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CAD技术在机械工程设计中的应用

发表时间：2020/10/20 来源：《基层建设》2020年第19期作者：曹晓航

[导读] 摘要：随着计算机技术的不断发展，开发出了很多功能性极强的软件。

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        摘要：随着计算机技术的不断发展，开发出了很多功能性极强的软件。CAD是一款辅助设计软件，其拥有强大的绘图、建模功能，能清晰、形象的表达设计师的创意。这种趋势下，机械设计工作也逐渐应用起CAD软件进行辅助，并取得了显著的效果。CAD软件为机械设计工作带来了极大的便捷，设计师可以通过CAD把各类创意表现出来。同时CAD软件还具有诸多分析功能，设计师利用这些功能可以进一步优化设计方案。本文对机械工程设计中CAD技术的应用进行了分析和探讨。
        关键词：CAD技术；机械工程设计；应用
        一、前言
        当代中国的制造行业正在不断壮大，中国正由制造大国跨向制造强国，中国制造正在逐渐转向中国创造，而创造不只是解开一个零部件或组合一个零部件那么简单，而是对整个产品的设计，三维技术是设计的重点，也是必不可少。先进的设计能力能帮助制造企业在激烈的竞争环境下站稳脚跟，随着计算机的功能不断完善、信息处理的智能化，三维CAD技术的未来发展前景良好。
        二、机械工程设计与CAD计算机辅助技术的含义
        1.CAD技术的含义
        在计算机技术体系中，CAD技术是其中的一种辅助技术，利用专业设计软件和程序完善设计方法，绘制出机械设备的部件结构图案，参与设计，辅助机械生产，为机械设备和产品的生产制作提供依据。我国CAD技术发展十分迅速，被应用于机械工程设计，应用于航空航天、电子产品设计与制造、智能与虚拟设计等领域。CAD技术软件中一般包含有几种模块功能，①CAPP功能，指的是工业设计功能，主要是对材料的定量定额，对工艺设计的选择，促进机械设计标准化。②二维绘图。这是技术核心部分，利用计算机绘图软件实现对机械设备和产品结构及部件图纸绘制，降低手工工作量，提高效率。③PDM功能，主要是指对数据和信息的处理，进而保证图纸信息和加工代码安全。
        2.机械工程设计的含义
        机械工程设计主要是针对机械设备的一种设计，是指设计人员按照产品的使用要求，对产品或设备结构和工作原理，对各零部件的规格和大小尺寸进行分析和研究，绘制设计图，最终转化为具体的产品和设备实物的设计过程。机械设备或产品的设计较为复杂，对于精确性要求较高，因此，要采用十分先进的技术提升其设计水平，进而提高机械产品的质量。
        三、三维CAD技术在机械工程设计中的应用优势
        在机械工程设计中，三维CAD技术具有较为明显的应用优势。利用这一技术，能代替传统纸质图纸，符合工程建筑领域的未来发展需求。采用三维CAD技术替代人工设计的技术优势十分明显，进而可代替传统的手工制图、手工设计方法。从技术角度考虑，三维CAD技术的制图便捷性、制图精准性都更为理想，在图纸的携带、保存、检测等应用上，也更加方便，给工程建设质量提供了重要的保障。
        1.提高了制图便捷性
        在机械工程设计中，工程师的实际操作应当结合工程实际需求，对工程数据加以计算，进而完成数据设计，并通过计算数据完成工程制图。过去的机械工程设计对工程蓝图、草图、数据等都有较大的需求，图纸所用纸张很大。因此，保存、使用都较为困难，存在易丢失、损坏等现象。而利用三维CAD技术，不需要经历复杂的计算、绘制、保存等工程。在计算图形时利用人工计算方法，需要消耗大量的时间和精力，且易发生错误，需要反复检查和验算以确保准确性。而利用CAD制图方法，可对自动求解模块功能加以运用，完成对平方、成绩、求和的自动求解和复杂计算。大量的计算工作能在短时间内完成，并且能够保证准确率，从而提高了制图的便捷性。
        2.保障工程建设质量
        在机械工程设计中，三维CAD技术具有较强的直观性，在设计阶段中，能展示具体的工程结构，对复查修改的时间有较高的要求，不能一次完成。而通过提高设计的直观性，能尽早发现可能存在的问题和错误，在工程建设阶段更好的控制风险[6]。

