三维CAD技术在机械设计中的应用

马 波（汉口学院机电工程学院，湖北武汉，430000）



三维CAD技术在机械设计中的应用

马 波
（汉口学院机电工程学院，湖北武汉，430000）

摘要：在社会不断进步以及计算机技术日渐成熟的大背景下，三维CAD技术也得到显著发展，并被广泛应用在机械、建筑、电子、汽车、船舶等领域，其中，应用比例最大的便是机械设计。通过在机械设计中应用三维CAD技术，可有效促进设计朝着科学化、合理化的方向发展。本文首先简单介绍三维CAD技术的相关概念，随后就此项技术在机械设计中的应用优势、具体应用情况以及发展趋势展开探讨。

关键词：机械设计；三维CAD技术；应用分析

1 三维CAD技术的相关概念

作为CAD技术的核心所在，三维CAD技术也被称为建模技术，主要由二维技术发展而来，其主要内容包括三维造型、机构运动分析、三维设计、三维转二维以及仿真等。三维CAD技术不仅能将设计人员的想象力及创造力充分发挥出来，符合人们的设计思维，而且还可满足几何图形对形状及性能的要求，使各方面的指标趋于完美状态。此外，将此项技术应用机械设计过程中，可使产品的仿真设计处于最佳的状态，将工程绘图以及产品设计等方面存在的质量问题进行有效解决。由此可知，在当前的社会背景下，机械设计人员为实现工作效率及质量的提高，就应当充分掌握三维CAD技术。

2 将三维CAD技术应用在机械设计中的优势

2.1 设计出更加直观、形象的产品

在开展机械设计过程中，最为原始的设想便是立体的实体。然而，由于受到设计手段等因素的影响，设计人员很难在平面的图纸上画出立体的效果，要绘制出三维构想，通常需要用到正投影形成的二维方法。近年来，随着CAD技术的进步，在借助相关软件的条件下，绘制出构想的三维作品已成为可能。在机械设计过程中通过应用三维CAD技术，可使设计者展开更为直观的检查，并且还可模拟产品的装配以及运转等，进而设计出更加直观、形象，且符合实际使用需求的产品。

2.2 促进变量化与参数化设计的顺利进行

三维设计的主旨便是促进变量化与参数化设计的顺利进行。在使用以往的CAD技术时，让若要修改画图，就需要重新绘制，并且只用固定的尺寸来定义几何元素。然而，在设计作品时，为实现完整作用的生成，通常是需要展开多次的修改，这就给实际设计工作带来了不小的麻烦，也造成了大量时间的浪费。对二维CAD技术展开分析，尽管其具备一定参数化作用，但在实现装配环境的参数化设计方面，依然存在不小的难度，而应用三维CAD技术开展设计工作时，不但可自动修改由于某些尺寸变化而使得零件设计产生的变化，而且还可装配某些参数化设计，即便其中某一零件的尺寸发生变化，也会以其他零件尺寸为依据，进行相应的调整。这样一来，便充分减轻了设计人员的工作时间以及修改的工作量等，在促进设计速度提高的基础上，有效防止信息过于繁杂的出现。

2.3 实现零部件的有限元分析以及合理设计

在采用传统设计方法时，难以确保设计计算时的数据高度接近实际工作过程中的数据，进而增加危险性，导致零部件可靠性的降低，尤其是部分受力复杂的关键性零件数据。而通过应用三维CAD技术来对零部件展开有限元分析，可在有限元网络中输入参数化以后的零部件，从而合理分析其形状、振动以及受力变形等情况。若分析得到的结果不符合实际的要求，那么就需要展开重新计算与设计，直至与实际的要求相符。由此可知，通过应用三维CAD技术，可有效减少材料的浪费，全面促进设计效率以及产品可靠性的提高。

3 三维CAD技术在机械设计中的具体应用

3.1 模具的集成制造

在科技不断进步与发展的形势下，制造行业的生产技术也发生显著改革，并逐渐朝着数字化的方向发展。在制图方面，已经由

人工设计转变为CAE/CAM/CAD的形式，机床也由普通类型转变为数控类型。其中，代表目前机械制造行业现代化发展的技术主要有激光快速成型以及模具CAM/CAD，而CAM/CAD软件开发系统主要是由曲面造型、模拟仿真、有限元分析、图形编辑、三维绘图以及数控加工等多个功能模块共同构建成，并且这些模块以工程该数据库为基础，对数据展开了统一的管理及运用。

3.2 零件实体建模以及装配图的生成

（1）零件实体建模：经分析，CAD的建模方式主要包括表面模型、线框模型以及实体模型这三种方式。在大多数的CAD软件中，均存在一些较为基本的体系，例如，在AutoCAD三维建模中，软件系统便提供了立方体、圆柱体、圆锥体、球体等六种基本体系。借助系统结构，设计人员可分析较为简单的零件，同时还可将其分为多个基本体，随后再对这些基本体展开实体造型，并开展差、交等方面的布尔运算，最终得出产品零件的三维实体模型。

（2）装配图的生成：在结束零件实体建模工作后，在机器运动特定的位置使用其运动相关资料，随后以各零件坐标为依据，开展装配工作，并对三维CAD软件中的三维编辑功能展开合理利用，最终实现装配图的实体生成。

4 将三维CAD技术应用在机械设计中的发展趋势

随着三维CAD技术在机械设计中愈发广泛的应用，此项技术的发展也更加规范化、集成化以及智能化。

（1）规范化趋势：三维CAD技术开发自身系统主要依据为工程数据模型以及几何数据等，此项技术朝着规范化趋势发展的主要表现为CAD资源的规范化、数据交换格式的标准化以及数据模型的规范化。

（2）集成化趋势：三维CAD技术并不是孤立的一种技术，其集成了计算机、网络、外围设备以及数据库等技术，同时，还与计算机辅助制造、制造资源管理以及管理信息等系统集成。随着信息技术的飞速发展，三维CAD技术也朝着CAM/CAD集成的方向发展。

（3）智能化趋势：对三维CAD技术智能化的重要表现展开分析，主要表现在参数的设计以及特征的造型等方面。在用户使用此种软件时，通过引入参数及特征，可使操作更加便捷，而工程数据的概念三维CAD软件更是可以充分继承到数据模型中。

5 结语

综上所述，随着科技的进步与发展，许多机械设计人员纷纷加大了三维CAD技术的应用力度，并获得了显著成效，实现了设计效率及质量的提高。因此，在未来发展过程中，相关技术人员应当进一步完善并优化三维CAD技术，在将此项技术的作用充分发挥出来的基础上，使其全面促进机械制造行业的健康长远发展。

参考文献

[1]曹丽娜,田晓霞.三维CAD技术在机械设计中的应用研究[J].装备制造技术,2014,12(06):97-99.

[2]陈骏志,李园,洪策.分析三维CAD技术在机械设计中的应用[J].科技视界,2013,14(18):56-56

Application of three dimensional CAD technology in mechanical design

Ma Bo
（School of mechanical and electrical engineering,Hankou College，HubeiWuhan，430000）

Abstract：In the context of society continues to progress and computer technology increasingly mature, 3D CAD technology has also been significant development,and is widely used in machinery,construction, electro nics,automobile,shipbuilding and other fields.Among them,the largest proportion of the application is the mechanical design. Through the application of three-dimensional CAD technology in mechanical design,the design can be effectively promoted in the direction of scientific and rational development.This paper first briefly introduces the concept of three-dimensional CAD technology,and then on the application of this technology in the mechanical design of the advantages of the specific application and development trends.

Keywords：mechanical design;three-dimensional CAD technology;application analysis