计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的运用探讨

关键词：计算机辅助设计;CAD技术;机械设计及制造

随着计算机辅助设计CAD技术的不断发展，现已广泛应用于各个领域，该技术以其精确性高、效率高、速度快等優势在机械设计及制造领域占有一席之地。在机械设计及制造行业，应用CAD技术，可以有效提高数据处理的准确性，缩短整个工程设计的周期，减轻了设计人员的工作压力，为企业创造了良好的经济效益，本文重点针对计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的运用进行深入探究。

一、计算机辅助设计CAD技术概述

计算机辅助设计CAD技术是一种可以将具体或抽象的事物及其特征以数据和图形为载体通过计算机转化为具体精准的三维立体几何的方法，是机械设计中最为重要的设计，其核心技术是三维技术，也叫建模技术。而三维技术是在二维平面技术的基础上发展而来的，设计人员可以将实物或者大脑里抽象的事物通过计算机辅助设计CAD技术在电脑中呈现出来，以达到可视化的目的，这不仅可以使设计师的想象充分发挥，还能检验设计出的几何图形是否满足图形和性能要求。此外，CAD技术的应用让零部件设计更精准，很多机械设计也更易实现，进而实现机械制造的成功[1]。换句话说，计算机辅助设计CAD技术给现代机械设计注入了新的血液，大大加速了机械设计的发展。

目前CAD技术课程已经被引入到大学很多专业课程设置当中，随着CAD技术的广泛应用，其核心三维技术也得到了突飞猛进的发展。三维技术的快速发展也极大的加速了相关产品的更新换代，其模型也从最初的线框建模演变到特征建模，凭借其高效强大的设计功能，成为现代机械设计师必须熟练掌握的技术之一。目前，机械CAD技术已经广泛应用于机械工业的整个过程中，机械工艺设计中对产品的草图、建模等均能利用CAD软件解决。由此可见，CAD技术在产品设计和制造方面起着关键性作用，已经成为现代化制造业不可分割的一部分。

CAD系统主要包括两大类，分别是硬件部分和软件部分。硬件部分保证了计算机可以正常运行，为物质基础;而软件部分为CAD设计过程中最为核心的部分，很大程度上决定了计算机的功能，因此CAD系统不是一个单独的软件而是由硬件和软件共同组成的。其中软件又由支撑软件、系统软件和应用软件3部分构成，且不同软件又有不同的任务。首先，系统软件的工作对计算机内部的资源进行管理和划分。支撑软件则是一种辅助软件，主要是为开发其他软件做基础的，进而高效开发某个软件。而应用软件是一种操作比较灵活的软件，其主要作用是帮助计算机中支撑软件以及其他软件，且操作者可以通过自定义设置来解决不可预料的问题。

二、计算机辅助设计CAD技术优势

（一）零件设计更加便捷直观

传统的机械设计主要是设计师将自己的设想画在纸上，很难立体的展现出来。而使用计算机辅助设计CAD软件时，不仅可以利用旁边多余的空间设计新零件，也可在装配环境中设计新零件，不但可以减少由单独设计的零件不规范而导致的拼接失败，操作起来还很方便快捷，极大的提高了效率。计算机辅助设计CAD技术由于其可视化且高精度的特点，使其在设计零件装配时，有效提高适配效率以及零件之间装配的精准度。该技术还支持检验和模拟运动，可在正式适配前发现问题，因此，设计师可及时调整零件参数，以及时解决问题达到合格标准。

（二）设计周期缩短

研究发现，随着计算机辅助设计CAD技术的成熟和快速的推广，大幅度缩短了机械设计的周期。根据相邻位置零件的形状与特征，设计师可以快速设计出新的零件，且设计样本不会丢失，都可以保存计算机中。由于事先积累了大量的样本零件，当设计师需要某一种零件时，如果已经保存在设计库中可直接拿出来使用，因此在设计新的机械零件时可以大幅度提高效率[2]。此外，计算机辅助设计CAD技术还有很多实用的功能，比如可以调节尺寸、外形以及高度的设计功能，在设计出全新的零件的同时，大大的缩减设计师的设计时间。

（三）数据安全性的保障

设计师可以充分利用计算机辅助设计CAD技术平台完成自己的设计，充分发挥自己的想象力，因为所有的操作只需要在计算机上完成，大大降低设计成本，设计完的产品都可以保存在计算机的硬盘里，不仅可以有效避免设计图纸的丢失，数据泄露等问题，当再一次查找该设计样本的时候也会更加方便快捷，此外通过设置计算机的开机密码进行加密还可有效的防止他人窃取重要设计资料。综上所述，在设计安全的保护方面，计算机辅助设计CAD技术较传统图纸有着得天独厚的优势。

三、计算机辅助设计CAD技术应用领域

（一）制造业中的应用

目前CAD技术已经广泛应用于各类制造业，其中汽车设计、航天器、智能家电等制造业应用最多。

（二）工程设计中的应用

1.建筑设计。包括方案设计、三维制造、建筑渲染图设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢等各类CAD软件。

