浅析CAD 技术在机械工程设计中的发展与应用

高锴

（河北 任丘 062550）

前言：作为计算机辅助设计技术而存在的CAD技术，其使用者大多是设计工程师，通过对计算机相关软件的利用，如CAD 等相关的设计辅助软件的使用，来对设计工程师所要设计的东西进行计算和比较分析，而利用这些辅助设计软件制作出想要设计的效果，并通过复制修改和对比，结合实际进行多方位的考虑，形成几个不同的设计图，从而在多个设计图中选出更好的工程设计方案。利用CAD 技术进行工程设计的绘图，是CAD 软件和技术在工程设计领域的主要应用方向。

一、CAD 技术在机械工程设计中的应用价值

CAD 技术在我国的机械制造行业建设中起着重要的作用，作为一项新兴的计算机设计技术，在我国的设计行业中得到了充分的使用，促进了我国机械制造行业的建设和发展。建模是机械工程设计中的核心内容，在CAD 技术中的机械建模功能能够建立线框模型、表面模型和实体模型，这三种常见的三维建模相较于传统的二维建模体系具有更加直观、立体地将模型展示出来，能够实现参数化变量化。尤其在绘制复杂的零件模型时，CAD 技术的建模功能给机械工程设计人员提供了一个简便、解放思维能力的平台，能够轻松地将复杂的模型快捷灵活地建立起来。

在CAD 技术的应用情况下，零件的设计变得更加灵活、真实，能够更好地满足运用中实现的功能。CAD 技术能够降低传统的设计方法所带来的误差，降低设计时的操作难度，减少设计所需的时间，也极大地提高了零部件设计的成功率，给我国带来了巨大的经济效益。CAD 技术对其他很多软件不具有兼容性，只适用于特定区域和一定数量的用户人群，这种限制对行业内部间的相互学习发展带来了极大的障碍，要对数据模型标准化，提高CAD 技术的适用能力，促进行业内的自由交流。

二、现代机械设计的特点

首先，传统的机械设计工作更看重人的感性体验和主观立场，因此在传统的机械设计工作中，要提高员工的技能本领和判断能力。科学技术的不断成长给传统的机械设计带来了许多挑战，所以传统的机械设计必须不断创新。其次，传统的机械设计更看重各要素之间的和谐，比如：将计划理念、设计产物所在的环境和人们的需要有机地结合起来，才能获得良好的效果。在当代机械设计过程当中，考虑到各环节具有一样的特点，因此必须注意均衡这些环节之间的联系，才能有利于现代机械设计的顺利发展。第三，在现代设计的过程中，它要求的范围广泛，手段多样。第四，在设计过程中应以总体目标为标准，这有利于形成多种设计方案。优化设计虽然没有直观的感觉，但也有一定的主观性，在当前计划过程中需要花费一定的人力物力，应当避免一些不必要的挥霍。第五，现代机械设计拥有多种功能，这些功能获得了不断地更新和发展。跟传统机械设计比拟，现代机械设计的成长拥有更广阔的远景。比如，在使用电子通信技术过程中，可以填补传统机械设计的不足。现代机械设计能充分发挥机械地协调性及完整性。同时，通过转变内部运行的次序和规律，可以增进机械设计历程的顺利进行。随着现代机械设计功能的不断完善，现代机械设计工作范围不停地扩大，现代机械设计的灵活性和动态能力会得以充分发挥。

三、CAD 技术应用在机械设计中的优点

（一）提升了机械设计产品的质量

随着现代电脑配置和机械工程设计图纸要求的不断提高，CAD 软件技术在发展的过程中逐渐地升级与优化，相较于以前手工绘图来说，利用CAD 技术进行设计更为高效。而随着CAD 软件技术在机械工程设计领域不断深入，利用CAD 软件技术进行设计生产出来的机械零件产品质量相较于以前来说有着较大的提高。想要得到高质量的机械设备和产品，同样需要高质量和高精度的机械零件。利用CAD软件技术进行高精度的机械工程设计，得到精度更高的设计图纸，对于降低设计结构的偏差有着极大的意义。降低设计结构的偏差，有利于生产出更高质量的机械零件，从而制造出更高精度的工程机械产品，对于提升机械产品的质量有着较为深远的意义。

（二）促进了机械产品的设计理念和更新速度

随着机械工程对图纸精度的要求越来越高，依靠人工进行制作相关的设计图纸的局限性越来越大，而利用计算机辅助相关设计和生产，能够使得机械产品设计变得更为精准和科学。CAD技术在工程设计方面的使用极大提高了机械工程的设计效率，突破了以前的绘图限制，促进了机械产品的设计理念和更新速度。

（三）CAD 技术缩短了设计时间

CAD 技术在机械工程设计领域的运用使得工程设计图纸具有科学合理性，而高精度的工程设计图纸也保证了机械零件的精度，确保了机械零件间的匹配问题，在避免了问题的同时也大大缩短了设计时间。

四、CAD 技术在机械设计应用中的缺点

（一）束缚设计的思想

CAD 技术是通过与电脑之间联系的，由于电脑屏幕大小有限，设计人员只能看到设计的一部分，这样就导致设计失去了平衡。虽然CAD 技术应用得比较广泛，但是其对数据的要求特别高，在方案的设计上不能出现任何误差。所以说，设计工作者的设计思想在一定程度上就会受到束缚。

（二）资源浪费严重

CAD 技术应用的科技含量比较高，要想真正的熟练使用CAD 技术，就需要扎实的功底和长时间的实践经验。但是在目前状况下，我们所学习的步伐总是落后于信息技术的发展速度。因此，设计人员在学习新技术上耗费了大量的时间资源。

