基于Autocad的机械零件设计建模技术的探究

郭文杰

摘要：利用CAD技术进行机械设计，可促进机械行业自身的进步与发展， 亦可以有效地缩短设计制造期限，提高工作效率，降低企业成本。本文以Autocad为操作平台，针对机械零件设计过程中的建模难点技术予以剖析，形成了以基本三维图元为单位的布尔运算建模法、以二维图元为基体进行三维编辑建模等多种行之有效的建模新技术，极大地提高模型创建效率。

关键词：Autocad；机械设计；建模技术

中图分类号：TP39172文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.004

0引言

CAD三维技术的设计功能十分强大，设计优势相当明显。具有广泛、普遍、简洁、智能化等特征，随着CAD产品的不断创新与发展，其机械设计的能力得到提升，有效缩短了机械零件的设计周期和装配调试时间。也可将已经设计完成的机械设备按照新的技术要求和生产加工设备的具体实际，进行及时更新、调整与重塑，提高了机械设备以及各类零部件的可塑性与可变性。CAD技术的模拟装配环境可依据机械运转时存在的实际问题，在软件中查找对应的区域，在不拆卸零部件的情况下，进行分析，找到问题根源，依据症结准确对相关零部件进行修正。通过CAD技术可清晰的展示出机械内部各零部件之间的内在关系，及其各自的结构特点，若预运行后，存在不合理的干涉或碰撞等现象时，可以及时的查找问题根源并加以更正。同时，CAD技术先进的设计理念与设计方式，保证了整个机械产品的品质与质量。

1CAD技术要基于力学原理

1.1零件设计要与受力分析、强度校核有机结合

不论是动力部分、传动机构、还是执行机构，在组合为一个整体的机械后，各个零部件又相互联系，相互制约，每个零部件都要受到外部载荷的作用，外部载荷有均布载荷、集中力等，不同构件受到力的多少及部位亦不相同。外力的存在势必引起内力的变化，内力又会导致应力的存在。致使各零部件发生形变。零部件的基本形变有拉伸、压缩、挤压、剪切、弯曲，或者以两个或两个以上的基本变形而形成组合变形。零部件的形变严重影响着机械的使用寿命。故而在运用CAD技术进行零件或机械的整体设计时必须进行受力分析及强度的校核。

1.2零件的设计要符合经济性原则

企业通过CAD技术制作的三维模型，目前大多只是停留在效果图的阶段，只求美观，实质上并没有进行整体的设计工作，而且缺少相关的受力分析，材料成本、加工成本、客户的接受能力，市场需求等考虑甚少，经济性无从把握。且机械零件的尺寸、形状、材料、加工方法、加工工艺、加工精度、安装位置、装配关系、工作环境等直接影响着零部件或机械的整体使用寿命和经济性。机械一经设计生产出来，投放市场，在满足使用性能的同时，经济性要求也是设计人员必须考虑的范畴。

1.3设计人员的要求

目前，精通CAD技术的专业人才相对较少，且CAD系统复杂多变，想要熟练地掌握这项技术相对较难。要正确合理运用CAD技术进行机械设计，设计人员必须接受严格的专业培训，使其熟悉CAD设计软件并能熟练操作运用该软件，代替图板绘图工具来进行绘图，将工业化生产与现代化信息技术有机结合，以避免在进行机械设计时方案出现缺陷。

2三维图元布尔运算建模法

（1）理清思路，大脑构建基本模型。根据设计理念，理清设计思路，在大脑中构件出所要创建的三维基本体如图1所示。（2）根据基本模型創建基本三维图元。在机械零件的设计与生产中，不是某种单一的模型结构构造而成，而是多种常见模型组合而成的。先将三维模型分割成不同形状的基本模型，然后对相应的各个基本模型根据具体尺寸进行三维实体构造，随后利用各类布尔运算等对其进行拼接处理，以此形成相应的零部件。根据（图1）轮廓形状，对其进行分解，该形体中包括圆柱体，长方体两种基本三维图元（图2）。

（3）运算。圆柱体是空心圆柱，需要运用2个圆柱体和1个长方体进行布尔差集运算（图3）；底座需要用11个圆柱体和1个长方体先后进行布尔并集和布尔差集运算，其他部分如法炮制。之后，再对需要倒角或倒圆的部位进行处理，或依据与之相配合的零件对尺寸进行修改。

（4）布尔并集运算。

经过基本图元运算后的三维模型是各自独立的单元体，需要对其进行布尔并集运算，整合为一个整体零件，达到（图1）的设计效果。一则便于出图，二则便于加工，三则便于装配及试运行，便于发现干涉等不良现象，利于及时排除。降低生产成本和生产周期。

3二维图元为基体构建三维模型

（1）仔细观察零件三视图（图4），构思模型基本框架。通过观察主视图与俯视图的相互关系，可以判断出其为一叉架类零件。

（2）整体建模。根据主视图定出其截面轮廓形状，即依据所给定的确切尺寸，确定零件的长度、高度及形位关系，其次，根据俯视图的宽度定出三维模型的厚度。

（3）局部处理。在整体三维图元的基础上，对孔（包括通孔和盲孔）、凸缘、倒圆、凸台、沟槽等部位，根据实际尺寸精雕细琢，在此期间离不开基本几何体的布尔运算，注意其运算法则即可。模型成型后，再进行布尔并集运算。完成后的建模图如图5所示。

4轮廓旋转建模法

（1）适用范围。轴类零件的三维建模，除采用三维图元布尔运算建模法外，最直接、最行之有效的办法是依据主视图的外轮廓曲线，进行旋转建模。

（2）二维图元的处理及建模。（图6）所示的下部为一空心阶梯轴状，先对其三视图下部进行分离，通过复制，粘贴至二维空间如图7所示。再根据三维体的具体结构特点，通过剪切、合并等编辑命令，或用多段线命令描图处理，使其生成封闭的二维图形（图8）， 之后导入三维空间，利用旋转命令绕轴线生成三维模型，期间无需进行布尔运算。

5结语

CAD的辅助设计作用贯穿在整个机械设计的始终，随着CAD系统的不断完善，CAD技术已向智能化、信息交换、信息集成等方向逐步发展，其强大的设计功能越来越得以凸显，并且在优化现代机械零件、分析零件使用寿命、进行强度校核等方面也显示出了其强有力的优势，在当今各项科学技术不断发展和完善的大环境影响下，对计算机辅助设计者的计算机辅助技术需要和网络技术需要同步发展，设计者需要不断学习，提升自身的计算机辅助技术的知识。在机械设计制造过程中，充分挖掘CAD系统潜能，不断更新设计理念与设计方式，不断探究出符合机械设计实际的各种建模方法与技巧，为保证机械产品的品质与质量的提高而不懈努力。

参考文献：

[1]禹治斌. AutoCAD2007初级工程师[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]丁绪东.AutoCAD2007实用教程[M].北京：中国电力出版社，2007.

（04）endprint