2.结构设计。包括平面结构设计、框/排架结构计算和分析、高层结构分析、地基及基础设计、钢结构设计与加工等。

3.设备设计。包括水、电、暖各种设备及管道设计。

4.城市规划、城市交通设计。如城市道路、高架、轻轨、地铁等市政工程设计。

5.市政管线设计。如自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通信（包括电话、有线电视、数据通信等）各类市政管道线路设计。

6.交通工程设计。如公路、桥梁、铁路、机场、港口、碼头等。

7.水利工程设计。如大坝、水渠、河海工程等。

8.其他工程设计和管理，如房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。

（三）电气和电子电路方面的应用

CAD技术早期仅使用于电路原理图及平面设计等工作。发展至今，CAD技术已经扩展到各行各业，比如印刷电路

板的设计和集成电路设计，因此，也推动了微电子技术和计算机技术的快速发展。

（四）仿真模拟和动画制作

由于CAD技术有仿真模拟的功能，因在可以真实的模拟很多场景，如机械零件的加工处理过程、模拟军演、汽车驾驶、货轮进出港口、农业机械模拟耕作、车祸现场以及自然灾害等现象[3]。在电影等娱乐产业方面，通过计算机合成出仿真画面，可以将抽象的事物用逼真的画面显示出来。此外，技术人员通过技术合成将虚拟动画和实际背景融合在一起，在电影更加生动形象，让观众体验到视觉盛宴。

四、CAD技术在机械设计及制造中的应用分析

（一）CAD技术在机械建模过程中的应用

在整个机械设计过程中，建模时非常关键的一步，需要对机械产品进行检验，判断是否符合标准要求，很多情况下建模种类分为线框、表面以及实体三种。由于CAD技术不断成熟且加以完善，设计人员在机械建模和设计零件时所产生的工作量也随之减少，设计效率大幅度提高。此外，传统机械建模第一步就是要先画图纸，然后再根据搜集到的数据确定设计方案和参数，在设计过程中会经常出现不确定因素，并对设计过程产生影响。而CAD技术可由设计者自由建模，并对用户的需求进行分析，包括产品的尺寸规格等，通过计算机的自动化建立虚拟模型，可以加快展现产品的性能，并且误差较小[4]。

（二）CAD技术在机械绘图中的应用

机械绘图工作非常考验设计者的机械理论与专业能力，尤其是传统的机械设计方法，通过笔绘图，这不仅消耗设计人员的大量时间精力，还会存在一定的误差，所以用CAD技术绘图的这种方法被广泛的应用到机械设计的过程中。CAD技术的应用包括绘图、图像处理及编辑，这所有的操作都可用计算机软件来完成，只要设计人员熟练的掌握CAD技术，就可以快速的绘制出图纸，并可以对图纸随意的修改保存，精准度也相应的提高。通过CAD技术大大减少了绘图时间，也减轻了设计者的精神投入，从而降低绘图成本。所以CAD技术的使用成为了机械行业发展的重要因素。

（三）CAD技术在机械设计精准度与质量控制中的应用

CAD技术最大的优势在于计算能力与图形处理能力，通过这两个方面可有效的解决设计过零件程中出现的质量问题。零件的质量问题一般是零件精准度不够导致，应用CAD技术就能有效地改善这一情况。从现在的CAD技术发展来看，零件设计制造的成功率得到了极大的提高，而且CAD技术还在不断的发展与完善，这样就能让零件与模型数据保持一致，机械设计的质量也得到极大的提高[5]。CAD技术也会改变设计人员的设计思维，促使设计人员的设计思维得到提升，从而满足产品的创新型。设计过程中，可以及时发现零件的缺陷并加以修正，不仅提高了设计知道的成功率，还有效的提升整体质量。

五、结语

计算机辅助设计CAD技术因其操作简单、储存性、安全性等独特优势，广泛应用于现实生活中，尤其在机械制造业。此外CAD技术在农业和建筑设计等方面也发挥着重要作用，尽管技术还存在开发成本高等不足和缺点，有些应用还无法兼容，但随着产品设计师的不断优化和改善，未来CAD技术将更具优势，给予相关工作人员提供更强大的平台，在机械设计及制造方面起到关键性作用。

参考文献：

[1]吴楠.计算机辅助技术在机械设计与制造中的应用[J].机械设计，2021，38（11）：146.DOI：10.13841/j.cnki.jxsj.2021.11.028.

[2]宋守斌.计算机辅助技术在机械设计制造中的应用[J].现代工业经济和信息化，2021，11（10）：113-115.DOI：10.16525/j.cnki.14-1362/n.2021.10.042.

[3]李欣.基于UG平台下计算机辅助技术在机械设计制造中的应用[J].化工管理，2020（19）：77-78+90.

[4]武承晨.计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用[J].内燃机与配件，2020（06）：235-236.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2020.06.120.

[5]杨明阳.计算机辅助设计CAD技术在机械设计及制造中的应用[J].中国设备工程，2019（03）：196-197.

云南省教育厅科学研究基金项目  课题  基于AutoCAD标准件的参数化设计研究   项目编号：2021J1068）

作者简介：涂祖蕾 性别：女 年月： 1978年9月 民族：汉族 籍贯：云南昭通 学历： 硕士研究生     职称：讲师   研究方向：机械制造及自动化