浅谈CAD技术在机械设计中的作用

浅谈CAD技术在机械设计中的作用

CAD（Computer Aided Design）为计算机辅助设计的英文缩写，其是充分利用计算机“计算数值与处理图形”的能力，扶助工程技术工作者展开产品分析以及工程设计，进而实现理想中的目的。当下，计算机辅助设计已然日趋成为“工程设计业”的新技术背景下进行产品竞争时的必备工具，并且，其发展及应用水平亦日益成为衡量工业现代化能力与科学技术水平的关键性标志要素。

目前，已由初期的只有数值计算及图形处理功能的CAD系统发展成为智能CAD系统（ICAD）（Intelligent CAD），其为与人工智能技术相结合的系统。由二十一世纪起，ICAD技术具超强的功能及发展方向，且凭此来提升制造业面对市场变化时迅速响应能力。

由设计专家们所系统完成的、以智能CAD（ICAD）为代表的智能活动。此系统能够对某领域里专家所设计的系统全程进行模拟，利用某知识领域符号的推理技术，对某特定问题进行处理。此系统将“计算机绘图与人工智能”技术等进行有机结合，让计算机可以对“分析性能、方案决策”等常规设计有更多的参与机会。设计效率因为取得计算机支持，进而有了极大的提升。

1、CAD技术的发展趋势

伴随计算机性能持续增进，以及计算机网络的“智能化、普及化”的信息处理环境，推进了CAD三维技术向“智能化、规范化、集成化”趋势发展。

1.1规范化

规范化也就是标准化的的发展趋势集中体现于：规范化的“数据交换格式、数据模型与CAD资源”等。数据模型常规下采取STEP的规范化系统。伴随日趋完善的STEP规范体系，促进其成为CAD新一代系统的研发指南。对于CAD数据交换上，凭借昔日的规范性接口不能满足其要求。当下，传输参数化特征模型依旧为世界性的难题，

而有了STEP标准则将令其有所突破。

1.2智能化

智能化进步的标志性特征即为特征造型和参数化设计的采取。所供软件不只是绘制工具让大众去应用，也不是不在意其内在关联单把“占线面数据”存储于一处。由于引入的参数与特征让软件好似转为人类更加得力助手。CAD软件需把工程数据概念尽可能地完全集成对数据模型内，比如，处理零件几何造型的问题关键是凭借CAD软件的特征模型。

1.3集成化

当下CAD技术发展的热门趋势即为集成化，其结束了CAD技术孤立局面。第一，其对计算机“软硬件的功能、图形图像学、数据库技术以及网络”等每个应用领域技术进行集成。第二，其持续与计算机辅助工艺流程规划（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、管理信息系统（MIS）、制造资源管理（MRP）、产品数据管理（PDM）等相集成。伴随Internet飞速发展，令这些设想变成现实。如何将CAD/CAM集成化体系构设于Internet体系内在未来一段时期将是大众所关注的焦点。

2、CAD在机械设计中的优点

2.1符合大众的思维方式

设计产品时机械设计师要先进行构思，并且依脑中的构思进行表达，而因构思中产品为三维形状的，故此创设能够呈现三维实体产品的模型为最理想的设计模式。如此能够使设计师在设计产品时投入更多精力，而并非费神于表示产品图形上，其益于产品创设的展开，亦与机械设计师其创新意识相吻合。因三维CAD所设计出的立体图拥有“易理解、更直观”等特征，在推动了机械设计师思维的同时，还益于与他人展开沟通以及机械设计的拓展。

2.2缩短了机械设计的周期

一些复杂的几何造型三维CAD机械设计能够顺利地解决。其经布尔运算的功能等可由几个简单的几何实体而组合成各种各样的更

加复杂几何实体，截交线与相贯线可以自动生成，工作量极大降低，令机械设计的周期一下子压缩近1/3，设计与生产效率皆获得提升。采取三维CAD系统展开机械的研发与设计时，仅仅对部分零件展开设计即可，昔日零部件的信息基本可以全部继承，机械设计效率一下提升了3-5倍。并且，CAD三维系统能够以快速重构手段，从而获得全新机械产品，体现其极高的变型设计水平。

