CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的发展分析

王晋刚

摘要：机械工业是一个国家的支柱产业之一，即使全世界已经进入了以“互联网+”为标志的信息时代，机械产品的设计和制造水平仍是衡量一个国家工业发展水平和综合竞争力的重要指标。当然，由于计算机信息技术的快速进步，现代化的机械设计和制造手段与过去相比都有了很大地进步，如何借力现代化信息技术手段来助推机械工业取得进一步发展，成为了世界范围内的一个关键问题。三维CAD技术就是在这种背景下被开发出并不断取得应用发展。

关键词：CAD;机械设计;应用;机械制造技术

中图分类号：TH122 文献标识码：A

引言

随着我国机械行业的快速发展，机械市场的竞争也在不断加速，对于机械制造与设计的要求也不断提升，非常符合企业需求的CAD解决方案。在机械设计与机械制造技术中应用CAD，不仅能够有效极高机械的设计效率，还可以提升机械设计的品质，并且能够实现企业CAD设计规范化，标准化，从而提升企业的整体机械设计水平。尤其是在中国机械制造行业正在转型的情况下，单纯的CAD平台软件已经无法满足企业多元化的需求。因此，发展多元化的CAD平台软件已经成了必然。只有及时掌握，并能够熟练的运用CAD技术的新发展，才能够提高我国的机械设计水平，降低我国与国外机械设计水平的距离。

1三维CAD技术的作用

1.1提高设计效率

目前三维CAD设计软件已经广泛支持参数化建模，即所设计模型可以通过参数修改来快速生成新的模型，这对系列化机械产品的设计具有重要意义。设计人员不用每次都重复所有设计步骤，仅需要对原有三维模型的一些关键参数进行修改就能生成新的方案，从而极大地提高了设计工作的开展效率。此外，当前的三维CAD平台还具有功能强大的特征建模和曲面建模功能，可以迅速构建出一种全新的零件模型，这也能大大缩短产品的设计周期。

1.2提升设计质量

与二维CAD技术不同，三维CAD技术是在三维环境下进行产品建模，所构建的三维模型就是方案的实际效果展示，可以很方便地让设计人员发现其中存在的不足，比如结构上的缺陷，这样可以快速通过编辑加以修正，从而提升设计质量。此外，直接生成三维模型还为后续的工艺决策和制造规划提供了便利，这对提升整个产品的研制质效都具有积极意义。

1.3便于设计成果的调用和保管

采用三维CAD技术生成的设计成果可以直接存储在计算机硬盘上，这一方面便于保管，另一方面还可以通过模型文件名称的检索来实现快速调用，避免因资料保管不当而造成损失风险。

1.4实现一体化目标

机械制造业的发展是向着实现设计/制造一体化的目标前进。而采用三维CAD技术得到的成果可以与CAE、CAM等平台共享，推动整个机械生产流程的改革和进步。

2CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的发展

2.1三维建模

CAD三维技术软件在机械设计中运用最多的部分是三维建模和仿真测试，CAD三维技术软件能够根据设计师的指令顺利制作出机械零件的三维图形，相较于传统二维平面设计而言，三维软件形成的图形更加直观、准确，不是原本由设计师根据透视原则画出的三视图，而是直接由设计师的指令输入和数据要求形成的三维模型，若需要三视图则可通过软件的生成功能成图，较设计师手动画出的三视图更加准确，且角度更多，为机械零件的制造、生成发挥更多的辅助作用。目前，CAD三维技术软件中可以支持的建模方式有：线框、表面、实体，能够充分满足设计师和制造方在不同需求情况下对模型的需求，设计师也可以根据不同部位上的设计、制造需求进行多种设计模型的组合，有效提高机械设计师的工作效率和质量。

