CAD在机械设计中的应用研究

马文肖 秦文秀

摘要：机械设计属于一种技术含量较高的工作，在机械设计过程中灵活使用CAD软件，可提高设计质量以及设计效率。随着CAD技术的不断成熟，CAD软件的各项功能也不断加强，并成为机械行业中极为重要的技术。文章介绍了CAD软件在机械设计领域中的优势以及CAD软件在机械设计领域中的实际应用，并分析了CAD技术的应用趋势，旨在为机械设计者提供参考。

关键词：机械设计；CAD软件；制图软件；二维绘图；三维造型；参数化设计 文献标识码：A

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2016）18-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.018

CAD软件属于一种功能齐全的制图软件，并在机械领域、建筑领域等发挥重要作用。设计师借助CAD软件，可快速完成机械设计的相关任务，并能保证零件设计的精确度以及真实度，确保设计成果能够更好地应用到机械加工中。机构设计作为机械相关的专业基础课程，同时也是高校毕业生必须攻读的基础必修课。在机械类课程的教学内容中，最重要的就是基本的知识、方法以及理论等。高校在培养学生机械操作能力的过程中，必须着重训练设计的构思以及技能，综合应用先修课程中有关的知识以及技能，结合实际的教学实践活动帮助学生顺利过渡到相关专业的学习上，为机械设计专业的学生打下良好的基础。在机械行业发展迅猛的背景下，设计师掌握CAD软件的应用技巧可有效地提升机械加工的工作效率，为促进机械行业的发展提供技术保障。

1 机械设计实践的现状

在我国，机构设计发展的时间较为漫长，通过这几个世纪的发展，人们会将自身所想到的设计理念以及想法通过手工绘图的方式来进行表达。在工程师的心目中，其语言就是设计图纸，不仅体现了工程设计技术师的结果以及思想落实，还有效地提高了与技术人员之间的沟通，为其交流带来了一定的便利性。随着科学以及工业的不断发展，尤其是计算技术的发展，为机械设计的发展提供了空前的资源以及有效操作性，使手工绘图的方式逐渐被淘汰。19世纪70年代，机构设计成功实现了由手工绘图到计算机绘图的大转变，不仅将绘图效率带入了新的层次，还有效地提升了绘图的质量，为其发展带来了便利。

在设计的现行阶段，CAD技术的代表软件主要为二维绘图软件AUTOCAD，在设计的实际实践过程中，只是单纯对学生操作以及绘制进行简单的教学，而要想绘制装配图以及对工程进行分析则较难实现。因此，为了便于装配图的绘制，在进行实际教学时，要逐步使用相关的绘图软件或绘图工具，例如CAXA电子图版以及开目CAD等软件，采用相关的绘图软件能够有效地降低人工的劳动力，提升相关的经济效益。随着科学技术的不断发展，CAD技术也得到了有效的发展，目前的CAD技术已是三维CAD技术，为企业获得了巨大的社会以及经济效益。企业在发展过程中需要能够掌握此技术的相关专业人才，因此掌握现有的技术已成为工科毕业生的基本条件。在机械设计实际教学过程中运用CAD技术已成为当代教学改革的重要内容。

2 CAD软件在机械设计领域中的优势

2.1 与人的思维相匹配

一般来讲，设计师在进行机械设计时往往先构思机械模型再绘制机械图形。由于设计师在构思过程中脑海里呈现的产品都属于三维结构，而借助CAD软件进行设计能够得到更直觀的机械产品，随着社会的发展，STEP标准体系也逐步得到了完善，此标准体系能够为新一代的CAD技术提供相应的开始指导。这样不仅能激发设计师的思维能力，也便于设计师与同行进行交流。在当今社会，参数化特征模型依旧是一个世界性的难题，但在STEP标准的基础上定会有所突破。

2.2 减少设计周期

CAD软件能够将结构简单的实体通过运算等功能进行转换，以此组合出各种结构复杂的实体。同时，CAD软件还具有自动生成截交线以及相贯线等线条的功能，有效减少设计师的工作量，缩短设计师的工作周期，有效提高机械设计的实际效率。此外，设计师在使用CAD软件进行设计时，只要对一些零部件进行适当的调整，而其余零部件都是自动继承之前的信息，从而提高机械设计的工作效率。设计师还可以利用CAD的高度变形功能，将一些零散的零部件进行快速重构，便能形成一种新型的机械产品。

