要考虑其中内在联系，大大减少了设计人员的工作量，并在保证产品可行性的同时，最大限度地提高其创新性。例如：在利用三维CAD软件进行机械工程设计时，用户可以直接看到自己设计的成果，能够及时发展设计中所存在的不合理之处，以便优化。

3 CAD技术在机械工程设计中的具体应用

就目前而言，CAD技术在机械工程设计中的应用越来越广泛，本文主要从以下几个方面展开了具体的论述。

3.1 计算机辅助绘图

CAD技术应用于机械工程设计中最早也是最基础的功能就是辅助绘图。在设计人员进行机械工程設计的过程中，图形和数据是两大重点内容，尤其是绘图是占用时间最长、耗费精力最大的一项工作，并且由于人工绘制的工程图难免受到多方面因素的影响，导致其精确性或是美观性难以保证，最终影响到机械产品的制作质量。对此，使用CAD软件中自带图形库与绘图命令，就可以快速地完成绘图，并且其准确性要大大超过人工绘图。同时，由于CAD绘图的高效性，大大减轻了设计人员的工作强度，使得其能够将更多的精力放在完善设计方面，推动机械工程设计质量的进一步提高。

3.2 计算机辅助建模

在现代机械工程设计的过程中，计算机辅助建模占据着十分重要的地位。通过三维CAD软件建模模块的合理应用，设计人员能够直接构建出自己所要设计的机械产品的立体模型，其无论是尺寸、规格或是结构，均是真实的，仅仅是以一定的比例的形式通过计算机显现出来而言。显而易见，对于设计人员而言，三维建模的应用意义十分重大，其能够辅助设计人员在一个虚拟的环境中对产品模型进行直观设计，使得其可以不再单单依靠自己的想象能力构建模型，最大限度地保证了模型的准确性。

在三维建模的背景下开展机械工程设计，能够提前发现设计中存在的差错或是失误，从而可以及时修改、完善。相反，若是这些问题未能够在设计阶段及时发展，则很有可能知道进行产品装配时，才能够发现原始设计中存在的一些不合理之处，这样不仅大大增加了工作人员的设计、装配工作量，延长了设计、制作时间，更是大大提高了机械产品的成本。因此，设计人员必须认识到三维建模的应用意义，最大限度地保证设计的可行性。

3.3 工程分析与结构优化

机械工程设计的整个过程中，机械产品的力学性能分析与结构优化是一个十分重要的环节，做好该项工作，方能够有效提高产品的应用可靠性。在现代设计方法不断更新换代的背景下，有限元分析与动力学分析得到了十分广泛的应用，这也就要求CAD技术需拓展自身的工程分析和结构优化功能，从而满足机械工程设计应用需求。当前，不少CAD软件已经发展出了与ansys等有限元分析软件的接口，设计人员能够通过三维CAD技术构建产品模型，然后再将其导入有限元分析软件内，在确定的负载下开展产品模型的工程分析。完成整个的工程分析工作之后，应根据其结果，有针对性地对机械产品的结构进行优化。该种工程分析与结构优化方法快速、便利，尤其是在复杂结构产品的设计中具有极大的优势。

4 结语

CAD技术的应用是现代机械工程设计工作得以发展的关键所在，其使得广大的设计人员从传统的设计方法中解脱出来，减轻了其数据分析以及绘图的任务，从而让他们能够将更多的精力放置于“创造”上，优化了机械工程设计质量，提高了设计效率。总的来说，现代机械工程设计领域的发展需要CAD技术，只有不断对其进行改进和完善，充分发挥其功能，方可满足机械设计与生产需要。

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