CAD技术在机械设计中的实践

陈维维

摘 要：近年来，我国工业持续快速发展。在工业生产中应用大械设备，显著提高了工业生产质量和效率。工业生产对设备性能、安全性、价格的要求都比较高，使用CAD技术绘制机械设备，能够压缩设计成本、提高设计精准度。CAD软件设计出来的图纸便于携带、方便修改，在当前的机械设计领域得到了广泛的应用。

关键词：CAD技术;机械设计;实践

1 引言

随着社会科学技术水平的不断提升，对机械产品设计也提出了更高要求，为了有效降低机械设计成本，提高机械设计效率与质量水平。有必要对CAD技术在机械设计中的实践应用进行探讨，促使该技术在机械设计中的广泛应用，推动机械设计产业更好地发展。

2 概述

CAD让机械设计从铅笔、直尺画图的繁琐劳动中解脱出来，让设计人员真正做到关注设计与构思。CAD绘图软件构建并保存大量的标准件库、零件库、部件库、常用件库等，且担负计算、信息存储等工作，极大提高了工程设计制图的效率。CAD技术在设计中的主要应用如下：（1）丰富的图形及符号库。机械设计中，标准的图形符号会经常用到，一方面，CAD绘图软件提供大量的标准件库;另一方面，工程设计中可以不断积累行业所用的图形符号，形成自制件库。这些图形符号可以随用随调，通过图形符号的组合，“搭积木”式的构造工程设计构思和图样。（2）高效的制图效率[1]。制图是设计中将设计构思转化为制造图纸的途径，是机械设计中最为关键的步骤。传统基于纸媒介的手工绘制，任何一次设计或设计改型，必须一笔一划从头做起，耗时、工作效率低下。CAD软件提供了丰富的基础库，存储了应用模板等强大功能，使制图工作变得高效，准确并规范。对于设计改型类工作，更是可以调出原有图样，进行适应性修改即可得到新的图样，极大提高了新型改良机械设计效率。

3 CAD技术在机械设计中的应用

3.1 开发设计

机械图纸大多是二维平面图，设计师只能设计出一个图层，而且设计工作比较烦琐。在当前的CAD软件中，可以通过三维一体化的功能将图形展现出来。当设计人员应用CAD进行机械设备设计时，可以实时演示，通过软件表达自己的设计思想，而且可构建并完善三维一体化模型，最终绘制成图，图纸的修改效率也得到了提高。在设计机械设备时，往往存在一些复杂的成型工装，而且用传统设计方法设计出来的图形会经历复杂的设计工序，在机械设备结构上还要进行大量的计算，需要使用十分复杂的图纸展现出来，这在无形中加大了机械制造产品的设计工作量，给设计师造成很大的负担和压力。如果采用三维一体化的设计，能够在CAD软件内部集合各类零部件的尺寸，清晰地展现设备的立体图形，再进行调整修改，在组成新的机械设备工程图纸后，就可以保证该工程图纸的设计质量大幅度提高。

3.2 图纸生成

在机械设计中应用CAD技术，能够对机械零件进行建模。在这一过程中，主要是通过借助CAD技术体系提供的各种模型，比如线框模型、实体模型等，完成零部件建模。以实体模块造型建立为例，主要涉及六大模型体系，具体为圆柱体、圆锥体、环状体、球体、立方体与楔形体。在利用CAD建立简单结构零件模型时，需要认真分析零件结构，将零件拆分为若干个基本体，然后以此为依据，在布尔运算的帮助下，成功建立最终零件实体模型。而对复杂构造的零部件来说，在实际设计时，为了进一步明确其截面轮廓，可以先采用二维几何元素确定其轮廓，然后再借助三维CAD技术，通过对零部件进行拉伸或旋转，最终实现三维实体的造型[2]。另外，在机械零部件生产装配方面，在完成零件实体构造后，便能够以机械运动为依据，来对零件实体构成过程进行详细的描述。机械产品在实际运动时，通常会找寻到一个特定的位置，并以此为依据联合零件具体坐标实现机械部件装配。在完成机械零装配之后，便能够利用CAD生产装配图，进行相应的编辑调整，促使机械产品设计不断得到优化。