五、CAD 技术在机械工程设计中的发展

（一）CAD 技术的标准化

CAD 技术具有快捷、精准度高等设计优势，已经成为设计人员常用的软件，若用户在使用CAD 进行设计时，存在计算机硬件无法满足使用需求的问题，会影响到设计质量和效率，并且未能按照标准化的流程进行设计，致使设计内容无法应用在机械零件生产中。所以，CAD 技术的数据模型必须进行标准化的设计，从而可以进一步促进机械工程设计的完善。目前在工程机械设计领域，正在建立CAD 技术标准化体系，一方面需要从业人员深入的研究，另一方面优化计算机硬件配置，才能更好地使CAD与计算机相互兼容。

（二）CAD 技术的智能化

使CAD 技术具备智能化特点，在工程机械设计期间，设计人员将数据输入到CAD中，系统会自动生成模型，提高设计的效率，并且使设计人员投入更多的精力，用于研究机械工程设计标准化。为了使设计人员的思维得到拓展，在进行产品模型设计的环节中，应该对设计的内在联系进行分析，但是不能过分地拘泥于设计之间的内在联系。设计人员使用CAD 技术进行设计时，借助模型可优化和完善设计内容，并且融入创新元素，使机械设计具有创新特点。

（三）CAD 技术的网络化

随着近年来电子商务的高速发展，CAD 技术逐渐朝着网络化的方向发展。网络化CAD 技术，可以进行远程交流，企业使用互联网技术，将CAD 技术设计的图纸，通过互联网进行传递，企业间通过互联网对图纸进行动态分析，有效提高工作效率，并且极大地降低成本。

六、CAD 技术在机械设计行业中的应用

（一）绘图流程的使用

绘图处理技术是现代机械工程设计领域中十分重要的技术手段，CAD 绘图处理技术是现代机械工程设计和相关制造行业中最为常用的一种绘图处理技术。随着CAD 绘图处理技术的不断发展，其已经具备了非常强大的机械工程设计绘图处理功能，机械工程设计师可以充分利用其在机械工程设计领域中强大的绘图处理功能来实现传统机械设计的手工绘画无法实现的机械设计理念和技术要求。机械工程的设计和制造人员在进行机械工程设计绘图时，可以通过对CAD技术的充分利用来辅助绘图设计，而这种功能能帮助机械工程设计师设计出意料之外的艺术作品。

（二）机械建模的运用

一般来说，机械设计工程师都会在产品制造前对新设计的各种机械产品零部件进行机械线建模，并在机械线开始生产的过程中通过利用机械线建模的方法来分析和检查新设计出的机械产品的实际生产情况，并对生产出的机械产品外观、尺寸和物化性质等进行严格的检查，以确保新设计生产出的机械产品的能够充分满足用户对零件的要求和实际的使用需求。CAD 技术中机械线框的三维造型和机械设计的最终实体造型是机械工程设计中两种重要的造型方法，这两种造型主要是利于设计者对设计出的产品进行观察以及对设计出的机械产品的生产工艺进行推断。在机械工程相关产品的实际生产中，需要通过建模来生成理想的机械工程产品的模型，以便于得到精确、科学的数据来对设计出的机械工程产品的相关理化性质进行研究。一般情况下，如果机械制造业在设计生产过程中没有准确地对机械工程模型的相关数据进行收集分析和设计修改，容易出现较多的问题，从而影响了机械工程下一阶段的工作的开展。例如，抗压能力不足，理化性质差，韧性不足等较为常见的诸多问题。为了充分利用现有机械工程相关的设计模型，机械设计工程师和相关人员应当在设计生产的过程中尽量避免出现错误的设计参数而导致机械设计不满足要求的情况。

（三）对于机械设计结构的优化

通过对CAD 技术在机械工程设计方面的利用，不仅可以很方便地实现机械工程相关产品设计的绘图和建模，还可以在生产过程中对机械设计的零件进行机械结构的优化和机械力学的分析，使得机械工程设计相关的产品能够更好地满足实际的需要，促使机械设计结构的不断优化升级。CAD 技术在机械工程设计领域的运用主要是利用CAD 技术完成建模后，对设计中建立的机械设计模型零件进行机械力学的分析和试验，根据分析和试验的结果对设计零件的结构进行优化，从而有效保证机械设计工程师所设计的机械产品的最终性能和质量，在提高机械工程设计师设计有效性的同时，还提高了其工作效率。CAD 技术在现代机械工程设计领域中的另一个重要的优势就是通过对CAD 相关软件和插件的利用，可以检测和绘制分析每一个设计者的整个设计过程图纸，通过对整个设计图纸制作过程中稳定性和缺陷的分析，结合实际情况及要求对整个的设计过程图纸的可行性进行评价。CAD 技术的使用有利于对设计人员的工程设计图纸进行分析，然后通过对其进行建模、评价和优化，从而保证了机械工程在制造过程中的可行性，这一作用能够有效地保障机械工程设计过程中不至于出现各种错误，以此来提升设计效率与质量。

结语

随着CAD技术相关软件和插件的优化升级，其在机械设计领域的应用范围也在不断地扩大，已经在当代自动化生产结构体系中成为不可或缺的重要组成部分。机械工程设计领域对于CAD 技术的运用，有效地提高了机械产品设计制造效率，并在极大程度上减小了实际生产的误差，在提高产品精度的同时，提升了机械零件的生产质量，而机械零件质量的提升，有助于机械产品质量的提升，进而使得机械工程设计核心竞争力得到有效提升。