2.3 使用便利

使用CAD软件后，不仅能够在装配环境中对新零件进行相应的绘制，还能将其余零件的位置以及形状进行新的开发，使其成为新的零件。如此一来，设计师既能快速便捷的进行操作，还能确保新零件以及相邻零件之间能够精确配合，有效提高零件装配的精准度。此外，CAD软件的修改功能也十分强大，设计师既可以通过点击软件中资源查找器的相关命令来完成对零件的修改，也可以在装配环境中对相关零件进行修改。

2.4 零件装配更为直观

在使用CAD软件对各种零部件进行装配时，软件的装配路径管理器能够自动记录零件之间的各种装配关系。如果装配出现错误或出现干涉，装配路径管理器便会立即显示，并对零件装配过程进行有效的静干涉检查，以此为设计师提供参考。同时CAD软件还具有隐藏零件的功能，如果想清楚地了解装配的内部构造，可将外部零件进行隐藏，便能掌握装配的内部构造。

2.5 机械产品更为逼真

CAD软件不仅能快速描绘出各种零件的大小、位置以及形状，还能为零件赋予颜色、体积、惯性矩以及纹理等信息，以此将机械产品更逼真的呈现给设计师。从20世纪60年代至今，三维建模技术的发展经历了线框建模、曲面建模、实体建模、特征建模、参数化建模、变量化建模以及当今正在研究的产品集成建模、行为建模等发展过程。如此一来，设计师便能通过观察机械产品细节对实体模型进行细微调整，以此全面地表达自己的设计意图。

3 CAD软件在机械设计领域中的实际应用

3.1 二维绘图

二维绘图是CAD软件最为基础的功能，设计师可通过CAD软件简单描绘出实体的二维形状。例如，设计师可使用CAD软件简单绘制出零件的主视图、俯视图、左视图、解剖图等，以便为后面的零件装配打下基础。

3.2 图形、符号库

设计师在使用CAD软件时，可将复杂的零件图形进行分解，以此形成多个简单的符号以及图形。同时，将分解的符号和图形进行储存，在需要的时候将符号和图形调出，经过简单的编辑修改后再将这些图形和符号插入到其他图形中。

3.3 三维造型

三维造型是CAD软件最为强大的功能，设计师可借助系统已存的实体造型来绘制零件结构，再将零件结构图进行着色处理以及消隐处理，便可显示出零件的真实形状。此外，CAD系统的实体造型还能用于运动仿真以及零件装配等工作，以便设计师观察零件图是否存在干涉情况。

3.4 参数化设计

一般来讲，系列化零部件以及标准化零部件往往有着较为相似的构造，设计师在使用这种零部件时只需对其尺寸进行相应调整，便能直接用于其他的零部件设计。对此，设计师可借助CAD软件的参数化功能来建立庞大的图形程序库，在调用时只需对已存的零部件尺寸赋以新的参数，便能生成一个全新的零件图形。

3.5 工程分析

CAD软件具有优化设计、动力学分析以及有限元分析等多种功能，设计师可根据设计对象的特征以及应用采取相应的分析方法。例如，设计师在设计注塑模时可对实体模型进行变形分析、塑流分析以及冷却分析，确保设计的注塑模型能够满足注塑工艺的实际要求。

4 CAD软件的应用趋势

4.1 集成化

目前，技术人员为了增强机械生产效率，将CAD软件以及CAM软件相结合，使CAD软件的设计结构能够直接应用到数控加工中，从而省去打印CAD图纸以及制定数控参数等环节。

4.2 智能化

CAD软件系统属于人机系统，使用CAD软件的设计师在系统运行中起到决策作用。基于这一点，将人工智能以及专家系统等技术与CAD软件技术相结合，使CAD软件系统更具智能化，以便更好地用于机械加工。

4.3 协同化

将CAD软件进行协同化处理，使计算机能够具备协同工作的功能，可达到远程设计的要求。基于这一点，可构建CAD网络，确保机械设计单位能够共同参与机械设计工作。

5 结语

综上所述，CAD软件是一款功能齐全的制度软件，在机械行业中有着重要作用。设计师可利用CAD的高度变形功能，将一些零散的零部件进行快速重构，可形成一种新型的机械产品；借助CAD软件的参数化功能来建立庞大的图形程序库，在调用时只需对已存的零部件尺寸赋予新的参数，便可生成一个全新的零件图形；在装配环境中对新零件进行绘制时，还能将其余零件的位置以及形状进行新的开发，使其成为新的零件。CAD软件具有集成化、智能化、协同化的应用趋势，在当前信息科学技术大发展的背景下，CAD软件的实际主要是二维绘图、图形、符号库、三维造型、参数化设计、工程分析等。随着CAD技术不断成熟，CAD软件功能也将不断完善，在未来的机械生产中发挥重要作用，也有助于我国工业化4.0进程的推进。

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（责任编辑：蒋建华）