三维CAD技术在机械设计中的应用

温月祥

（秦皇岛市海港区迎宾路广播电视台视听之友报社，河北 秦皇岛 066001）

机械设计是机械工程的基础环节之一，它对整个机械生产链起着至关重要的作用，而机械设计的水平和质量很大程度上都体现在技术水平上。文章将通过分析三维技术对机械设计的影响、举例说明三维技术在机械设计中的应用、指出三维技术对机械设计中的优势以及尚还存在的问题来说明三维CAD技术在机械设计中的应用。

1 三维技术对机械设计的影响

（1）打造信息化的制造过程。设计人员可以利用现代信息处理技术实现了数字化的机械设计，同时还可以运用三维CAD实现动感仿真以及虚拟组装，也就是说在产品完工之前甚至加工之前就找到问题，尽早解决问题，这样不仅提高了机械设计的质量和水平，也缩短了设计的时间。目前机械设计已经从以往的绘图发展到如今的虚拟制造、智能设计、三维建模以及CAD/CAE/CAM集成阶段，实现了设计和生产的一体化流程。

（2）营造创新性的设计氛围。相对于传统设计，新型设计依靠三维CAD技术可以在设计阶段根据一些新的科技理念和理论及相关的专家系统，进行设计创新，不仅可以建立多种机构来对比构型，同时由于设计的效果好、立体感强还可以更加激发设计人员的构思，促使设计人员设计出更好的产品。

2 三维CAD技术在机械设计中的具体运用

（1）零部件设计检查。设计人员能够在三维CAD系统的装配环境中运用简单快捷的操作来设计新的零部件，同时也可以通过操作相关的零部件来设计新的零部件。这样，在三维CAD技术的支持下，相邻的零部件之间可以更好地结合，减少了误差，降低了设计的失败率。

（2）零件与装配图的实体生成。线框模型、表面模型和实体模型是CAD的三种三维建模方法，拥有实体建模功能的CAD系统中都有一些基本的体系：简单的零件可以在结构分析的功能下分解成不同的基本体，这些基本题通过三维实体造型和布尔运算，就可以得出零件的三维实体模型；复杂的零件，通常是先在二维几何元素构造中定出零件的几面轮廓，之后再在三维造型中通过一些操作得到基本体，最后通过布尔运算得到三维实体造型。

3 三维CAD技术在机械设计中的优势

（1）提高机械产品的质量和技术含量。现代机械生产在三维CAD技术的支持下，利用先进的设计方法来提高机械设计的水平保证产品的设计质量，如优化、产品的虚拟设计、有限元受力分析、运动方针等。机械产品本身就是与信息技术相融合的，再加之采用CAD、CIMS组织生产，如此一来，机械产品的设计就有了新的发展。

（2）促进零件的装配更加方便与直观。由于CAD软件的发展，三维设计形象、直观设计人员再设计零件的时候可以运用三维实体甚至是带有相当复杂运动关系的三维实体进行设计，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。

（3）减少机械设计时间、提高机械设计效率。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。无论是传统的CAD绘图软件还是现有的二维绘图软件都实现不了参数化设计。但在三维CAD的参数化、变量化设计版块中，零件可以根据结构尺寸的变化而自行更改以达到合适的效果；同样，当零件的尺寸和形状发生变化的时候，其他相关结构也会随之变化。这样，三维CAD技术就可以帮助机械设计减少大量的工作量，使工作时间减少了近三分之一，而工作效率却提高3～5倍，缩短机械设计的周期，从而提高了生产的效率。

（4）促进实现CDA/CAM集成。由于三维设计可以实现CAD/CAM的集成，这就意味着在三维CAD的技术下，产品在从设计到制造的整个全过程，通过信息集成和信息流自动化，可以保证加工的产品与设计完全精确吻合，使CAM可以直接获取CAD的信息进行加工。而按照传统做法，工作人员是根据CAD设计出来的图纸进行数控加工编辑的，因此不可避免地造成了在CAD和CAM中有两套一样的零件数据，很容易导致管理上的混乱。

4 三维CAD技术在机械设计中的不足及分析

在机械设计的过程中，三维CAD技术的确具有很大的优势。但该技术在实际的推广使用中，并不是所有的企业效果都很好，具体表现在以下几个方面：

（1）缺乏三维CAD技术的专业人才。首先，三维CAD系统本事就是一个复杂的系统，不是所有设计人员都很熟练地掌握的，甚至很多接受过CAD系统应用培训的设计人员都对CAD的部分功能还很模糊，这种情况对设计人员完成机械设计是一个很大的障碍。其次，由于在现代社会人才的流动性很大，而且三维CAD技术的培训成本很高，这难免打击了某些企业对培育CAD人才的积极性。因此造成了精通三维CAD的技术人员缺乏的情况。

（2）未实现真正的辅助设计。就目前而言，很多企业在CAD软件的选择上表现出很多错误的观点。有些企业采用三维CAD技术运用CAD软件只是简单地为了追求三维效果，并没有真正的意识到三维CAD软件的潜能和三维CAD技术的优势。对于机械设计，他们还只是停留在传统的设计方法上，也仅仅只是利用计算机制图，如此一来，CAD软件也就失去了它真正的意义和功能。还有些企业的错误表现在软件的选择上，他们盲目追求那些高端的CAD软件，如Pro/Engineer、UG等。对于中小型企业来说，这些功能强大的软件价格不菲而且难掌握，这样一来投入过大而软件的功能却未必完全发挥。因此，企业在选择CAD软件的时候一定要实事求是，根据自身的情况、实际需求以及企业近期的发展目标来选择适宜的软件，不要盲目追求功能强的软件，要考虑到性比价、服务、软件商的技术支持度等各因素。

5 结语

我国的制造业正随着技术的不断发展而发展壮大，中国制造如何转变为中国创造这有赖于产品的设计创新。在机械设计中，三维CAD技术是重中之重也是未来的发展趋势，它是企业在激烈的市场竞争环境中立足的法宝。未来计算机不断完善的功能、信息的智能化处理，这都使CAD三维技术的未来发展前景良好。