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机械工程设计一般具有复杂性、多专业性、系统性的特点，涉及了很多阶段和专业的协调。而在传统的二维设计环境中，可能存在沟通疏漏，进而出现设计反复或设计失误的情况。利用三维可视化环境，能够集中管理数据，通过关联参数驱动及对象，确保不同阶段及专业，具有唯一性和一致性的数据要求，能有效避免设计漏洞，进而确保工程质量，提高机械工程设计的有效性。因此，通过运用三维CAD技术，能够有效规避对空间关系认识不足而造成的设计失误，在机械工程设计中达到优质的效果，提高工作效率和工作速度。三维CAD还具有快速制图、存储功能，在研究工程问题和修改工程设计的过程中，能更准确的表达设计者观点，从而准确修改和展示成果。
        四、CAD技术在机械工艺设计中的应用
        1.工程建模
        机械设计工程中最核心的部分是三维建模工作，实体模型、表面模型以及线框模型是三维模型中应用最普遍的三种形式，实现设计的参数化、变量化、集成化是CAD技术在工程建模中的目标。CAD技术通过本身所拥有的基本体系，完成机械零件在三维实体中的建模，其基本体系主要包括：圆柱体、立方体、球体及环状体等多种体系。对于复杂的机械零件，基于这些基本体系，将其划分然后制作简单的模型，最后通过三维造型的拼合得到最终零件。通过CAD的建模技术，可以根据具体的零件实物来设计更精确的尺寸，并可以随时调整模型、修改尺寸。
        2.辅助绘图、设计机械
        在机械工艺设计领域，对CAD技术进行相应的应用，能够对CAD强大的设计功能进行相应的应用，对机械工艺的设计进行一定程度的创新，从而对整体的设计体系进行相应的优化改善，在不同的装配环境中，对相关的零件设计进行相应的创新，提升设计的速度和效率，同时也能够便利工作人员的工作，对零件装配的整齐性进行一定的保障。因此，通过CAD技术，相应的机械工程设计时能够对自身的工作效率进行相应的提升，同时也能够对设计的标准化程度进行相应的提升。工作人员在传统的机械工艺设计工程中，一般需要进行大量的手工作业，在一定程度上会降低信息的准确性，同时也可能会对设计整体的美观性进行降低。在机械工艺设计工程中应用CAD技术能够对相关的绘图命令进行遵循，能够提升机械工程图的设计质量，对工作人员的工作效率进行降低的同时，能够对机械制图的效率以及质量进行相应的提升。
        3.配合CAE软件
        CAE（ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程）是一款在工程设计中使用的计算机辅助工程软件，用以分析工程、产品的力学性能，并进行有效优化。CAE软件是20世纪60年代出现的一款分析软件，如今在机械设计、生产、制造各领域中得到广泛应用，是分析力学、集成数据、优化结构的重要途径，也是CAD软件的重要配合环节。在CAD三维软件建模后，将模型数据、尺寸等相关数据信息传递给CAE软件，CAE软件会根据所得到的实际设计数据和尺寸分析模型的结构强度、刚度、屈曲稳定度、弹塑性等性能，从而对模型进行力学结构方面的优化和调整；CAE软件进行优化调整后，需要经过CAD的生成技术来实现优化后模型输出，明确呈现模型上应力、压力等分布图。经过力学分析和三维仿真模拟后投入生产，可以有效提高机械设计的质量和效率，降低零件在实际生产中的损耗程度，为提高机械整体质量和使用寿命做出巨大贡献。
        结束语
        总而言之，CAD技术在50年间取得了快速发展，在于此同时出现了很多的问题，因此，只有正确对待我国CAD技术问题，方可解决出现的问题，促使CAD技术在机械设计中得到更大的应用与发展。信息技术得到质的飞跃，使得计算机辅助技术在机械设计中的应有得到大范围使用，以此改变了以往的机械设计模式。CAD技术能促使计算机融入到居民的机械设计活动中，根据三维构图等技术对机械设计提出一定的帮助。为其注入新的元素，在机械工程设计中有着重要意义。CAD技术随着计算机技术的发展也在不断优化，在设计中能够展现出更多新型的创意，提高设计质量。
        参考文献
        [1]都晨.CAD技术在农业机械工程设计中的应用分析[J].现代农机,2020(05):26-27.
        [2]高菁.CAD技术在机械工程设计中的应用探究[J].科技风,2020(08):135.
        [3]隋文军.CAD技术在机械工程设计中的应用探究[J].现代企业教育,2014(24):559-560.