3.3 结构调试

开展机械设计制造工作时，为了充分满足现实需要，应加强对加工活动的重视，通过CAD技术的运用勘测结构，了解机械产品当中设计存在的不足，运用结构调试方式促进结构优化，使机械产品保证自身稳定性。同时为了保证机械产品在设计时获得最佳效果，需运用动力学建模方式以及有限元建模方式进行分析，对细节进行细致调整。在进行机械设计过程中，软件的实际匹配程度会对产品使用感产生直接影响，因此需运用科学方式配置接口，使有限元相关分析软件在运用时的目的性与针对性。对结构进行优化调试时需制定与之相对应的优化方案，对机械动态特征进行细致分析，并将运动记录做好，根据目标导向将工程分析和工程认证做好。

4 CAD技术的发展趋势

4.1 绿色化

绿色发展是这个时代的主基调。机械制造业也应该向着绿色环保方向改革创新。传统的机械产品体积较大，能源消耗高、费时费料，不仅浪费资源，而且污染环境。CAD技术的应用，提高了机械制造业节能高效的应用水平。例如CAD技术能够节约材料，能够减少废弃副产品，减少对环境的污染，利用CAD技术能够在产品设计制造中选用节能环保的材料，加强资源的循环使用，利用CAD技术可以在产品制造过程中实现环境保护，不仅实现了经济的发展，同时保护了生态环境，促进了机械工业向低碳化、绿色化发展。

4.2 一体化

由于不同CAD软件相互间的兼容性较差，且单一软件的使用功能匮乏，存在应用局限性。因此，在使用 CAD 技术的前提下，会将机械设计工作分割成若干环节，不同环节间的关联系数较低。这一问题的存在，限制了机械设计水平及效率的进一步提升。针对此，应推动CAD技术体系的创新优化，提高各项CAD软件的兼容性，持续完善软件使用功能，以加强机械设计的全过程一体化建设。

4.3 智能化

设计活动本身便是一项富有创造性的活动，可以说是人类智慧的结晶，本身具有高度智能性，在以往的机械设计多是以“人”的智慧进行操纵。如今随着人工智能技術的不断发展进步，再加上一些人工智能利用大数据进行不断地模仿学习，从而能够借助计算机来进行人类思维活动的模拟，比如人的一些思维活动，如形象思维、抽象思维和创造性思维均能够通过人工智能进行模拟[3]。因此在未来的CAD技术发展过程中，由于该项技术与设计有着紧密联系，因此CAD技术未来发展一个必然方向便是越来越趋于智能化，它不仅仅是简单地将现有的三维CAD技术与人工智能技术相结合，而是要深入研究人类设计的思维过程，建立人类设计的思维模型，再利用计算机信息技术来表达和模拟，唯有如此，才能促使CAD系统发挥出最大的作用价值，在有效提升机械设计效率与质量的同时，推动我国机械设计行业更好地发展。

5 结束语

综上所述，在科技高速发展的今天，CAD计算机辅助设计在机械工程设计中已经普及，CAD技术给机械设计带来极大方便，但作为一名机械专业工作者，仍需要不断跟踪国家新标准新规范要求，深入应用实践，借助计算机辅助设计CAD软件，综合实施功能性能、结构工艺、成本等设计技术手段，推动机械设计向先进性、工艺性、实用性、高性价比等方向不断发展进步。

参考文献：

[1] 赵雯慧，张非凡.浅谈如何提高CAD制图速度[J].数字技术与应用，2020，38（08）：43-44.

[2] 刘斌，谭景焕.现代模具设计技术的现状及发展趋势[J].塑料工业，2017，45（02）：1-6+43.

[3] 徐啸峰，周儒荣，周来水.智能CAD中的产品设计知识研究[J].计算机辅助工程，2002（03）：8-12.