严超群
浙江恒立粉末冶金有限公司 浙江省金华市 321000
摘要：随着我国经济的不断发展，我国工业实力也不断的提升。工业的发展离不开机械的运作，机械是由各种零部件组成的，其设计程序相对复杂，所以借助现代化信息技术对其进行设计是我国机械设计制造行业的主要发展趋势。三维CAD技术，即计算机辅助设计技术，设计人员借用计算机与相关的图形设计设备进行计算、建模以及产品制图等工作。计算机存储大量的设计信息，包括数字、文字以及图像形式，方便设计人员检索与调用，设计人员通过设计草图，计算机处理草图制成工程图，极大提高了设计人员的工作效率，以及产品设计的科学性。鉴于此，文章对CAD技术在机械设计与制造中的应用进行了分析，以供参考。
关键词：CAD技术；机械设计；应用要点
1、CAD技术概述
CAD技术（ComputerAidedDesign）是计算机的辅助设计系统，可以帮助技术人员工作。CAD系统包含两部分，第一部分是硬件系统，它主要分为输入设备、输出设备、工作站和计算机。第二部分是软件系统，它是由辅助模型和CAD软件构成（数据管理、CAD应用、交互图形）的。CAD技术不仅降低了人类的工作压力，而且提高了工作效率，增加了经济收益。将CAD技术与各专业技术结合，用计算机综合分析各项数据、并做出模型进行实验，最终做出最佳方案的决策，成本更低，速度更快，效率更高，既省时又省力。
2、CAD技术的特点
2.1通过辅助设计，提升设计质量
计算机辅助设计分二维设计和三位设计，随着3D技术的发展，如今CAD设计大多采用三维设计。在具体设计过程中，设计人员一般会依据自己的设计知识构思出大概的设计思路，通过CAD技术可以清晰地将设计师的设计思路利用二维或者三维技术充分展示出来。此项技术节省了产品设计的周期，降低了机械设计的技术难度，同时还可提高设计人员的思维水平设计的本质是指导生产现场生产制造，近年来尽管CAD技术发展迅速，但如何实现三维图形和生产现场的深度融合，彻底实现三维图纸的下现场是未来急需要解决的问题。生产现场硬件设备的配备、三维图纸的标注，统一标注标准的建立等都是三维工程化应用的关键问题。若如法解决以上问题，设计人员尽管实现了三维设计，但仍然需要投入大量的时间进行二维图纸的设计，以满足生产现场对于二维图纸的需求，在设计成本上没有起到降低作用，反而会额外增加设计成本。若以上问题得不到解决，三维设计只能是纸上谈兵，并无法实现其工程化。
2.2通过快速变更，提升设计效率
工程变更在实际生产制造过程中是不可避免的，但应该最大限度降低生产制造阶段的工程变更。工程变更的源头大多来自产品的设计变更，由于项目执行周期的要求，在设计之初对设计人员的设计周期要求短，一旦发生设计变更，设计人员的数据修改效率决定了产品设计的周期长短。通过使用CAD技术可以快速实现基于可编辑视窗的产品设计变更，将零件快速修改，使得设计人员便捷高效地完成修改工作。以高铁关键轮对零部件为例，其结构基本类似但由于不同客户对于时速、安全运营里程的要求不同，需要对其进行个性化配置，以满足客户需求，例如增加传感器和检测设备的安装等。对于以上设计变更，设计人员在设计变更过程中可以借助CAD软件加以实现。随着设计技术的不断升级换代，计算机辅助技术应用的越来越广泛，两化融合的理念日益升入生产制造一线。通过数控加工和产品CAD技术的相互融合，可以将CAD技术的优越性发挥得淋漓尽致，一方面可以帮助设计人员更加快速便捷的实现加工特征的获取，另一方面也可以实现设计过程中的快速变更以及完善修改，以保证设计的产品质量
3、CAD在机械设计及制造过程中的应用
3.1在计算机绘图中的应用
绘图是产品设计的首要环节，通过计算机绘图在绘制精确性、人工成本、图纸修改等方面可以最大限度发挥设计师的潜能。传统的手工绘图，其设计精度会有误差，设计人员的工作效率低，修改和调整的工作量大，设计的周期相对较长。
