浅谈AutoCAD软件的三维设计功能在机械设计中的应用

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摘 要：autocad软件绘图功能完善，用户界面友好，易学易用，受到了广大机械工程设计人员的普遍欢迎，是目前应用最为广泛的计算机绘图软件之一。本文介绍了利用AutoCAD软件绘制三维机械图形的优势和方法，在机械设计中具有一定的推广价值和借鉴作用。

关键词：AutoCAD；计算机绘图；机械设计

中图分类号：TP391.7

机械工程是较早应用计算机技术的领域之一，目前计算机技术取得飞速的发展，已经深入到机械工程的各个分支。图形是表达和交流技术思想的工具，特别在机械设计的过程中，图形是工程技术人员不可缺少的交流工具。随着AutoCAD软件技术的飞速发展，越来越多的工程设计人员开始利用AutoCAD软件进行计算机绘图，从而解决了传统手工绘图中存在的效率低、绘图准确度差及劳动强度大等缺点，使AutoCAD成为机械设计领域使用最为广泛的计算机绘图软件。

1 AutoCAD的概念和意义

AutoCAD是由美国Autodesk公司推出的专门用于计算机辅助设计的软件。AutoCAD是指通过计算机来辅助设计人员对建立、修改，分析和优化设计的过程。AutoCAD因具有出色的设计功能和用户界面简洁的特点而深受广大工程设计人员的喜爱。AutoCAD在机械工程的设计里运用不仅改变了机械设计的传统模式，而且提高了设计的质量。我们知道在传统的模式里，是通过人工绘画图纸，实体演示，模型和样板来传递各种信息。这样的做法，工程复杂，不易于理解，需要花费更多的时间去讲解，最后由于各种原因，在传递信息的过程中，出现了偏差，信息不准确，导致了整个工程的瘫痪，又要重新设计，修改。这不仅费时费力，还阻碍了机械工程的发展。而运用AutoCAD之后.通过计算机的平台让设计人员在同一时间接受各种信息，简化了设计流程，让更多的人清楚机械中各零件之间的联系，不仅省时省力，而且在提高工作效率的同时保障了图纸设计的质量。

2 AutoCAD发展过程

AutoCAD的发展过程可分为初级阶段（AutoCAD1.0―AutoCAD2.0）、发展阶段（AutoCAD 2.17―AutoCAD 9.03）、高级发展阶段（AutoCAD 10.0―AutoCAD12.0）、完善阶段（AutoCAD R13―AutoCAD2000）和进一步完善阶段（AutoCAD2002―AutoCAD2012）5个阶段。1998年1月，推出划时代的AutoCAD R14版本；从R14版本开始，AutoCAD已具备相当的三维设计能力，市场上绝大部分机械零件都能通过AutoCAD的三维设计功能设计出来。

3 三维AutoCAD技术在机械设计中的优点

通过实际应用三维AutoCAD系统软件，能体会到三维AutoCAD 系统软件比二维AutoCAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点：

3.1 零件设计更加方便。三维AutoCAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。

3.2 装配零件更加直观。在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

3.3 缩短了机械设计周期。采用三维AutoCAD 技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维AutoCAD 系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3～5 倍。

3.4 提高机械产品的技术含量和质量。由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CADCIMS 组织生产，机械产品设计有了新发展。三维AutoCAD 技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。

4 AutoCAD三维绘图在机械设计中的应用

AutoCAD允许用户创建各种形式的基本曲面模型和实体模型。其中，可创建的曲面模型包括长方体表面、棱锥面、楔体表面、球面、上半球表面、下半球表面、圆锥面、圆环面、旋转曲面、平移曲面、直纹曲面、复杂网格面等；可以创建的基本实体模型有长方体、球体、圆柱体、圆锥体、楔体、圆环体等，还可以通过拉伸或旋转二维对象来创建三维实体。AutoCAD提供了专门用于三维编辑的功能，如三维旋转、三维镜像、三维阵列；对实体模型的边、面以及体进行编辑；对基本实体进行布尔操作等。AutoCAD的三维设计方法简单易学，设计者可以通过对二维封闭线进行拉伸、旋塑的方法生成特殊实体；也可以直接创建方块、圆柱、球、圆锥、圆环等基本实体；通过对实体之间的相加、相减、求交集以及切割、镜像、阵列、旋转等方法就可以构造出各种零件的三维实体模型，由于AutoCAD的二维和三维功能结合紧密，如果已具备了一定的二维绘图基础，在很短的时间里就可以掌握从构造模型到形成图纸的三维设计的全部过程及各种方法。

综合运用AutoCAD 以上的优势和特点， 下文给出了直齿锥齿轮系三维建模方法。

4.2 直齿锥齿轮系三维建模的实现

4.2.1 直齿锥齿轮系轮廓线的形成

在AutoCAD的坐标系统中，以（0，0）坐标为起始点，根据直齿锥齿轮的基本尺寸用多段线（PLINE）和矩形（RECTANG）命令绘制出直齿锥齿轮的基本的剖面轮廓线。在此过程中， 将要通过变换用户坐标（UCS）和旋转图形或则旋转坐标来获得简易的绘图方法。

4.2.2 建立直齿锥齿轮系三维模型

以Y 轴为旋转轴对多段线进行“旋转”（REVOLVE）。拉伸（EXTRUDE）矩形生成实体后对其执行“三维阵列”（3DARRAY）命令。以（0，0，0）为中心，绘制圆柱体（CYLINDER），最后运用差集（SUBTRACT）或并集（UNION）命令得到直齿锥齿轮的实体形状。

对上述两个实体进行移动（MOVE）和“三维旋转”命令并调整到合适位置。最后选择合适的材质对实体加以渲染。利用AutoCAD基本绘图命令获得直齿锥齿轮的外部轮廓，在此基础上利用“旋转”、“拉伸”、“并集”、“交集”、“三维镜像”、“三维阵列”等命令实现直齿锥齿轮的三维建模。同样在设计其它更为复杂机械零件时，采用仿真加工方法可以实现对机械产品的三维建模， 能提高设计的效率。

5 结束语

计算机绘图的目标就是要使设计的结果在生产实践中发挥作用。虽然计算机辅助设计的发展方向是达到设计、生产的无纸化，但除了极少数大型的企业外，绝大多数普通的设计生产单位还是以纸基图作为组织设计生产的依据。所以从事机械设计的人员如果继续使用AutoCAD软件设计机械零部件，那么你就应该学会使用AutoCAD的三维方法来设计，它会使你的工作高效、准确，并且能让你及时发现设计中的错误，提高机械产品试制的成功率，解放并提高生产力。

参考文献：

[1] 耿国强.AutoCAD2010 中文版入门与提高[M].北京：化学工业出版社.

[2] 赵国增主编的《计算机绘图--AutoCAD2004》，2004年

[3] 张潜.《华夏星火》.2010年

作者单位：唐山科技职业技术学院