2.3非常方便的进行零件设计和修改

CAD三维系统软件的使用，新零件即能于装配环境下进行设计，又能利用相邻零件的形状与位置进行新零件的设计，方便的同时而且迅捷，又可确保互邻零件彼此精密配合，规避了因单独设计零件常出现的错误而导致最终零件装配时的失败。例如能于装配环境里依箱体形状与别的配合需求，即准确又快速地设计出所需要的箱盖。

2.4方便直观地进行零件的装配

将每个机械零件采取不同的装配关系装配。于装配叶，零件彼此的装配关系需由资源查找器内的装配路径查找器进行记录，如果装配出现干涉及出错，查找器将会显示，还能采取静干涉手段对零件装配展开检查，能对零件里的干涉等展开及时的修正，以保障设计的准确性。还能够将零件隐藏，若外部零件被隐藏后，零件内部装配结构能够清晰地看到。还能对装配模型进行运动演示，若对运动行程有一定的要求，可对行程进行检验看其否达到要求，还能够将静态下不发生干涉而于运动里发生碰撞的零件检验出来，故此确保设计准确性，对设计展开及时的修正，如此规避了在机械产品生产之后方检出需要修改的问题。并且还可展开运动仿真，可对机器运动全程展开清晰观查。设计出的零件能够于计算机上直接展开“虚拟加工与装配试验”，对加工工艺性与装配质量进行检查，如此能够极大降低产品试验模型所产生的费用。

2.5使机械产品的技术含量和质量得到大大的提高

由于相融合的信息技术与机械产品，使用了CIMS的组织生产的同时又采用了CAD设计手段，推进了机械产品设计的发展。CAD三

维技术采取先进设计手段，比如，有限元受力剖析与优化等，令产品设计质量有了保障。一般的大型企业中的数控加工方法比较健全，若再利用CAD/CAPP/CAM展开零件加工，其具有的一致性好的特点，确保了企业的产品质量。

3、CAD在机械设计中的应用

3.1实体生成的零件与装配图

零件的实体建模。CAD三维建模包括“线框、表面与实体”模型三种。于诸多具实体建模功能的三维CAD软件内，皆涵盖某些基本体系。比如于AutoCAD的三维实体的造型模块里，便提供有“圆柱体、立方体、球体、环状体、楔形体、圆锥体”六种体系。针对比较简单零件，可先对其展开结构剖析，把它分解成为几个基本体，接下来再对几个基本体展开三维实体造型，最后对它展开“交、并与差”等布尔运算，如此三维模型零件的实体即可获得。

如果面对极难将其分解为若干基本体的较复杂的零件，导致组合及分解以后所形成过多的基本体，令成型受阻。故此，仅凭基本体系来满足机器零件的三维实体造型的要求还无法实现。故此，可对零件截面轮廓于二维几何元素的构造里先行定义，接下来经旋转与拉伸获取新的基本体，再经“交、并与差”等布尔运算获取到三维实体造型的零件。

3.2生成实体装配图

完成了零件实体构造以后，依据机器运动剖析资料，于运动某处，依每个零件的坐标展开装配，凭借CAD三维编辑功能即可达成。

3.3集成制造模具CAD/CAM

伴随科学技术速猛发展，促进了制造行业其生产技术的持续提升，由普通机床→至数控机床→与加工中心，由人工制图至→CAD→CAM→CAE，制造业以飞快的速度向着计算机化与数字化发展。并且模具激光快速成型技术（RPM）、模具CAD/CAM的技术等，整个制造技术几乎完全被覆盖。

由多个功能模块组成一个完整的CAD/CAM软件系统。比如“数

控加工、图形编辑、动态显示、三维绘图、仿真模拟、曲面造型、有限元分析”等。这些模块皆需以工程数据库作基础，展开统一的管理，工程数据的重点

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