分析三维CAD技术在机械设计中的应用

张淑宽++刘希芳

摘 要：随着社会的不断进步，各国综合国力的不断提升，科技的迅猛发展，世界各国都开始争先恐后地发展起机械制造业，而三维CAD技术的诞生与发展正标志着机械设计已经步入到一个新纪元。本文主要具体描述了三维CAD技术的概念与优点，并在此基础上进一步探究了三维CAD技术在机械设计中的应用情况，同时对其今后的发展方向给予了一定的展望，意在表明在机械设计中应用三维CAD技术具有划时代的现实意义。

关键词：三维CAD技术 机械设计 应用情况

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0081-02

在科技逐步发展进步的背景下，各行各业都开始充分地应用起了CAD技术，而在这些产业中受到较大发展和突破的还属机械设计领域。现阶段的三维CAD技术正在逐步将二维CAD给替换出来并取而代之，可以说三维CAD在机械设计发展环节中起到了至关重要的作用。

1 三维CAD的概念

三维CAD技术在CAD技术中占据重要地位，它是CAD软件的核心。三维CAD技术是在三维模型的基础上通过逐渐发展进而最终成型的，如果三维结构被搭建的较好的话对于建造二维模型来说就比较容易了，我们通常也把三维CAD技术叫做建模技术。三维CAD技术主要包括三维设计与造型、三维转换二维、分析机构运动、管理图样档案等。较完善的三维CAD技术能够达到几何图形的外观与性能需求，使所有指标都达到最佳状态，设计三维CAD技术的人员可以充分发挥自己的想象力来进行思维设计。把三维CAD技术应用在机械设计中可以使产品变得更加逼真，有效地解决了工程制图与产品设计上出现的质量问题，换句话说现阶段作为一名机械相关的设计人员来讲，能够灵活运用三维CAD技术是他们所应掌握的最基本的一项技能。

2 把三维CAD技术应用在机械设备中的优点

2.1 设计出来的作品更形象逼真

在进行作品设计时，设计者最初的目的都是为了实现立体化。可是由于受到设计方式的种种局限，设计人员很难在平面图纸上呈现出立体感，通常情况下在构建三维时都是在正投影产生的二维的基础上进行描绘的，在CAD技术的不断发展下，通过三维CAD可把作品设计得更加直观逼真。而且应用三维CAD技术所创造出来的作品从某种程度上更方便设计人员展开检查工作，另外，在进行设计时通过三维CAD还能够展开模拟工作，方便检验作品的实用性。

2.2 加快了变量化与参数化的设计工作

三维设计意在加快变量化与参数化的设计步伐，在运用传统的CAD技术时，如果我们想要改动画图的话，就必须要重新进行描绘制作，而且只能在规定的尺寸内对几何元素做出定义，可是，在实际中，一个作品的完成其背后都是要经过反复多次的更正才能最终成型，这从一定程度上就为设计工作造成了很大的麻烦，同时也浪费了很多的时间。进一步来分析二维CAD技术，虽然它起到了一定的参数化效果，可是在设计装配环境参数化上依然存在很大的困难。但是我们在将三维CAD技术应用在设计工作中时，不仅能够自动修改因为一些尺寸发生改变进而影响到零件设计所带来的变化，同时也会在其余零件尺寸的基础上相应展开调整。这样的话，就会相对减少设计人员工作的时间，缩减因修改工作带来的工作量，在加快设计速度的前提下，能够尽量避免信息的繁琐性。

2.3 对零部件展开有限元分析与优化设计

在使用传统的设计方式进行设计时，很难保证设计中的数据与实际工作中的数据相符合，加大了危险性，致使零部件不是很可靠，特别是一些本身受力程度就比较繁琐的主要零件数据。但是将三维CAD技术应用在其中来对零部件进行有限元分析，能够把参数化后的零部件输入到有限元网络中，并恰当判斷其受力程度和形状大小等情况。如果经过判断而得出的结论与实际需求相违背，我们就要重新进行设计与计算，一直到其与实际需求相接近为止。由此我们可以知道，充分地将三维CAD技术应用在机械设计环节中不仅能够避免发生浪费材料的现象，而且还能加快设计的速度与效率，提升产品的可靠程度。

