CAD三维软件在机械加工中的应用

王水林

（中国矿业大学徐海学院，江苏 徐州　221008）

CAD技术（Compurter Aided Design）是指计算机辅助设计以及计算机图形工作，即通过计算机优秀的数字建模以及图形呈现功能来实现对传统模型搭建的数字化转型。这一技术领域能够实现高效的机械产品设计以及较高品质的图形分析功能，进而为数字建模、机械加工、艺术科学等领域提供软件功能支持。当前我国在CAD技术的应用上已然具备了较为完善的相应经验，诸如自动化、港航物流体系构建等系统化机械流程领域的设计过曾中均广泛存在着CAD技术的应用。在机械加工领域应用该技术，能够极大提升机械加工过程中的模型精准度，为我国机械加工领域带来全新的发展动力。

一、CAD技术基本概念及功能概述

1.CAD技术概念

作为当前主流的应用化计算机辅助软件类型，CAD技术的应用方向在于通过利用计算机软硬件技术进行设计绘图等传统人工工作，以确保制图以及建模的准确性不会对机械加工等精密制造业造成影响。作为较为优质的建模制图软件之一，CAD结合了人与机械的优点，将自身最优特性毫无保留的进行了发挥，进而保证了控制过程的有效性。这一机制的运作原理在于通过人的判断能力以及计算机的精密控制，来实现人机交互，并最终获取最佳的设计效果。因此就软件功能来看，CAD是当前多数行业领域中进行绘图建模工作的不二之选；而从设计概念出发，它则是融入了工程设计以及现代技术的优质产物。

2.CAD技术功能体现

相对于当前同类型应用软件市场中的其他产品而言，CAD在自身功能上具备了更为实用的计算以及分析能力，同时还具备了数据管理和交换、图形处理等其他类型软件所不具备的功能。目前，CAD技术被广泛应用于了产品设计、生产制造、精密仪器设计、图表绘制等多种工作岗位之中。同时，由于其具备一定的产品分析功能，因此通过CAD同样可以实现对产品进行一般设计以及优化设计方案。这是由于CAD自身分析系统能够针对不同产品的实际参数实现对产品优劣特点的分析比对，同时通过对产品进行多元化途径的建模工作达到满足当前多数行业领域中对于产品创新性以及可行性判断的需求。

CAD通过对产品进行仿真和动态分析时，可以计算出其机械设计的技术优势。相对于其他类型的建模软件而言，CAD具有着更为优质的图像处理能力。在构建立体几何图形，尤其是在二维图形的交互工作中，其图像处理的优势能够得到较大发挥，且在文字编辑以及软件设计等工作中CAD同样具备一定作用。

二、CAD在机械加工中的作用发挥

由于CAD技术与机械设计、制造行业具有着较高的适配度，现已成为机械设计工作中必不可少的辅助工具。因此想要完善CAD三维软件在机械加工中的应用思路，需要对其作用特点以及发挥效果加以相关分析。现就笔者观点，对在机械加工中应用的CAD三维软件进行功能分析。

1.CAD在机械加工中的实际作用分析

首先，相对于传统手工建模以及其他类型的建模软件而言，CAD的应用有效的减少了产品设计的工作量以及时间耗费，这一举措在面对大量产品的设计以及集体产出效果时具有着较高的工作效率。CAD技术在机械加工领域中将复杂的机械产品模型转化为简单易识别的几何图形，不仅有效提升了产品模型的直观程度，且有效降低了模型的读取门槛降。因此CAD在机械加工中的作用在于降低设计成本，进而提升生产加工的实际效率。

其次，CAD的应用有效简化了传统机械加工中的零件设计过程。由于零件设计工作对于设计过程及思路存在较高要求，因此在面对多数零件加工工作时，CAD能够保障新零件与其他零件之间完美的贴合。机械加工CAD设计在实际装配中同样可以被视为新设计的一部分，这一特性也保证了能够检测其他因素周边的位置形状，确保设计结果具有较高可行性。

第三，需要加工的机械零件在进行装配过程中，如果机械环境相对较为复杂或实际安装人员对操作环境熟悉程度不足时，通过CAD技术能够有效对周边场景进行修改，以明确化最终安装需求；同时CAD技术在零部件加工的记录中能够整合装配系统间的直接关系，迅速确定装配环节的顺序及方式，保证每一个机械加工的产品相互匹配，确保产品的最终质量。

