CAD技术在机械工程设计中的应用

孟源(太原理工大学,山西太原 030024)



CAD技术在机械工程设计中的应用

孟源
(太原理工大学,山西太原 030024)

【摘 要】伴随着我国社会经济的发展与进步,CAD技术在机械工程设计领域的应用变得更加普及,对于机械工程设计工作来说也变得更加重要。CAD技术为机械工程设计工作带来了极大的便捷,有效提升了机械工程设计与生产的效率。文章主要就CAD技术在机械工程设计中的应用进行探析,以期能够对CAD技术在机械工程设计中的应用起到一定的积极作用。

【关键词】CAD技术 CAD软件 机械工程设计

伴随着计算机技术的发展CAD技术已经逐渐普及应用到各个行业各个领域当中。其标准化、集成化与智能化的优势在机械工程设计行业、建筑行业、电子行业等得到了广泛的应用,并且取得了不俗的效果,实现了巨大的经济效益。CAD技术将机械工程设计人员从海量的工作中解放出来,让其能够充分挖掘自身的发散性与创造性思维。整体来看,CAD技术应用在机械工程设计中能够有效提升产品设计与生产的质量。

1 CAD技术的应用优势

1.1 提升产品质量

CAD技术的使用从本质上转变了机械零件设计过程中存在的质量问题,使用现金的技术来对零件的设计水平进行了足够的保障。CAD技术的应用能够有效提升零件设计档次水平,突破传统零件设计方式思维。例如,CAD技术能够优化产品的虚拟设计过程,改善有限元的受力分析、提升运动仿真的科学性等等。机械零件其本身就是与信息技术有着密切的联想,而CAD技术提升了零件的科技含量。在现代CAD技术的支持下,机械工程设计水平得到了巨大的改善[1]。

CAD技术的应用更多的保证了机械产品设计的质量。伴随着数据控制技术与加工手段的不断成熟与发展,CAD技术在进行零件加工的时候,可以更好让模型与零件统一起来,以保障机械零件的生产质量。并且,CAD技术还能够提升机械设计的创新含量。传统的机械设计更加注重实践,框住了人们开发创造的思维,而CAD技术却能够全面提升零件设计的立体效果,使得设计人员的思维更加灵活,让设计者能够运用更加创新的思维开发出更多的新产品、CAD技术是机械设计信息化的基础。只有CAD技术利用三维构图将零件设计出来,就可以展现例题效果,以便让设计人员在设计初期就发现零件的缺陷,以便能够及时修改调整,这样一来不仅大大提升了设计效率,还全面提高了零件的设计质量。

1.2 缩短设计时间

CAD技术有效优化了传统绘图过程中存在的各种缺陷,实现了设计的参数话。通过CAD技术建立起来的三维模型可以进行实体的尺寸调整、结构改变,进而使之能够达到理想中的最佳效果。

(1)当零件的尺寸与性状发生改变的时候,与其他相关的结构等因素也会进行相应的改变。这样一来利用三维技术就能够有效降低设计零件的工作量,有效的缩短设计周期,改善设计与生产效率[2]。

(2)CAD技术还能够详细记录在装配过程中各个零件之间的关系,因此可以根据其相邻的零件的形状、性能与位置来进行略微的挑战与改善,从而减低由于零件之间不匹配所造成的问题。

(3)CAD技术利用三维技术能够实现设计阶段的模拟装配、模拟运转,进而让设计过程更加接近真实的情况。这样利用三维技术就能够有效降低设计零件的工作量,减少设计周期,提升设计效率。

1.3 推动技术集成

伴随着CAD技术的不断成熟,机械制造行业的生产设备与器械也已经从传统的普通机床逐渐转向使用数字化控制机床。机械设备的零件设计与生产变得更加集中。CAD/CAM系统是融合三维绘图、图形编辑、动态显示、仿真模拟等功能为一体的系统。该系统的集成使用能够有效改善传统设计与生产工作中工作人员以CAD技术设计的零件进行数控而使得CAD与CAM中有两套相同的零件数据,从而导致工作上出现混乱。CAD与CAM的集成能够实现真正意义上的数字与集成化,让零件的设计工作与实际生产过程能够实现无缝完美对接[3]。

2 CAD技术在机械工程设计中的应用

2.1 性能分析与结构优化

CAD技术应该是利用计算机来实现产品性能设计以及结构优化的重要技术,CAD技术中的CAE 计算机辅助工程(Computer-Aided Engineering)技术所能够实现的功能不仅仅替代设计人员体力劳动的过程。在开展产品设计的过程中,产品设计人员首先应该对产品的性能与结构开展优化设计与分析,同时将产品的形体与性能设计相结合,利用计算机辅助设计来实现产品各个元素的优化。

2.2 二维绘图与三维造型

CAD技术形成的初始阶段由于受到了计算机运行速度与图形功能的限制只能够开展简单的二维图形绘制,CAD技术难以完全的将设计师的意志完整的表现出来。然而当前CAD技术已经实现了飞跃的发展,从最初的计算机辅助绘图发展成为了真正意义上的计算机辅助设计,能够实现最为实用的功能。根据相关报道调查可以得知,当前在机械行业中应用十分普及的C A D绘图软件包括AutoCAD、CAXA 电子图板、开目 CAD、机械设计师 CAD、InteCAD、PCCAD 等。表1为设计师所应用CAD技术来进行绘图与设计的时间长短。