3 在机械设计内应用三维CAD技术的具体情况

3.1 集成制造模具ADM/CAD

在科技不断进步的影响下，制造业在生产方面也在逐渐发生着变革，由传统的人工设计作图开始朝着CAM/CAD/CAE转变，由一开始的普通机床转变成加工中心与数控机床，从实际中来看现阶段的制造业正在一点点向数字化方向发展和转变。其中具有代表性的主要有模具CAD/CAM和激光迅速成型的技术等。CAD软件的开发系统主要由曲面构造、有限元分析和模拟仿真以及三维绘图和编辑图形、数控加工等构成，在工程数据库的基础上合理地对数据展开了管理与运行。

3.2 模拟实体零件跟生成装配图

3.2.1 实体零件的建模

根据分析我们得出，CAD的建模形式主要有表面模型和实体模型以及线框模型三种。大部分CAD软件内都会存在一些较为基础性的体系，比如，在AutoCAD的建模中，软件系统就呈现出了球体、圆柱体、立方体、圆锥体等共六种体系。在系统结构的帮助下，设计者可对简单的零件展开相应的分析和点评，并把它分成不同个独立的基本体，之后再分别进行实体造型，同时进行交、差计算，进而得到实体零件的三维模型。

3.2.2 生成装配图

当完成实体零件的建模工作以后，当机器运行到指定位置时可借助与之相关的一些材料，而后将不同零件的坐标当成中心展开装配。同时合理利用三维CAD软件内的编辑功能，最终生成装配图。

3.3 应用CAE软件

在机械CAE系统中，主要包含有分析工程数据、优化设计内部结构、评估寿命、动力学仿真以及加强对设计的点评等功能。当三维CAD有效解决好造型问题以后，才能够使用CAE来处理运动特征、寿命、机械硬度等问题。

4 三维CAD技术应用在机械设计中的发展趋势

由于在机械设计领域中越来越广泛地应用了三维CAD技术，该技术也开始发展得越来越规范化和智能化。

4.1 规范化

三维CAD技术自身系统进行开发的主要根据是几何数据和工程数据的模型等，该技术变得越来越规范化主要体现在数据交换格式变得越来越标准，数据模型变得越来越规范，CAD资源变得更加规范。

4.2 集成化

三维CAD技术并不单一，它涵盖了互联网、计算机、数据库、外围设备等诸多技术，另外，它还与管理信息系统和制造资源管理系统以及计算机辅助系统等相互集成在了一起。由于科技的不断进步，信息技术的迅猛发展，三维CAD技术正在悄然朝着CAD/CAM集成的方向逐步发展起来。

4.3 智能化

就三维CAD技术来讲，其智能化主要表现在特征造型跟设计参数等方面。当用户使用该软件时，在把参数与特征引入其中时就会大大增强灵活度，使其操作起来变得极为便捷，而且还可以充分地把工程数据相关概念涵盖到数据模型里。

5 结语

总而言之，在科技不断发展进步的背景下，三维CAD技术在经历诸多发展阶段以后慢慢发展到了现如今这般模样：它在设计上变得极为形象逼真，能够设计变量化与参数化，能够实现零部件的优化设计并对其进行有限元分析，能够集成制造模具CAD/ADM和对零件实体进行建模等。所以，从今后的发展趋势来看，笔者认为机械相关设计人员还要进一步优化和改良三维CAD技术，在有效发挥出该技术自身作用的前提下，确保三维CAD技术能够发展得更加完善，进而加快机械制造业前行的脚步，促进机械制造业的发展更加欣欣向荣。

参考文献

[1] 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.

[2] 游玉成.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].橡塑技术与装备，2015（24）：183-185.

[3] 范盈圻.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].科技资讯，2015（18）：26-27.endprint