CAD技術在機械設計和加工中的作用和運用

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1、CAD技術在機械設計和加工中的作用和運用CAD技術在機械設計和加工中的作用和運用1.引言隨著計算機技術的不斷發(fā)展，CAD技術的應用范圍還在不斷擴大，已被應用在輔助設計與繪圖、產(chǎn)品設計檢驗、工程分析與結構優(yōu)化、模具設計與制作以及逆向轉換設計等多個方面1.CAD技術在提高產(chǎn)品質量的同時，也大幅提高了企業(yè)的設計和生產(chǎn)效率，成為機械制造企業(yè)提升市場競爭力的重要手段。因此，進行CAD技術在機械設計與加工中的應用研究，對提升我國機械制造水平，促進機械制造企業(yè)快速發(fā)展具有十分重要的意義。2.CAD技術的概念CAD（Computer Aided Design）技術，即計算機輔助設計技術，是指利用計算機軟件和硬

2、件系統(tǒng)對產(chǎn)品進行設計、繪圖、輔助工程分析及技術文檔編制等應用技術的總稱。CAD技術是一種集計算機科學技術和工程設計方法為一體的計算機應用技術，其誕生于20世紀50年代，并隨著計算機技術及電子技術的發(fā)展不斷發(fā)展革新。CAD技術已被廣泛應用于交通、航天、機械、化工、電子以及建筑等多個領域，用來解決產(chǎn)品設計、生產(chǎn)成本及周期等方面的相關問題，大幅提升了這些行業(yè)的生產(chǎn)效率。CAD技術在機械設計和加工中的應用解決了傳統(tǒng)設計和加工方式的誤差大、效率低等問題，使其產(chǎn)品在生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質量上都實現(xiàn)了更新?lián)Q代。因此，CAD技術已成為現(xiàn)代機械設計和加工中一個重要組成部分。3.CAD技術在機械設計和加工中的作用CAD

3、技術在機械設計和加工中的作用主要有以下幾個方面：（1）實現(xiàn)設計數(shù)字化。采用CAD技術，可以通過計算機的二維圖形繪制、三維實體建模，人機交互和機械模擬仿真等功能，實現(xiàn)機械設計過程的數(shù)字化。通過對產(chǎn)品的數(shù)字化設計，可以檢驗零件設計形狀和位置，充分保證零件間的精確結合，大大降低設計誤差。利用建模組合及模擬仿真，還可以提前檢驗機械部件的裝配問題。利用數(shù)字化的部件可以透視到零部件的內部，觀察部件的裝配關系， 檢驗各部件是否已達到設計要求，迅速找出裝配中可能發(fā)生的問題，大幅降低產(chǎn)品的設計報廢率。（2）縮短設計周期。在機械產(chǎn)品的傳統(tǒng)設計過程中，如果對某部件尺寸進行修改，需要重新將所有部件匹配為新的尺寸，從而

4、導致整個機械產(chǎn)品的改型。而借助CAD技術可以大幅縮短這個過程，例如，將某零件的尺寸從150mm改為300mm,僅需要在機械設計軟件上改變尺寸，其他相關零件也會相應自動調整尺寸。因此，CAD技術可以將機械設計效率提高35倍，大幅縮短了機械設計周期。（3）提高產(chǎn)品質量和品質。借助CAD技術，可以采用圖形優(yōu)化、有限元受力分析等技術手段對機械設計進行結構優(yōu)化，并將機械制造技術與信息技術相融合，在生產(chǎn)過程中引入了與CAD設計方法相結合的CIMS組織生產(chǎn)方式，進一步提高了產(chǎn)品的整體設計質量和品質。（4）激發(fā)創(chuàng)新設計。在傳統(tǒng)的機械設計過程中，機械產(chǎn)品的修改困難且成本過高，導致機械產(chǎn)品多是常規(guī)設計，而創(chuàng)新類產(chǎn)

5、品較少，嚴重限制了機械產(chǎn)品設計上的實質性創(chuàng)新。而借助CAD技術，可以在常規(guī)設計數(shù)字模型上大膽嘗試新理論和新技術，設計出逼真的創(chuàng)新產(chǎn)品，充分激發(fā)設計人員的創(chuàng)新靈感，帶來全新的創(chuàng)新設計。4.CAD技術在機械設計和加工中的應用（1）機械設計和輔助繪圖。用于機械設計的三維CAD系統(tǒng)具有十分強大的設計功能，可以通過其重構功能快速得到一種全新的設計，也可以在特定的裝配環(huán)境中設計新零件，即利用相鄰零件的形狀及位置王靜錦西工業(yè)學校 遼寧葫蘆島 125001設計新零件，既方便、快捷，又避免了單獨設計零件可能導致的裝配失敗，大大提升了設計人員的工作效率，并加強了設計的標準化。在傳統(tǒng)的機械設計過程中，手工繪圖的工作

