CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的应用研究

岳晓博

摘要：CAD技术是上个世纪80年代美国开发的绘图程序软件包，如今已经发展为国际广泛应用的绘图工具，能够实现二维及三维图形的高效绘制，绘图效率更高、精度更高、个性化更强，在多个领域中都有着普遍应用。而CAD技术在机械设计与制造领域中的应用则有效解决了机械重复设计等问题，并提高了设计效率与效益，保障资源利用率等。基于此，本文便围绕CAD在机械设计中的应用展开论述，重点分析了CAD技术应用于机械设计及机械制造技术的应用策略。

Abstract： CAD technology is a drawing program software package developed by the United States in the 1980s. Now it has developed into a drawing tool widely used internationally， which can achieve efficient drawing of two-dimensional and three-dimensional graphics， with higher drawing efficiency， higher precision and personality. It is more intensive and widely used in many fields. The application of CAD technology in the field of mechanical design and manufacturing effectively solves the problems of mechanical repetitive design， improves design efficiency and benefits， and ensures resource utilization. Based on this， this article focuses on the application of CAD in mechanical design， focusing on the application strategy of CAD technology in mechanical design and mechanical manufacturing technology.

關键词：CAD技术;机械设计;机械制造技术

Key words： CAD technology;mechanical design;mechanical manufacturing technology

中图分类号：TH122                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）21-0193-02

0  引言

在机械设计及机械制造技术方面，CAD技术的应用不仅能进一步改善机械设计效率，同时还能保障机械设计的质量，推动机械制造企业实现设计制造的标准化智能化，加强企业的综合水平，更好地应对外部竞争。在我国机械制造领域逐渐转型的时代背景下，单一的CAD平台软件也渐渐无法满足企业越来越多样的需求，所以CAD平台软件的多元化发展也成为了当下的迫切需求，只有全面掌握并应用CAD技术，灵活融合CAD技术，才能不断提高我国机械设计与制造水平，并推动行业领域的发展。

1  机械设计中CAD技术的应用优势

1.1 缩短机械设计周期

三维CAD机械设计不但可以很好地改善复杂的几何造型问题，同时还能通过简易的集合实体和运算功能来构建灵活的复杂性集合实体，可以自动生成相贯线及截交线，进一步降低设计工作的整体工作量，还能将机械设计的周期进行缩减，提高机械设计效率和机械生产效率。三维CAD软件的应用在机械开发和设计方面仅需重新设计或制造部分零散部件，可以承袭多数部件的设计参数信息，从而大大提高机械设计的整体效率。除此之外，CAD软件还具有完善的变形设计能力，可以快速重建并产生新的机械产品。

1.2 便捷性的零件设计和修正

三维CAD软件能够在已装配的条件下设计新的机械零件，利用原有装配相邻零件的位置信息和形状信息等配置信息实现新零件的设计，并且新零件的适用性也能得到保障，新零件和旧零件的契合性也相对较高。通过这一方式设计新零件还可以规避独立性机械设计可能面临的误差现象，避免装配失败等问题。如在装配环境下实施零件设计时，可以进行实地考察，更为高效地获取周边零件的具体信息，基于此设计的零件可以很好地满足周围零件的需求，顺利完成零件装配。此外，三维CAD软件还可以在零件修正方面发挥辅助作用，在零件修正时通过资源查找器寻找零件的设计步骤命令，结合这一命令了解零件的设计步骤及顺序，通过查找器的有关指令完成零件修改，能够直接点击修改目标实现零件的修改。

1.3 加强机械产品的技术含量及质量水平

机械产品和信息技术能够实现高效融合，并且CAD设计模式与CIMS组织生产使得机械产品的设计水准得到了进一步提高。三维CAD技术采取先进的设计理念，如优化、有限元受力分析等，这也能够进一步提高产品的综合质量。大型企业数控加工系统相对较为完善，在此基础上应用CAD/CAM/CAPP等技术手段进行机械零件加工可以获得较为显著的收效，保证产品的生产质量。三维机械设计不但能提高对象形状大小等几何信息的描述便利性，而且还可以赋予设计对象体积、惯性矩等信息参数，实现设计对象几何形状的数学描述以及运作状况的物理模拟等，能够更加全面且精确地表现出设计意图[1]。

2  CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的应用

2.1 CAD技术与机械制图的结合，提高企业竞争实力

2.1.1 CAD技术和机械绘图原理的结合应用

若想充分发挥CAD技术的应用优势，机械设计制造人员需要将手工绘图知识和CAD技术的绘图原理、绘图流程等理论内容实现有机融合，从而提高机械制图的综合水平。同时，机械设计制造人员还需要具备一定的空间想象能力与图形分析能力，才能将机械制图中的手工绘图原理在CAD辅助设计中得以应用，充分发挥CAD技术的高效绘图价值，绘制机械设计制造产品的三维模型，进一步加强机械产品生产的效率性与质量。基于此，将CAD技术和机械绘图原理进行结合应用能够为企业的产品制造构建更具高水平化的机械制图技术和机械制图标准。

2.1.2 CAD技术和机械绘图的协调应用

企业若想保障机械产品的设计制造质量，关键便在于机械制造的制图模块，所以机械设计人员需要具备足够的机械知识理论与机械设计专业知识，全面了解机械绘图原理及CAD技术，实现机械产品设计制造绘图的电子化，进一步提高机械设计产品的质量水平，将机械制图和CAD技术两种模式进行协调应用，需要严格根据图纸设计的现有标准以及人工绘图的机械设计模式实施设计规划，并将CAD计算机技术进行统一结合，满足机械制造企业产品设计应用以及发展需求。