2.CAD技术与在当前常见的机械加工实践

当前常见的机械加工步骤在进行应用了CAD技术后，其实际体现如下。首先，需要应用CAD创建一个装配图的实体部分，即应用CAD技术在机械加工过程中对加工部件进行自身内部三维建模的模型设计，并利用系统功能的物理模型来提供加工零部件的图形系统；对于简单的零件，进行三维建模能够直观确定加工步骤以及工序之间的关系，而在加工较为复杂的元件类型时，则需要将全部的二维轮廓元素进行整合，最终确定所有需加工的零件坐标。其次，绘制全部加工内容的二、三维坐标及形状，保证最终绘制图形的质量符合加工需求。

目前，CAD技术依旧在于为多元化的加工内容及多元化的建模需求提供其自身功能，进而保证机械加工设计实际质量。伴随着当前计算机软件的不断更新换代，CAD三维软件在机械加工中的实际应用还将结合其功能的革新发展以及精确精细的实际需求不断发挥应有作用。

三、CAD三维软件应用实例

1.机械设计及辅助绘图

CAD三维软件在应用过程中功能体现的一大特点在于重构功能，因此在机械设计及辅助绘图中CAD三维软件存在着较大的发挥空间。通过重构功能，CAD能在传统设计理念之上快速的实现对新设计的生成。在机械加工的装配过程中，重构功能能够保证不影响实际装配工作的同时构建出全新的零件类型，以实现全新设计出的加工产品与传统加工产品之间有效融合，互不影响功能发挥。这一特征在保证了新元件设计过程的高效性，同时避免了对单独设计元件这一传统工作方式出现误差的弊端。因此在机械设计过程中CAD具有着更精准的特性。

2.设计结果检查

零件回放功能同样是CAD所具备的全新应用特征之一。这一特征在应用到现有的机械加工工作中时，能够通过回放来直观的确定其元件在实际装配过程中可能存在的误差方向，避免了人工装配检验方式中所存在的时间浪费以及成本浪费。在机械加工的实际过程中通过设计结果检查可以有效避免产品质量出现波动，确保整个流水线中生产加工出的机械元件处于同一质量考量范围中，保证了设计的最终可行性。

3.结构优化及工程分析

众所周知，传统的机械加工过程中对加工元件进行工程力学检验是产品投入实际使用过程之前的必要环节。在未应用CAD三维软件之前的机械加工领域，进行元件的力学检验往往会耗费较大的人力及时间来通过各项指标的最终确认，然而在CAD之中元件的力学特性参数能够在其设计结束后得到直观的显示。随着CAD自身功能的不断丰富，目前投入应用的CAD之中已经具备了ANSYS等有限元分析的相关接口，其动态特征以及质量参数检测可以节约极大的实际成本。

4.逆向转换设计与模具设计制造

通过逆向转换设计，CAD可以实现对现有机械加工元件的参数输入来实现虚拟模型的建立，同时利用虚拟参数坐标以及制图软件坐标测量等方法同样能够实现虚拟模型与实体模型之间的相互转换。CAD通过其良好的拓展性以及功能的丰富性在逆向转化设计方面具备了优秀的功能体现，甚至可以利用SCAN-TOOLS等技术类型实现曲面与实体模型间的参数转换。

同样的，模具设计制造环节也同样能够通过逆向转换设计得到实现。当前传统机床与数控机床之间的转换工作已然基本完成，对传统机械加工元件的模具设计已经被数控机床中可塑性模具所全面替换。在这一背景下，模具CAD技术的应用已然成为了当前模具设计制造的主流选择。利用CAD技术进行模具设计时，需要对传统的影响因素做到尽量避免，同时设计冲压性零件表面的过程中需要应用专门的曲面设计软件。

结语：

CAD三维软件作为机械加工以及相关机械元件设计等领域中的重要工具类型，具备着十分丰富的内置功能以及较为广泛的适配范围。为保证当前我国机械加工领域发展建设过程中对CAD三维软件的实际应用符合机械加工的实际工作需求，需要相关研究人员对CAD的运行机制、实际作用以及适配环境做到合理的认识。也只有对该软件应用正确，才能够在机械加工领域将其功能最大化发挥。

参考文献：

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