CAD在机械工程中的应用

CAD在机械工程中的应用

刘莉

关键词：CAD技术；机械工程设计；优势

AD即计算机辅助设计与制图，是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、修改、分析或优化的过程。CAD软件必须有能接受和使其运行的物体，即硬件来支持它才能有实际意义，这样就存在了CAD系统。CAD系统是由硬件、软件组成。硬件包括处理运算设备、图形显示设备、外部存储设备、数据图形输入输出设备以及有关的信息传输等硬件平台设备、软件包括系统软件、支撑（图形、汉字等）软件和专业应用软件。

1CAD技术在机械工程设计的应用

1.1CAD在机械工程设计中绘图的应用

CAD技术最早进入机械工程设计工作就是在利用CAD绘图，这也是CAD技术在机械工程设计领域最基础的应用，CAD绘图也改变了传统的绘图方式。CAD绘图软件的主要功能包括交互式绘图、图形编辑、标准尺寸、文字、填充剖面、调用图块、区分层次以及实现图形交换等。利用CAD技术的丰富强大的绘图功能，可以非常轻松的绘制出清晰、符合工程要求的设计图。这使得绘图人员不再因为繁多庞大的绘图工作而发愁，减轻了工作量，提高了绘图工作的工作效率。

1.2CAD技术在机械工程设计中建模的应用

机械建模是CAD技术在机械工程设计中的重要应用。建模也是机械工程设计的核心内容。线框模型、表面模型和实体模型是CAD技术建模的三种常见的三维建模。在三维设计中，其基本思想之一就是实现参数化、变量化设计，但传统的二维建模体系中实现不了参数化设计，但CAD技术拥有一些基本的体系，通过这些体系，CAD完成零件模型的建立如在CAD的三维实体建模中，系统提供了立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体这6种基本体系。对于一些简单设计的零件会被分解成几个小块的不同的基本体，这些基本体通过三维实体造型和布尔运算，就会产生一个零件的模型。对于稍复杂的零件模型，首先会先绘制出图像的二位几何轮廓，之后在通过三维造型得到零件的模型。利用CAD技术的建模功能，设计人员可以根据产品的需要建立起与实际尺寸相同的模型。CAD建模是机械工程设计人员发挥创造性的良好平台，设计人员可以通过三维空间利用简便快捷灵活的操作来控制、修改零部件或者重新设计零部件。而且，当零件的一个部分发生变化时，其它部分也会随之变化。由此可知，在CAD技术的支持下，零件的设计更加活泛、真实，设计出的零部件也可以更好的应用于实际生产中，减少了设计带来的误差，提高了零部件设计的成功率，缩短了设计工作周期，极大地提高了机械工程设计的效率。

1.3CAD技术的智能化

CAD的智能在机械工程设计工作中的表现是工程分析和结构优化。零部件的力学性分析和结构优化是设计零部件时设计人员必须要思考的内容。随着有限元分析和动力学分析等现代化分析方法的发展，使得CAD技术在零部件的力学性分析和结构优化进行了进一步的深入拓展。现在，CAD技术已经实现ansys等有限元分析软件的无障碍对接。设计人员可以将通过CAD技术设计出来的三维零件模型导入有限元软件分析中，通过工程分析的原理对进行力学性分析和结构优化分析，验证所设计的零件是否满足力学的要求以及其结构是否可行合理。如果不可行，可在模型大量生产前对模型进行适当的修改，以达到要求。这种分析和优化设计的方法在复杂结构零件时，体现了更为巨大的优势。

2使用CAD技术在机械工程设计领域中的优势

2.1提升了机械产品的质量

CAD技术的应用从根本上改变了机械零件设计的质量，利用了先进的技术保障零件设计的水平，提高零件设计的档次，突破了传统的设计理念。如优化产品的虚拟设计、有限元受力分析、运动方针等。机械零件本身就是与信息技术相融合的，这提高了零件的科技含量。现代机械生产在CAD技术的支持下，提高了机械工程设计的水平。CAD技术的应用极大程度的保证了机械产品设计质量。随着数控技术加工手段的不断发展，CAD技术在进行零件加工时，能够更好的使模型与零件相统一，保障机械零件的生产质量。同时，运用CAD技术增加了机械设计的创新性。传统的机械设计更加注重实践，限制了人们的创新思维，而CAD技术的运用，可以增强零件设计的立体效果，开通设计人员的思维，使设计者能开发出更加具有新意、灵活的新产品。CAD技术是机械设计信息化的基础。因为CAD技术通过三维构图将零件设计出来，呈现立体化的效果，能够使设计人员及时发现零件在设计阶段的缺陷与不足，及时进行改良，不仅提高了设计的效率，也改善了设计质量。

2.2缩短设计时间，提高设计质量

CAD技术改善了传统绘图中的缺陷，实现了设计的参数化。通过建立起来的三维模型实体调整尺寸、结构的变化，达到理想中的效果。同时，当零件的尺寸和形状发生变化时，与其相关的结构也会进行适当的调整。这样，通过三维技术的应用减轻了设计零件的工作量，缩短了设计周期，提高了设计的效率和生产效率。同时，CAD技术能够记录装配过程中各个零件的关系，可以根据相邻的零件之间的形状和位置来调整、改善新零件，降低了因为零件之间的不匹配而带来的麻烦。此外，CAD技术通过三维技术可以实现设计阶段的模拟装配、模拟运转，从而使设计更加接近实际过程。这样，通过三维技术的应用减轻了设计零件的工作量，缩短了设计周期，提高了设计的效率和生产效率。

2.3促成CAD/CAM技术集成

随着CAD技术的不断升级发展，机械制造业的生产设备也从过去的普通机床逐步向数控机床进行转变。一个零件的设计生产更加集中化。CAD/CAM系统是由三维绘图、图形编辑、数控加工、曲面造型、动态显示、仿真模拟、图形编辑以及有限元分析等这些模块组成的，这些模块以工程数据库为基础，而实体造型是工程数据的主要来源，其主要功能有图形编辑、三维绘图、仿真模拟、曲面造型、有限元分析、数控加工以及动态显示等等。CAD/CAM系统的集成可以避免传统做法中工作人员根据CAD技术设计的零件进行数控加工而导致的CAD和CAM中有两套一样的零件数据，造成工作上的混乱。两者的集成能够真正让模型实现数字化、集成化，实现零件设计和实际生产应用的无缝对接。

3结束语

随着我国机械制造业技术的不断发展壮大，中国制造业如何增强自主创新能力，树立创新意识是当前我国的发展难题。CAD技术无疑是解决这一难题的钥匙，它将成为机械工程设计的核心技术，是企业立足于市场的制胜利器。CAD技术的应用改善了传统的机械工程设计理念，使其更具有突破性，优化了机械工程设计的质量，提高了机械工程设计的核心。希望CAD技术在我国能够更广泛的应用到机械工程设计中去，推动我国制造业的发展，使中国制造转变为中国创造。

参考文献：

[1]张夕琴.CAD/CAE技术在机械设计中的应用[J].装备制造技术，2012（4）.

[2]董超.AutoCAD三维制图在机械设计中的应用[J].试验技术与试验机，2012（9）.