2.1.3 机械设计制造的标准化制图

CAD技术是融合机械制图的现代化绘图技术，包含了有关的绘图原理及绘图技巧等，从而在整体上达到了机械设计制造制图标准化的目标。机械制造企业的产品大多具有一定的独特性特征，所以在结合应用过程中需要进一步协调并优化模块设计，确保整体效果与作用能够在机械产品的设计及生产中得以展现，使得机械制图和CAD技术在内容上实现更深一步的优化。所以设计人员需要不断提高自身的机械制图设计专业水平，合理操作CAD技术软件，利用CAD技术来提高机械制图设计的可行性。机械制造企业需要结合产品开发目标来为设计人员普及有关的制图技巧和知识，并进行CAD软件应用与更新的培训活动，让机械设计人员能够按照自身的专业水平掌握CAD软件的绘图功能操作程序，也了解软件绘图的有关规律。机械制造企业還需要为设计人员创设和谐稳定的工作设计环境，保证设计人员能够在这一环境下提高自身的设计动力和三维空间想象力，不断提高设计规划的创新力，实现两种模式的有效融合，提高产品设计及制造的创造力[2]。

2.2 CAD技术在机械设计制造产品中的应用

2.2.1 应用CAD技术进行产品建模

CAD技术中的三维建模具有多种功能工具可以做到零件的实体建模，针对零件的结构和规格进行分析，并将其拆分为多个构建体，再通过三维CAD技术将构建体进行组建，运用布尔运算分析构建体，绘制出产品零件的三维实体组建模型。面对一些较为复杂的零件，也可以通过三维CAD软件的草图绘制工具建立实体模型，需要先描出产品零件的截面图，之后利用CAD软件进行抽壳拉伸等操作，绘制零件的几何图形，之后按照产品的有关参数信息进行模型的调整，确保几何图形的外形和数据能够与零件达成一致。如对于叶轮产品零件的设计便可以将原本的二维CAD绘图导入到三维CAD软件草图中，之后通过变形拉伸等操作工具绘制出三维实体，能够有效改善绘图的效率与准确性，提高绘图与产品的契合性。

2.2.2 应用CAD进行产品修改

根据产品系列划分类别是机械制造生产过程中区别产品的重要方法，同时根据不同系列新开发产品和换代产品间的实际改变进行划分，可能只是添加某一项性能部件或在外形规格上有所差异，都会对产品的参数带来影响。应用CAD技术则可以实现产品参数的快速变更，实现产品的换代设计。CAD技术在产品建模期间通常会应用参数化建模的形式，通过参数来关联产品建模过程中的各项步骤以及产品外形规格、结构特征等，若对产品设计中的尺寸或结构进行部分变更，通常修改产品设计建模中的有关参数即可实现产品的更新。通过CAD来实现产品修改不仅能快速实现精确化的变更，而且产品的结构及其他部分并不需要重新设计，有效降低了设计工作量，并提高设计效率[3]。

2.2.3 应用CAD软件生成实体零件图及装配图

在零件装配方面，根据产品装配技术流程，应用CAD技术实现零件的装配模拟，或应用CAD技术实现产品装配路径的存储、查找，在CAD软件中保存记录，在后续机械运作期间若发现模拟装配中有存在异常的零件，那么可以在软件中针对装配模拟过程来查找零件装配流程，其他零件不需要进行拆卸便可以快速找到零件异常的成因和发生位置。在找到故障源后，也可以应用CAD技术对有关零件进行修改，提高设计精确性，更加直观地实现零件装配，使得零件图和装配图的制图效率大大提高。

2.3 CAD技术在实体生成中的应用

对于机械产品设计与制造来说，CAD技术的应用也能够在实体生成中发挥巨大优势，CAD技术应用于实体生成中的优势主要体现在实体建模中，针对目前机械产品的实体建模来说，能够选择的模型类型较为灵活，而应用较为广泛的主要有立方体和球形两种。在机械零件三维实体模型构建期间，CAD技术的应用只需要明确零件的内部结构特征即可，可以实现零件结构的划分，使零件形成多种结构体，在这一条件下对基本模型进行三维实体构造，之后应用立体学和有关的布尔运算进行模型拼接，形成零部件的整体构造。在机械零件的设计与生成方面，一般不会沿用单一的模型结构类型，而是通过集中模型结构进行结合，实现模型的结合应用，保证零件模型的生成质量[4]。

3  结束语

随着我国机械制造领域的不断发展，CAD技术也在不断进步与更新，在机械设计与制造中CAD技术的应用也越来越广泛，这不仅促进了机械设计水平的进步，同时也加强了机械制造企业的竞争能力。但CAD技术的研发与应用与发达国家仍然具有一定差距，因此还要进一步提高CAD技术的研究深度，为机械设计和制造中的应用提供更有利的条件，促进机械制造领域的长远发展。

参考文献：

[1]赵元.浅析CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展[J].中外企业家，2018（21）：124.

[2]王治海.CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展探讨[J].四川水泥，2016（12）：109.

[3]张丽.机械设计制造中的CAD技术应用分析[J].山东工业技术，2017（03）：35.

[4]陈格.论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的应用实践[J].建材与装饰，2015（45）：245-246.