通过观察表1并且分析可与得知大多数设计人员的内心没有充分意识到CAD技术的重要作用。在更多的设计师心中CAD技术仅仅只适用于画图的软件,并无法有效的进行机械产品设计。但是从实际情况来看在应用CAD技术后不管是绘图质量、标准规范化、设计与生产效率等均相对于传统绘图时代有质的改变与飞越。尤其是在图纸修改与相关变型产品的设计过程中能够有效的缩短设计时间[4]。

CAD技术另外一个重要作用进行实现三维实体造型,目前应用的比较广泛的CAD软件包括:CAXA电子图板、Pro/E、SolidWorks、UG、CATIA、Inventor/M DT、MDA2000、I —DEAS、XTMCAD —3D等。但是当前情况应用下的三维实体造型依然处于局限的单个零件设计等方面。

表1 设计师应用CAD技术的时间

建立三维实体模型仅仅可以实现掌握产品质量大小、获知产品惯性矩大小等各种物理量。计算机能够完成的工作仍然比较简易化,仅仅只能够减轻工作人员的体力劳动,并不能实现的完全智能化。

3 CAD技术在机械工程设计中的应用策略

3.1 选择合适的CAD软件系统

所选择的CAD软件应该满足企业自身发展需求,在选择CAD软件的时候要注重综合性能的比较。不仅仅要选择功能强大齐全,商品化程度高、运行安全稳定的CAD软件,更加要注意CAD软件所实现的功能能否满足企业自身产品设计的实际需求。要关注软件的文件转换接口[5]。有很多企业在发展的过程中不仅仅要摒弃大量普及型的二维绘图软件,同时还要配备更多先进的三维设计软件以满足CAD、CAM等一体化的需求。因此,企业在选购二维绘图软件的时候要兼顾其具有齐全的文件转换接口,例如ICES、DXF等,从而满足微机信息与工作站信息之间的传递与接收。

3.2 明确CAD发展趋势

3.2.1 规范化

数据模型的规范化、数据交换格式的规范化以及CAD资源的规范化。数据模型应该使用STEP标准体系,而伴随着STEP标准体系的不断完善与成熟,其将给几何数据、工程数据模型带来全新的CAD开发导向。依靠传统的标准接口已经无法全部满足CAD交换数据的需求,因此在未来CAD发展趋势中相信数据交换格式的规范化与标准化将会有质的突破。而CAD资源主要就是指各类标准符号库,其是由各国国家的标准而制定的,是机械工程设计中重要的参考依据。

3.2.2 智能化

特殊的造型与参数设计就是CAD技术应用智能化的进步与成熟。软件再也不仅仅是提供绘制工具给人们使用了,也不再将占线面数据存储在一起,从而导致忽视其内在的联想。特征与参数的使用将会使得软件更为使用者更加智能化的助手。CAD软件应该成为一种简易的使用软件,更加限速的将工程数据概念集中到数据模型当中[6]。例如,CAD软件特征模型主要是用于改善零件几何造型的问题,相对于后续的分析、加工等需求,其考虑明显不足。

3.2.3 集成化

CAD技术发展趋势的重要方向之一就是实现集成化。CAD技术并不是孤立的,其与其他技术或方面有着密切的联想。首先,CAD技术集成了计算机软硬件、数据库、外设、网络等各个应用领域中的关键技术。并且,CAD技术与CAM技术、CAPP技术、MIS技术等系统之间有着融合与集成的关系。鉴于Internet的发展与成熟,这些设想目标已经实现。怎样在基于Internet体系中实现CAD以及CAM的集成系统成为了人们未来关注的焦点。尤其是在国际经济一体化的环境下,并行工程、异地设计制造等理念的发展与使用,基于网络、Web的协调设计制造系统广受欢迎。目前已经有一些标准如果改善异构系统平台的XML和XML-3D,并且改善三维图像等在互联网传输状态。

4 结语

在社会经济与国民经济不断壮大的情况下机械制造行业也将会迎来新的发展高峰。中国制造行业怎样提升自主创新能力与挖掘创新意识成为了重要的难点。CAD技术就是解决这一问题的重要因素。在今后的发展过程中,CAD技术将会成为转变传统机械工程设计工作的重要工具,推动我国机械工程设计更好更快的发展。

参考文献:

[1]赵阳.CAD技术在机械工程设计中的应用探究[J].科技创新与应用,2014(7):63.

[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(18):56+63.

[3]黄磊,柴睿,黄乾欢.三维CAD技术在机械设备设计中的应用[J].中国科技信息,2014(7):232-233.

[4]李丹萍,朱磊峰.简析CAD技术优缺点及在水利工程设计中的应用[J].河南水利与南水北调,2015(2):31-32.

[5]唐桦林.浅谈自动化技术在机械工程中的应用[J].科技致富向导, 2014(3):231+276.

[6]韩军伟.AUTO CAD在机械工程设计中的应用现状与发展方向[J].科技展望,2015(18):75.

作者简介:孟源(1993—),男,汉族,山西朔州人,学生,国内太原理工大学本科2年,英国University of Hertfordshire,本科final year,太原理工大学,已经完成机械工程设计及其自动化专业前两年:University of Hardfordshire的Mechanical Engineering 专业。