CAD技术在机械工程设计的应用探索

郭建辉

【摘 要】近年来，随着计算机和电子技术的飞速发展，越来越多的高新技术被应用于各行各业。CAD技术就是在这种背景下发展起来的，特别是随着其功能的不断完善，它逐渐被广泛应用于机械、建筑、汽车等领域。其中，CAD技术在机械设计中的应用比例最高，为广大设计人员提供了方便快捷的设计平台。复杂的分析、计算和绘图都由计算机辅助完成，这不仅保证了设计质量和效率，而且降低了工作强度。

【关键词】CAD技术；机械工程；设计；应用

1 CAD技术概况

CAD，即计算机辅助设计，它是利用先进的计算机计算和图形处理技术，根据设计者的设计创造对工程进行设计和分析，来完成要实现的目的和得到要设计的成果，是一门新兴的、与计算机和工程设计技术相结合的、能提高工作效率和精准度的学科。CAD技术由硬件部分和软件部分组成，硬件系统是支持CAD发挥功用进行运作的物质支持，CAD技术的运用建立在硬件系统之上。软件系统则是CAD技术的核心，它决定了CAD技术所具有的功能，软件部分越完善先进，CAD能够发挥的功用就更加强大。CAD技术能够以计算机图形处理能力、產品造型技术、参数设计原理等为基础，实现设计、生产、管理一体化。同时CAD能将复杂的问题较简便的呈现出来，一些模糊的问题能够通过图示的分析研究做到可视化，从而减少问题的困难度，便于更好的理解，不仅能够解决问题，还能大大节省实验步骤和时间，提高经济效益，对试验过程进行良好的控制。CAD绘图不同于传统的绘图方式，用CAD绘图更快捷，绘画结果更准确，能够进行剖面填充、尺寸标注、图像编辑、调用图块等用途，功能十分强大。CAD技术能够满足现今社会，快速发展的科学技术对高科技产品提出的高要求，能够实现产品的高质量和高效率，达到快速更新换代的要求，在应用领域中得到不断的推广和产生新的延伸。

2 CAD技术在机械工程设计的发展

2.1标准化

每个软件都有一定数量的用户人群。但是，大部分软件的数据模型与其他软件是不兼容的。这严重限制了行业内部的技术交流，给CAD资源的交互带来了不小的障碍。所以数据模型的标准化和交换资源格式的标准化是未来CAD技术的必然要求，也是机械设计行业发展的必备条件。尽管CAD技术在标准化的进程上并未取得很大进展，但相信在不久的将来，设计人员可以利用不同的CAD软件进行自由的交流，而这也必然会促进整个机械设计领域的蓬勃发展。

2.2集成化

随着数控加工技术以及现代设计方法的跳跃性发展，单纯的计算机辅助设计已经不能满足信息化时代的发展要求。人们迫切希望CAD技术可以与工程分析、工艺分析和设计以及产品制造之间拥有良好的接口，也就是所谓的CAD/CAPP/CAM/CAE的集成。目前的部分CAD软件已经具备了这些集成功能。设计人员可以直接导入利用CAD技术设计的模型，进行结构力学性能的分析，并结合数控机床进行加工工艺的分析和设计，并最终生产制造。集成化的CAD技术充分利用了现代计算机优秀的计算能力，将设计人员从繁琐的分析计算中解脱出来，进一步提高了设计效率，缩短了产品的设计周期。

2.3智能化

如同编程方法的不断进步一样，智能化是CAD技术将设计人员进一步从传统设计方法中解脱出来的又一必然趋势。产品模型的设计中，采用特征造型和参数设计的方式，可以使设计人员自由的发散自己的思维，而不用去考虑其中的内在联系。在一些三维CAD软件中，用户可以直观的看到自己设计的成果，既方便了创造性设计思维的产生，又可以轻易地发现设计不合理的地方。

3 CAD技术在机械工程设计的应用

3.1 CAD在机械工程设计中绘图的应用

CAD技术最早进入机械工程设计工作就是在利用CAD绘图，这也是CAD技术在机械工程设计领域最基础的应用，CAD绘图也改变了传统的绘图方式。CAD绘图软件的主要功能包括交互式绘图、图形编辑、标准尺寸、文字、填充剖面、调用图块、区分层次以及实现图形交换等。利用CAD技术的丰富强大的绘图功能，可以非常轻松的绘制出清晰、符合工程要求的设计图。这使得绘图人员不再因为繁多庞大的绘图工作而发愁，减轻了工作量，提高了绘图工作的工作效率。

3.2 CAD技术在机械工程设计中建模的应用

机械建模是CAD技术在机械工程设计中的重要应用。建模也是机械工程设计的核心内容。线框模型、表面模型和实体模型是CAD技术建模的三种常见的三维建模。在三维设计中，其基本思想之一就是实现参数化、变量化设计，但传统的二维建模体系中实现不了参数化设计，但CAD技术拥有一些基本的体系，通过这些体系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三维实体建模中，系统提供了立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体这6种基本体系。对于一些简单设计的零件会被分解成几个小块的不同的基本体，这些基本体通过三维实体造型和布尔运算，就会产生一个零件的模型。对于稍复杂的零件模型，首先会先绘制出图像的二位几何轮廓，之后在通过三维造型得到零件的模型。利用CAD技术的建模功能，设计人员可以根据产品的需要建立起与实际尺寸相同的模型。CAD建模是机械工程设计人员发挥创造性的良好平台，设计人员可以通过三维空间利用简便快捷灵活的操作来控制、修改零部件或者重新设计零部件。而且，当零件的一个部分发生变化时，其它部分也会随之变化。由此可知，在CAD技术的支持下，零件的设计更加活泛、真实，设计出的零部件也可以更好的应用于实际生产中，减少了设计带来的误差，提高了零部件设计的成功率，縮短了设计工作周期，极大地提高了机械工程设计的效率。

3.3 CAD技术的智能化

CAD的智能在机械工程设计工作中的表现是工程分析和结构优化。零部件的力学性分析和结构优化是设计零部件时设计人员必须要思考的内容。随着有限元分析和动力学分析等现代化分析方法的发展，使得CAD技术在零部件的力学性分析和结构优化进行了进一步的深入拓展。现在，CAD技术已经实现ansys等有限元分析软件的无障碍对接。设计人员可以将通过CAD技术设计出来的三维零件模型导入有限元软件分析中，通过工程分析的原理对进行力学性分析和结构优化分析，验证所设计的零件是否满足力学的要求以及其结构是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生产前对模型进行适当的修改，以达到要求。这种分析和优化设计的方法在复杂结构零件时，体现了更为巨大的优势。

4结束语

在社会经济与国民经济不断壮大的情况下机械制造行业也将会迎来新的发展高峰。中国制造行业怎样提升自主创新能力与挖掘创新意识成为了重要的难点。CAD技术就是解决这一问题的重要因素。在今后的发展过程中，CAD技术将会成为转变传统机械工程设计工作的重要工具，推动我国机械工程设计更好更快的发展。

参考文献：

[1]李丹萍，朱磊峰.简析CAD技术优缺点及在水利工程设计中的应用[J].河南水利与南水北调，2015（2）.

[2]唐桦林.浅谈自动化技术在机械工程中的应用[J].科技致富向导，2014（3）.