三维CAD技术在机械设计中的应用探究

史 越

（东北石油大学机械科学与工程学院,黑龙江大庆,163318）

随着科技的日新月异，CAD技术在各个领域也被广泛运用，而机械设计也字其帮助下带来了新的发展。目前三维CAD技术已逐渐取代二维CAD，成为机械设计发展过程中的关键技术。

1 三维CAD技术概述

1.1 三维CAD技术定义

三维CAD技术，也叫建模技术，是从二维技术发展而来，成为整个CAD技术的核心组成部分。三维CAD技术出现在上个世纪60年代，由线框建模发展到曲面建模，再到实体建模、参数化建模，直到当前的产品集成建模、行为建模等，是一个长期的发展过程。

1.2 三维CAD技术的优势

（1）促进新产品的开发

对于机械新产品的研究之处，利用三维 CAD技术快速直观的进行模型构建，更具立体感，也能够逼真的将零件造型用动画形式表现出来，更易让人发现设计的不足之处，一目了然。而且三维CAD技术的应用能够降低机械设计的难度，使得产品的创新更加容易，也推动了机械设计工作人员的创新能力，加快了新产品开发的脚步。如图1所示，对挖掘机造型的新设计，通过三维CAD技术建模，可以清晰明了的进行对比调整，快速的设计出最佳的挖掘机。

（2）提高机械设计效率

三维CAD软件的合理应用，能够有效的提高机械设计的效率，降低机械设计过程因为细微零件的装配的失误率。利用三维CAD技术的各种软件，能够直观的展现图形设计的模型，通过对形状、位置甚至零件的观察，而尽快的完成机械设计。

（3）保证机械设计质量

三维CAD技术的合理应用，使得机械设计更加科学，利用CADAM、Solid-Edge以及CADDS等软件，可以进行运动仿真，限元受力分析，产品虚拟建模等，让设计人员直观的检验产品，找出最佳的设计方案，保证机械设计的质量。

（4）缩短设计周期

三维 CAD 软件进行机械设计周期缩短，主要表现在可以利用系统对机械产品进行重新构建。简单来说，就是当产品的某一零部件出现变化，系统会相应的使机械整体进行改变，成为全新的，尺寸合理匹配的机械产品。

2 三维CAD技术在机械设计中的应用

2.1 三维CAD技术在机械设计中的应用

（1）进行机械产品的零件与装配图建模

三维CAD技术对于机械设计来讲，是一种重要核心的辅助工具，尤其是对于产品零件和装配图的实体建模，具有重大的意义。通常线框、表面、实体建模是CAD技术中的三种基本方式，但是在三维CAD技术中，提供了包括立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体等六种基本建模体系。这样的软件技术发展，对于机械产品中，不同种类样式的零件进行实体建模都有一定的帮助，可以通过对零件的分解，在运用交、并以及差等布尔运算，完成机械零件的三维造型实体建模。当然对于机械产品零件的实体建模后，可以使用CAD软件将各项资料进行整理分析，重新整合出新的机械装配图形，便于产品质量的保证以及机械设计效率的提高。

（2）检验机械零部件设计

利用三维CAD系统软件，使用建模或者动画播放形式，直观快速的对机械产品的零部件装配情况进行演示。同时还可以使用资源查找器，对机械产品中某一零件的修改而进行新机械产品模型的构建，增加了机械零部件之间的适配准确性，避免出现零件出错而导致整个机械产品装配的失败。这样自动化的对零部件进行检验，更加清晰直观，在保证机械产品质量的同时，也大大的缩短了设计周期。如下图2所示，可以看出因为某一机械零件进行了修改调整，而三维CAD软件系统做出整体适配调整，而呈现出不同形状结构的结构实体建模。

图2 机械零部件在三维CAD技术的更改建模应用

2.2 三维CAD技术在机械设计中的优势

（1）实现机械设计过程的全面信息化

利用计算机信息技术的帮助使用三维CAD技术，不仅实现了机械设计过程的数字化，还进行了产品的虚拟仿真建模组合，提前检验机械产品设计的问题，及时解决调整，大大的缩短机械设计时间，提高效率，也保证了机械设计的质量。这样在整个机械产品建造完成前的一系列工作，都呈现出机械设计过程的全面信息化，推动了三维CAD技术与机械技术的进一步发展。

