ＣＡＤ應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計

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摘要：目前，CAD技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為機(jī)械制造業(yè)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。從CAD的概念及應(yīng)用、CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)點(diǎn)、CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的不足和CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢四個方面對這個問題進(jìn)行了論述，提出了一些思考。

關(guān)鍵詞：CAD；機(jī)械設(shè)計；應(yīng)用

1CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)點(diǎn)

1.1符合人的思維過程

機(jī)械設(shè)計師在設(shè)計時總是先構(gòu)思后表達(dá)，由于腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的，因而直接建立反映產(chǎn)品真實(shí)幾何形狀的三維實(shí)體模型自然是理想的表達(dá)方式。這可使機(jī)械設(shè)計師更加專注于產(chǎn)品設(shè)計本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示，符合機(jī)械設(shè)計師的創(chuàng)新意識，有利于設(shè)計的連續(xù)進(jìn)行。由于CAD三維設(shè)計得到的三維立體圖具有直觀、易于理解等特點(diǎn)，不僅能促進(jìn)機(jī)械設(shè)計師的思維深入，有利于設(shè)計的擴(kuò)展，而且也便于與他人進(jìn)行交流。

1.2縮短了機(jī)械設(shè)計周期

CAD三維機(jī)械設(shè)計有利于解決復(fù)雜的幾何造型問題。它可以由簡單幾何實(shí)體通過布爾運(yùn)算等功能組合出各種復(fù)雜的幾何實(shí)體，并能自動生成相貫線和截交線，大大減輕了設(shè)計工作量，縮短機(jī)械設(shè)計周期近1/3，大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開發(fā)設(shè)計時，只需對其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計和制造，而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息，使機(jī)械設(shè)計的效率提高了3-5倍。同時，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力，能夠通過快速重構(gòu)，得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。

1.3零件設(shè)計和修改非常方便

使用三維CAD系統(tǒng)軟件，可以在裝配環(huán)境中設(shè)計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件，既方便又快捷，還可保證新零件與相鄰零件的精確配合，避免了單獨(dú)設(shè)計零件出現(xiàn)錯誤而導(dǎo)致裝配的失敗。比如可以在裝配環(huán)境中根據(jù)箱體的形狀及其他的配合要求快速準(zhǔn)確地設(shè)計出所需要的箱蓋來。

零件環(huán)境中有查找器，在完成機(jī)械零件造型時，資源查找器同時列出了完成該零件的所有命令，點(diǎn)擊這些命令就可以很清楚地了解完成該零件的每個步驟，并利用資源查找器中的零件回放把零件造型的全過程通過動畫連續(xù)地演示出來，使人一目了然。修改零件時，也可以點(diǎn)擊資源查找器中相對應(yīng)的命令來完成，更方便地是在裝配環(huán)境中也可以進(jìn)行零件的修改，即點(diǎn)擊要修改的零件就可以進(jìn)入零件環(huán)境來完成零件的修改。

1.4在裝配環(huán)境中裝配零件方便直觀

運(yùn)用不同的裝配關(guān)系可以把各個機(jī)械零件裝配起來。在裝配過程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確或發(fā)生干涉，查找器即予以顯示，同時可對零件的裝配進(jìn)行靜干涉的檢查，如果發(fā)現(xiàn)干涉就可及時對零件等進(jìn)行修改，以保證設(shè)計的正確性。另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件后，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。在整個機(jī)器或某個部件裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動演示，對于有一定運(yùn)動行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，對于在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運(yùn)動中出現(xiàn)碰撞的也可檢驗(yàn)出來，從而及時對設(shè)計進(jìn)行更改，保證設(shè)計的正確性，避免了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)問題需要修改甚至報廢。同時還可以進(jìn)行運(yùn)動仿真，能清楚地看到機(jī)器運(yùn)動的全過程。直接在計算機(jī)上對設(shè)計出的零件進(jìn)行虛擬加工和裝配試驗(yàn)，檢查零件加工工藝性和裝配質(zhì)量(有否干涉、松動等)，從而減少昂貴的產(chǎn)品試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾M(fèi)用。

