CAD在机械设计中的应用探讨

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摘要：cad软件的应用为机械设计者提供了较好的技术支持，目前各种CAD设计软件正广泛应用于机械设计的各个领域，但是随着计算机和科学技术发展，CAD软件还需突破自身，取得更大的发展。本文阐述CAD技术在机械产品设计中应用的基础上，总结了CAD技术在机械设计中的优点，并分析了常见的机械设计中的CAD技术，最后对机械设计中CAD技术的发展进行了展望。

关键词：CAD 机械设计 应用

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）030-0201-01

CAD技术的发展为机械加工制造业提供了较好的技术支持，让传统机械设计方法和思路都有了很大的变化，是机械领域最有影响力的一门技术。机械设计在历史长河和世界技术的发展中不断更新，计算机技术，软件设计技术在机械设计中广泛应用，给设计人员打开了创新的思路，同时也让传统的设计方法和制造业有了根本性的颠覆，CAD技术给国家经济甚至是世界经济都产生了很大的影响。

1 CAD技术在机械设计过程中的主用功能

CAD技术在机械设计中主要应用在几个方面：图形绘制、计算机辅助设计、信息处理、数据库的建立和处理、应力分析、动态性能分析、热传递分析、仿真运动、信息的检索和交换、二维绘图、三维造型，结构优化等方面。具体从以下两个方面展开探讨。

第一，CAD技术应用于机械产品的开发和设计过程中，即常用的计算机辅助工程技术，它能够大幅减少设计人员的重复劳动和实验，借助CAE技术能有效分析产品的性能和结构是否优化，将产品设计和性能设计结合起来，利用计算机分析零件的动态和静态特性及结构特性，能直观看到是否达到最优。尽管CAD/CAE技术已经广泛应用于机械设计的活动中，但是目前机械设计人员的水平还处于比较低的位置，还需要拥有CAD辅助设计的企业应加强对该类人的培养，提升，将CAD技术的优越性发挥出来。第二，CAD技术发展的初期仅仅是简单的图形绘制，但是现在CAD技术发展已经由当初的辅助绘制二维图形发展到今天的真正用于产品研发的设计过程中。目前在企业设计或学校教学中，应用最多的CAD软件主要是CAD/CAM，CAXA图板，AUTOCAD等等，而且目前设计人员也能有效，全面的将CAD辅助设计的理念应用在设计中，经过他们的摸索总结和不断提高，目前，他们对CAD接受程度也在提高，能有效运用图形分析，资料共享和信息技术处理等高层次的CAD处理技术。

2 机械设计中运用CAD技术的作用

CAD软件拥有二维和三维绘图的功能，但是设计人员更加偏爱三维设计，主要是它的效率高，速度快，成本低。主要表现在三个方面：

首先，机械设计效率提高，周期变短。机械设计的零件需要在反复的设计失败和错误中不断进步和完善。比如，在零件需要配合设计时，为了保证零件能精确配合，可以用三维软件同时设计两个零件进行装配，避免单独设计引起的装配失败，三维技术能有效完成零件配合设计，当设计配合不合理时只需要对零件部分做微小的改变，零件的大部分信息没有发生变化。另外，CAD具备变型设计的功能，能将不同零件部分进行重构，设计一个不同的产品。如此，CAD技术能大幅减少设计时间，提高生产效率。

其次，在CAD中装配零件方便直观。该功能能监测到静态和动态下，零件之间是否发生干涉或者在运动过程中是否出现碰撞，从而及时对设计方案进行更改，运用不同的装配关系进行实验装配，CAD软件中的资源管理器能有效记录装配路径，如果装配不正确，能直观显示装配不合格的位置，同时软件还具有隐藏功能，将部分零件隐藏，能清晰的看到内部结构的装配及运动情况。另外软件还能进行运动演示，将静态和动态配合下无法发现的问题在运动中进行检测，观察是否跟其他部位产生干涉，保证零件设计的正确性，避免零件未经过周密的论证生产出来导致报废。

最后，提高产品质量，提升竞争力。机械设计产品与CAD技术结合，能提升设计者的设计思路，能进行干涉检查，受力分析，产品优化提高设计质量。另外，现在CAD软件都具备了较好的在线加工能力，利用CAM进行零件加工，能保证产品跟设计图样的一致性，保证产品质量。

3 在机械设计中常用的CAD功能

第一，CAD实体建模。目前，CAD建模最主要的有三种方式，实体、表面、线框。比如在AUTOCAD中提供了多种实体建模方式，最基本的有立方体、圆球体、柱体、锥体等。一般零件都可以通过这些模块进行结构分析，设计时，对基本造型进行分解分析，然后采用布尔运算对零件进行三维造型。另外，零件三维实体建立后，调用运动分析模块对零件功能进行分析。对于零件装配，可以通过采用三维编辑功能，让零件按坐标要求进行装配，完成设计任务。

第二，集成制造。科学技术的不断进步，CAD软件也在不断发展和强大，制造向数控化方向发展，设计向计算机方向发展，CAM/CAE也正在向计算机方向发展。一个完整的CAD/CAM软件集成了三维造型、图形编辑、曲面造型、仿真加工、受力分析、在线加工等的功能。这些模块的运行都是建立在全面的工程数据库基础上的。

第三，机械设计CAE软件的发展。CAE软件主要是承担后期分析处理的任务，解决零件设计是否合理。比如产品零件结构是否优化，受力分析是否合理，运动特性分析，静态和动态特性分析等等。

4 CAD技术在机械设计中的发展方向

CAD中的三维造型很好的解决了设计者由单一的思维活动变成了直观的视觉设计，能同时完成部件设计和整体设计时利用三维模型进行更好的分析和研究，统一的数据库能让设计者选取到最优的设计方案。按目前的发展方向，三维技术有可能会淘汰二维绘图。随着世界科学技术的不断发展，计算机性能，网络的普及，信息处理能力的不断提高，CAD软件技术也将更加开放和集成。CAD软件企业要能跟上世界发展的趋势，开拓思想，开发出更加技术先进的CAD软件。

可以看到，机械设计离不开CAD软件技术，CAD软件技术的发展还需要设计者提供更多的智慧。目前，人工智能、通讯、信息技术、数据库技术都在不断的完善，信息已经突破了国际界限，这些技术给CAD技术带来了发展方向，不久的将来，在机械设计领域将会使用更高技术的CAD软件。

参考文献

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[2]吴晓东.CAD技术应用状况与发展趋势浅析[J].矿山机械，2008.

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