三维CAD技术在机械产品制造中的应用研究

朱振杰　杨振怡

摘 要：近年来，我国的制造业发展迅速，机械产品的制造水平也在不断提升。将三维CAD技术应用到机械产品制造中能够有效提高机械产品的生产效率。通过分析三维CAD技术的原理和特点，探讨将该技术应用到机械制造过程中的可行性，希望能促进机械产品制造业的发展。

关键词：三维CAD技术；机械制造；三维模型；机械产品

中图分类号：TH122 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.144

随着计算机图形学的发展和普及以及计算机性能的不断提升，计算机三维CAD这一技术在机械产品制造业中的应用越来越广泛。对于机械制造来说，其设计过程以往都是通过铅笔绘图的方式来完成，这样的工作方式使原本简单的工作变得非常复杂，且耗时较长，浪费了很多不必要的人力和物力。CAD作为与传统机械制造思想不同的新兴力量，它的出现使我国的机械制造业又向前迈出了一大步。下面就从多个方面对三维CAD技术在机械产品制造中的应用进行探讨。

1 三维CAD技术综述

目前，三维CAD技术在各个行业中得到了广泛的应用，它以“平面→草图→特征→零件→装配体”这条线路为基础，通过相应的三维软件直接生成机械产品的三维模型。现今的三维软件都具备直接将三维模型转化为二维图纸的功能，因此机械制造企业可以直接根据生成的二维图指导制造流程。在机械产品制造中，使用三维CAD技术的主要是设计和装配环节，其工作内容是对零件的加工工艺过程进行仿真。与传统技术相比，三维CAD技术的优点在于能够利用输入的参数自动计算体积、质量等参数；直观地对机械零部件进行受力分析；在实际装配前进行虚拟装配，并快速生成二维图纸等。

2 在机械产品制造中的应用

2.1 直观地表达三维机械模型

机械产品制造人员都希望能够运用软件表现具有运动关系的机械模型，但由于过去机械制造手段有限，因此很难在图纸上表现出立体图形。随着三维CAD技术的不断发展，在现有多种软件的支持下，设计人员可直接利用三维思维表达机械模型，使图纸更加形象、直观，机械产品结构更加一目了然，而且三维CAD技术能够实现机械构件的运用模拟，帮助设计者更好地分析和改进产品。

2.2 实现参数化、变量化

参数化和变量化是机械制造的基础。传统的制图方式只能用简单的固定尺寸来表达机械产品，如果要对产品和图纸进行更改，则只能删除原有线段，重新绘制新的线段，在一个机械产品的设计中，要经过不断的修改，工作量非常大，并且二维模型难以模拟产品的装配过程。而利用三维技术能够使机械产品零部件的尺寸互相关联，修改其中一个零件的尺寸，其余各零件的尺寸能够自行更改，大大减少了工作量，减轻了机械制造工作者的劳动负担，使技术和设计人员从复杂的工作中解脱出来，提高了机械产品的制造效率，减少了信息的储存量。

2.3 实现CAD/CAM的集成

从狭义上来说，CAM是指生成数控程序，能够将数控代码经过通讯接口传输到数控机床，然后实现机械产品加工这一过程。传统机械制造行业是在二维设计图纸的指导下实现这一过程的，但二维图纸中存在的零件混乱问题易导致制造过程的混乱。而三维CAD技术的运用能够整合三维CAD和三维CAM，使三维CAM能够从三维CAD中获取制造信息，然后进行加工，使产品从设计到制造的全过程都实现信息化和自动化，并保证加工出来的机械产品符合各项要求。

2.4 实现对机械产品的有限元分析和优化

机械产品各部分零件的形状和受力状态往往较为复杂，在传统的计算中，实际计算数据与实际工作数据相差较大，因此要加大安全系数，这就导致设计出的机械产品较为笨重，造成了不必要的浪费，也使得机械产品不够精密。而应用三维CAD技术能够方便地对每个零部件进行有限元分析，分析其受力变形、热变形等，优化这些形变结果，并通过分析不同工作状态下的同一机械产品，找到最适合机械产品加工的途径和方法，从而提高了机械制造企业的设计水平和制造效率，降低了人力和物力的消耗量，提高了机械产品的可靠性，使设计出的产品更加精巧，价格更加合理，性能更高。

3 三维CAD技术在应用中的不足

在机械产品制造过程中，三维CAD技术已经不可或缺，这种能够有效提高产品制造水平和效率的软件已经被广大机械制造公司所青睐。但研究发现，现有的三维CAD技术还存在一定的不足。各机械制造公司为了追求利益最大化，不断追求最先进的三维CAD技术软件，但对于中小型企业来说，高端的三维CAD软件无疑是一种不必要的消费。这些软件虽然功能强大，但是价格不菲，如果中小型企业一味地追求功能强大，而忽视了软件与机械产品之间的利益关系，就不能让三维CAD技术发挥最大的作用。另外，还有部分企业运用三维CAD技术单纯是为了制作出好看的三维模型，但这种模型并没有在实际机械制造过程中起到重要作用，对软件的利用依旧停留在二维的阶段，这就使三维CAD技术失去了存在的意义。

4 结束语

综上所述，三维CAD技术在机械产品制造中已经被广泛使用，而软件的广泛应用也从根本上解决了机械制造企业在设计、装配等方面的问题，大大提高了这些制造环节的工作效率，节约了制造成本。放眼未来，三维CAD技术必将不断发展，成为机械产品制造行业的主流。

参考文献

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[2]徐悦.三维CAD技术对机械设计的影响分析[J].价值工程，2014（19）：22-27.

[3]史越.三维CAD技术在机械设计中的应用探究[J].电子测试，2013（23）：59.

〔编辑：王霞〕