2.2三维仿真测试

CAD在进行三维建模时主要通过数据输入和指令由软件直接勾勒出模型的线型框架，由设计师进行渲染形成完整的三维模型。因此CAD三维模型建立后需进行仿真测试来确定模型符合设计师的设计理念、要求，符合机械零件设计标准要求;仿真测试还要帮助设计师确定零件在设计上是否存在技术冲突或其他冲突，有效避免因技术冲突导致机械零件设计需要从制作方打回重绘，控制设计成本，增加设计单位的经济效益。在三维模型通过仿真测试后，可以进行整体描绘和出图，设计师此阶段可根据机械制造所需进行细节数据标注，例如，高度、直径、角度等，在与机械零件制造方进行交接时可选择从多方面进行二维平面视图的出图，也可选择将机械零件的三维模型直接交接给制造方，制造方根据制造所需进行视图角度的选择。

2.3计算机辅助设计CAD技术在图形、符号设计和制造中的应用

在实际的机械设计及制造过程中，相关人员合理按照设计手册中的相关要求和规定，然后应用一些特定的图形和符号来将相关机械部件的特性充分表达出来，这样可以起到很好的简化设计内容的作用。在图形、符号设计和制造中应用此技术，可以进行一些表格的编制，然后将设计含义、图形以及符号之间的联系建立起来。进而更好的帮助使用者，更快地了解和掌握这些符号以及图形的意思，以免不同的设计人员在应用图形和符号上出现不符合的情况。

计算机辅助设计系统中包含了很多建模体系，例如曲面体、圆柱体、立方体等。而机械工程师们在实际的设计制造过程中，通常都只需要按照相关要求来将这些模型进行组装和分解，就能够很好的完成相关的建模任务，这样极大简化了建模程序。此外，对于一些较为复杂的机械零件来说，机械工程师还能够实现绘制零件的二维图像，然后通过计算机辅助设计CAD技术来对其进行三维立体处理，最终合理的建立起三维模型。可以这样说，合理的应用计算机辅助设计CAD技术，不仅能够有效的提升机械设计制造的规范化和高效率，同时还能够有效提升机械设计制造模型的精准性。例如在汽车设计制造过程中，汽车的整体制造质量直接受到其覆盖模具的设计质量的影响。如果在实际制造设计过程中，实体模型和图纸存在着差异，那将会导致返工的出现，这将极大的浪费成本和时间。在这种背景下，合理的应用此技术来进行三维建模，则就能够不断的完善两者之间存在的误差，避免出现不必要的返工情况，进而有效提升设计制造的效率。

2.4零件设计与修正

三维CAD软件可以在已经装配的环境下开始设计新零件，可以通过原有装配相邻零件之间的位置，形状更为详细的设计新零件，能够保证新零件的可应用性，以及新零件與旧零件之间的配合度。并且能够避免单独进行机械设计中存在的一些错误，从而有效的减少装配失败的情况。比如在装配环境下进行设计，可以进行实地考察，能够在最短时间内获取最为详细的周围零件信息，如此，设计出来的零件满足周围零件的相关需求，能够顺利装配。同时，使用三维CAD软件也可以辅助零件修改，在修改时，直接点击资源查找器，查找设计该零件的所有步骤命令，根据这些命令清楚的掌握设计的每一个步骤，并通过查找器的相关指令进行修改，可以直接点击修改目标，进行详细修改。

结束语

随着科技的不断发展，越来越多的行业需要计算机来辅助设计，提高设计水平和设计精度。本文以机械设计为例，进行CAD的相关讨论。首先进行CAD的优点、应用现状的分析，了解CAD在机械行业的实际应用。在相关了解的基础上进一步进行CAD的发展预测和规划，时代在不断发展，CAD同样需要进一步的提升，在未来，CAD的应用将更加广泛，智能化、标准化和网络化也将成为主流。

参考文献：

[1] 李秋娟，张兵.论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J].化学工程与装备，2010（03）：140-141.

[2] 李善华.论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J].丝路视野，2017（09）：152.

[3] 王蕊.论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J].房地产导刊，2015（32）：445.

（作者身份证号码：14048119750630681X）