（2）缩短机械设计的周期

三维CAD技术在机械设计过程中的广泛应用，除了能够有效快速的检验机械产品外，还能提高设计效率和质量，对机械产品设计的质量提高进行强有力的保障。除此之外，三维CAD技术还能够缩短机械设计的周期，对机械产品的某以零部件进行修改，就会导致整个机械产品改型，重新让各零部件组合连接，成为匹配机械产品的尺寸，将传统的机械设计效率提高了3-5倍，也缩短了机械设计周期。

如在切割器设计中应用三维CAD软件，如果想将原来开口为150mm切割器，修改为3mm，仅需要在软件上，将装配图上的15mm调整为300mm，三维CAD系统就会根据修改，自动的将切割器的驱动轴、钢丝刷以及配重块、加强板等做尺寸的相应调整，快速的重新组建新的切割器模型，出现全新的切割器机械产品，如图3所示。

图3 切割器的三维CAD技术应用

（3）发挥了创新设计

在传统的机械设计中，对于机械产品的创新具有一定的难度，仿型设计产品过多，加上对与机械尺寸的修改比较困难，且所花费的成本过高。因此，在机械产品的设计上，多是常规设计，创新机械产品较少，很难具有实质性的机械创新。而依靠三维CAD技术，可以在原有机械设计模型上，通过新理论、技术的创新，进行立体感强的观察对比，设计出逼真的创新机械产品。这样的技术应用，充分的激发了机械设计人员的创新灵感，带来了机械设计的新气象。

2.3 三维CAD技术在机械设计中存在的问题

三维CAD技术在机械设计中的广泛应用，在设计上时间缩短了，同时提高了机械设计的效率与质量，也对机械设计带来了创新，激发了机械设计工作人员的创新能力。这样的有效帮助，实现了三维CAD技术与机械设计的巧妙结合，促进机械设计的进一步发展。但是在进行三维CAD技术实际推广应用过程中，也出现了一些问题，主要表现为缺乏熟练操作三维CAD技术的工作人员，不能充分发挥出三维CAD技术的辅助功能。

三维CAD技术是在二维CAD技术的基础上进一步的发展，无论是技术还是质量上都具有革命性的突破，所以才能够为机械设计带来一系列的优势。正因为三维CAD技术的功效强大，因此它也是一个复杂多样的系统，具有很强的科学技术性。因此，在获得三维CAD技术帮助，促进机械设计的发展时，必须首先精确熟练的掌握三维CAD技术的真正辅助功能，才能真正意义上发挥三维CAD技术功效。但是目前，对于三维CAD技术精通熟练掌握的工作人员却大量缺乏，他们对于三维CAD技术只懂得皮毛，不能在机械设计过程中，发挥出三维CAD技术的真正作用，导致机械制造企业的三维CAD技术应用效果不佳。

目前，很多制造业的工作人员，在使用三维CAD技术进行机械设计的过程中，主要是为了绘制机械设计平面图，作为直观的实体建模。其实，在传统的CAD技术应用时，是作为机械平面绘图工具使用的，但是随着技术的发展，也赋予了三维CAD技术有限元受力分析、产品优化、整体空间设计等全新辅助功能。因此，要想实现三维CAD技术的真正意义，就必须从本质上去探讨其的真正设计辅助功能，不能仅仅停留在平面设计图的绘制上。

2.4 三维CAD技术对机械设计的影响

无论是三维CAD技术自身的特征与发展优势，还是其在机械设计过程中所显现的技术优势与辅助功效，都注定了三维CAD技术与机械设计的密切关系，在未来成为机械设计领域的主要趋势。在CAD技术的不断进步提升上，三维CAD技术作为目前核心的主要技术，对传统的机械设计带来了新一轮的挑战，必将成为机械设计领域的又一次变革发挥。首先表现在机械产品设计的创新意识上，传统的机械设计受到技术的限制，只能在尺寸上进行调整修改，缺乏创新意识，而三维CAD技术软件利用计算机建模，可以直观立体的激发机械设计人员的创新能力，带来更多的创新机械产品。其次，由于三维CAD技术都是通过计算机来实现完成的，因此可以说三维CAD技术在机械设计过程中实现了全程智能化。

3 结语

机械制造业是我国的基础行业，它的进步发展离不开机械设计的突破。三维CAD技术的出现为机械设计发展提供了具体的工具与途径，它在机械设计过程中，具有二维CAD技术所不能达到的优势，因此成为机械设计中新的核心工具，带来了机械设计的新发展与变革。因此，为了保证机械设计的不断发展，要努力精通掌握三维CAD技术，真正的发挥其对机械设计的辅助功效。

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