由于绘制的准确性会严重影响产品的设计质量，和传统人工手工绘制相比，计算机辅助设计可通过系统软件的常用套件以及工作平台，大大提升产品设计的效率，降低了产品设计的工作量，最大限度降低误差概率，缩短产品设计的整个周期，提高了设计的整体质量。以汽车结构设计中涉及的车轴、车轮、关键装配部件等，以上部件在产品设计人员设计知识库中随时储备，一旦需要即可调取，最大限度提升了设计人员等设计效率，降低了重复工作带来造成的成本浪费和设计失误概率。
3.2在制造、符号、图形设计中的应用
CAD技术的另一特点是已经将设计手册中的相关标准件和常用零件，以特定图形的形式记录在系统数据库中。在设计人员具体设计过程中，可以根据实际需求检索设计数据库中的相关零部件、符号或者图形，进行快速粘贴和表达，这样便可大大简化设计人员对于标准件的重复设计工作，进而提高了设计的准确度，缩短了设计周期。以螺钉和螺母为例，其均为标准件，设计师选择的图形和符号等可以自动在图中实现关联，生成具体表格明细，对于设计师来讲，唯一要做的是快速的识别和检索要使用的符号和图形。
3.3在机械设计建模中的应用
建模是机械设计过程的核心环节，建模质量的好坏对最终产品的质量影响较大，对于设计师也是非常重要的工作内容之一。以汽车产品设计过程为例，汽车产品的质量受气覆盖的模具质量影响较大，在制造过程中实体模型和图纸存在差别，返工现象就会频繁出现，制造成本浪费较大。借助CAD技术，使用期三维建模模块，通过旋转、平移、镜像等操作，可快速实现模型的构建。解决了传统三维建模过程中，三维化处置难度大的问题。三维建模设计的建模体系较多，如圆柱、立方、曲面等。但机械设计师门在具体原因过程中，一般都只要根据相关要求将不同模型进行组合装配或者拆解，这样便能很好地完成建模任务。另外，对于比较复杂的机械零件，机械工程师还可实现二维零件的绘制，而后根据二维零件产生三维立体模型，最终实现三维模型的建立。因此，合理的利用三维建模技术，能够最大限度提升建模的质量，避免返工现象的发生，从而提升产品制造的效率。
3.4集成制造CAD/CAM模具
以往在进行机械工程设计过程中，主要借助机床设备进行设计工作的推进。结合了新型的CAD技术之后，使机床性质也不断的得到技术提升，当前在设计时，主要使用数控机床作为制造业的主要设备工具，具有更加智能化的特点，可以实时的监督设计工作的完成进度，同时更加高效精准的将设计模型进行转换，通过运用CAD/CAM技术，进行设计工作的图纸编辑、三维绘图、设计工作的仿真模拟、曲面造型有限元分析、数控加工以及动态显示等，完善模具创造，减少设计误差。
3.5实现一体化设计和模块化设计
将CAD技术应用于机械设计，可以将其与有限元法相融合，能够使得机械设计更加精准。通过对二者的综合应用，不仅仅能够对于机械设计的图纸进行合理设计，同时还能够有效地完成一体化设计和模块化设计。在计算机之中，产品模型可以直接进入CAPP系统之中，并且给予NC编程和工艺规划，从而使得加工代码可以直接进入NC机床，通过对CAD技术的应用使得设计和制造有效地连接在了一起，从而使机械的开发周期大大缩短。利用有限元法来进行数值计算，对于机械结构件进行复杂工况下的模拟，可以更好地对其进行动力分析和静力分析，然后再依据分析的结果对于机械结构加以优化，从而保证设计和制造的质量。
结语
综上所述，将CAD技术有效地应用于机械设计制造之中，不仅仅能够使机械设计制造的效率得到有效提高，同时也能够更好地保证机械设计制造的精准度，从而使得我国机械设计制造取得更好的发展。当前CAD技术在机械设计制造领域已经得到了广泛应用，并且已经取得了较好的成果，通过对其进行更加深入的研究，将使得机械设计制造进一步朝着清洁化和集成化的方向发展，促进我国机械设计行业取得更大突破。
参考文献
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