1.5提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量

由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時采用了CAD設(shè)計方法和CIMS組織生產(chǎn)，使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計方法，如優(yōu)化、有限元受力分析等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時，大型企業(yè)數(shù)控加工手段較完善，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

三維機(jī)械設(shè)計不僅可以方便地描述對象的形狀、大小和位置等幾何特征，而且還可以賦予設(shè)計對象以顏色、紋理、體積、重心、慣性矩等多種信息，達(dá)到對設(shè)計對象幾何形狀確切的數(shù)學(xué)描述和工作狀態(tài)的物理模擬，從而更充分、準(zhǔn)確、全面、真實(shí)地表達(dá)設(shè)計者的意圖。

2CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的不足

（1）把CAD技術(shù)作為取代圖板的繪圖工具，并未實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)計。目前有些單位用CAD三維軟件做出的三維模型僅為效果圖，并沒有用在整體空間設(shè)計和受力分析，還停留在平面設(shè)計上，只是把用手工出圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)出圖的現(xiàn)狀。當(dāng)然計算機(jī)出圖有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如美觀、規(guī)范、修改容易、存檔方便等。但是如果只停留在這個階段，就失

去CAD的作用，因?yàn)镃AD是輔助設(shè)計，不是輔助繪圖。

（2）精通CAD技術(shù)的設(shè)計人員不足。三維CAD技術(shù)是一個復(fù)雜多變的系統(tǒng)，并不是每個設(shè)計人員都能掌握得很好，大部分人員沒有受過專門的訓(xùn)練，對它的功能了解不夠，他們完成的設(shè)計很可能不夠完善。

3CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著計算機(jī)性能的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊的普及化、信息處理的智能化，CAD三維技術(shù)正向規(guī)范化、智能化、集成化的方向發(fā)展。

（1）規(guī)范化。

規(guī)范化(標(biāo)準(zhǔn)化)的趨勢體現(xiàn)在幾個方面：數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化(標(biāo)準(zhǔn)化)、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CAD資源的規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)采用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善，它對于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開發(fā)指南。靠以前的一些標(biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)無法完全滿足CAD數(shù)據(jù)交換的要求。目前，參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個世界難題，在STEP標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，相信這一點(diǎn)能有所突破。

（2）智能化。

特征造型和參數(shù)設(shè)計的采用即是智能化方面的進(jìn)步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們?nèi)ナ褂茫膊辉賹⒄季€面數(shù)據(jù)存儲在一起，而忽略其內(nèi)在聯(lián)系。特征和參數(shù)的引入使得軟件似乎成為人類(用戶)一個更聰明的助手。CAD軟件應(yīng)該更大限度地將工程數(shù)據(jù)概念集成到數(shù)據(jù)模型中，例如目前，CAD軟件的特征模型主要是解決零件幾何造型的問題，而對于后續(xù)分析、CAPP和加工的需要還考慮得不夠。

（3）集成化。

集成化是當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展的又一大趨勢。CAD技術(shù)不是孤立的。首先，它集成了計算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)庫、外圍設(shè)備、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及各個應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。同時，它又不斷和CAM(計算機(jī)輔助制造)、CAPP(計算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃)、MIS（管理信息系統(tǒng))、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)以及MRP(制造資源管理)等系統(tǒng)相集成。由于Internet的發(fā)展，使得這些設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。如何構(gòu)造在Internet體系上的CAD/CAM集成化系統(tǒng)將會是人們追蹤的熱點(diǎn)。特別是在全球經(jīng)濟(jì)一體化的背景下，并行工程、異地設(shè)計制造等概念的發(fā)展和應(yīng)用，基于網(wǎng)絡(luò)、基于WEB的協(xié)同設(shè)計制造系統(tǒng)大受青睞。現(xiàn)在已有一些標(biāo)準(zhǔn)，如解決異構(gòu)系統(tǒng)平臺的XML和XML-3D，以及解決三維圖形、圖像在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享的VRML標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺，已經(jīng)為我們在互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架下，建立協(xié)同設(shè)計和協(xié)同工作的環(huán)境打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］董超.AutoCAD三維制圖在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.試驗(yàn)技術(shù)與試驗(yàn)機(jī)，2004，（3）.

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［3］張夕琴.CAD/CAE技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2007,（12）.