6、量非常大，而且準確性和美觀性不高。利用CAD軟件自帶的豐富圖形庫與功能完備的繪圖命令，可以很容易地繪制出高質量的機械工程圖，大大減輕了繪圖人員的勞動強度。計算機輔助繪圖大幅提高了機械制圖的質量和效率。（2）零件與裝配圖建模。三維CAD系統(tǒng)有線框模型、表面模型和實體模型三種建模形式，可用于機械產(chǎn)品零件和裝配圖的實體建模。利用CAD軟件中的基本體系和布爾運算，可以完成簡單結構零件的三維實體建模。而對于結構復雜的零件，可先用二維幾何元素構造大致形狀，再對其進行拉伸或旋轉等操作實現(xiàn)造型，最后通過計算獲得三維實體模型。當機械產(chǎn)品零件的實體建模完成后，設計人員就可以通過CAD軟件的三維編輯功能對零件模型進

7、行“裝配”,整合出機械裝配圖。（3）設計檢驗。利用CAD系統(tǒng)軟件的零件回放功能，可以通過動畫播放的形式，清晰直觀地演示機械產(chǎn)品的零部件裝配情況。在發(fā)現(xiàn)零部件結構或功能上的不合理之處后，可以利用資源查找器對整個機械產(chǎn)品中的某一個零件進行修改，避免零件錯誤導致整個機械產(chǎn)品的裝配失敗。在進行新機械產(chǎn)品的設計時，這種零部件設計的自動化檢驗方法，可以大幅提高機械零部件之間的適配準確性，防止新產(chǎn)品出現(xiàn)質量問題，從而保證了設計的可行性，并且提高了設計效率。（4）工程分析與結構優(yōu)化。對機械產(chǎn)品的力學性能分析和結構優(yōu)化，是機械設計和加工過程中必不可少的環(huán)節(jié)。隨著有限元分析和動力學分析等現(xiàn)代分析方法的發(fā)展，CAD

8、技術在工程分析和結構優(yōu)化功能上得到了充分拓展。很多CAD軟件已具備了與ANSYS等有限元分析軟件的接口，設計人員可直接將產(chǎn)品的三維實體模型導入至有限元分析軟件中，對產(chǎn)品模型進行工程分析，并根據(jù)結果進行產(chǎn)品結構的優(yōu)化。另外，還可以利用機械CAE軟件，對設計的動態(tài)特性、碰撞問題、運動特性、結構合理性以及材料強度等方面進行工程分析與結構優(yōu)化。（5）模具設計與制造。隨著制造業(yè)生產(chǎn)技術的革新，機械制造加工已從傳統(tǒng)機床發(fā)展為加工中心和數(shù)控機床，模具CAD/CAM技術及模具激光快速成型技術的使用越來越廣泛。利用CAD技術設計實體模具時，要盡量避免內腔、凹、凸模及加強助等潛在干擾因素，先繪制出數(shù)控刀具的路徑，

9、再檢查加工過程的可行性。要特別注意的是，在設計沖壓零件表面時，必須使用專用的曲面設計軟件，只有這樣才能保證沖壓零件表面和模具表面的一致。（6）逆向轉換設計。借助CAD技術，可以通過多種方法實現(xiàn)產(chǎn)品的逆向轉換設計?？赏ㄟ^CAD制圖軟件的坐標測量方法，將實物轉化成虛擬模型；也可以利用數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)格對點進行模擬，進而得到連續(xù)曲面，再通過對曲面的修復得到實物模型，或利用SCAN-TOOLS技術對生成的曲面進行裁剪、延伸等操作，將曲面轉換為實體；還可以利用相關軟件進行參數(shù)化設計來完成模型重建。5.結束語CAD技術已經(jīng)給機械設計和加工行業(yè)帶來了一次技術革命，推動機械制造業(yè)進入了一個新的發(fā)展階段。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，CAD技術還將不斷革新和更加完善，向著系統(tǒng)集成化和智能化方向發(fā)展，為機械產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)提供更強有力支持，推動機械制造領域繼續(xù)發(fā)展創(chuàng)新。目前，我國機械設計和加工領域的CAD技術應用水平已經(jīng)取得了很大進步，但和國際先進水平相比仍有很大差距，這就需要我們加大CAD技術的應用研究力度，進一步促進我國機械制造業(yè)的發(fā)展和壯大。參考文獻1徐小龍。淺析CAD在機械設計中的應用J.魅力中國，2011（14）。