三维CAD技术在机械设计中的应用分析

【摘要】：机械设计领域三维 CAD 技术是很早的计算机应用技术，其设计手段随着现代信息技术的发展也在不断发生着变化。现代计算机技术早已非常成熟，其信息化的处理能力也得到极大的提高，CAD 三维技术正向成熟及标准化的趋势发展。应仔细把握 CAD 技术的发展方向,对我国CAD软件的开发及现代机械的设计生产有一定深远意义。

【正文】：

前言：

当今世界发生了一系列的变化，经济全球化、信息网络化、社会知识化的深刻发展都大大改变了人们的生产生活方式，科学技术的高速发展，给人类带来的是知识快速的发展和社会的快速进步，人类只有不断更新自己的学习、思维方式，提高创新能力，积极接受新的事物，才能够适应社会的变化。在这种背景之下，当做基础行业的机械工业更应不断提高自己的技术，而机械产品的功能和性能大体上都是依靠机械水平决定的，机械设计水平的高低在技术水平上有所体现。

当前，世界计算机技术不断得到提高，机械设计水平也产生了极大的变化， CAD 软件包的应用，使设计的对象和设计的过程模式化，在这个数字化的年代，过时的设计思维和方法已经无法和现在经济的发展并行。而机械制造业非常急需一种高速、高质量的设计技术，三维 CAD 技术恰恰给现代机械技术提供帮助，与二维 CAD相比,三维 CAD 技术具有非常突出的优越性，这是一种高新的科技，表明科技的进步，是技术发展质的飞跃。三维CAD技术也称建模技术，是CAD技术的核心。

一 三维CAD技术的概念

三维 CAD 技术作为 CAD 技术的核心， 其以三维模型为基础，经历了很多发展阶段才一步步发展成型，三维结构一旦建造好，那么二维模型的构建也就十分容易了， 三维 CAD 技术我们也称之为建模技术。三维造型和三维设计、仿真、图样档案管理、三维转二维、机构运动研究等是三维 CAD 技术的主要内容。齐全的三维 CAD 技术能符合几何图形的性能和形状要求，能让其它方面的指标都达到一个非常完美的状态。 三维 CAD 技术可以完全发挥设计者的创造力与想象力，适合创造者的设计思维。在机械设计中的运用三维 CAD 技术能够让产品的虚拟、仿真设计达到最佳状态，能够解决产品设计质量和工程绘图质量问题。 可以说掌握三维 CAD 技术在当今社会的状况下是机械设计人员必备的一种技能。

二 三维 CAD 技术在机械设计中的优势

1 缩短了机械设计周期

应用三维 CAD 技术，能够极大地减少机械设计的周期，能够节省1/3的时间，设计效率获得了提高。应用三维 CAD 系统开展新的开发设计时，只要对当中的一些零件展开设计和改装就可以了，大多数的零件还是和以前一样使用，所以，整个机械设计的速度大概提高了 3~5 倍。当然，三维 CAD 系统的有超强的变形设计能力，经过迅速的重组，就会得到新的设计产品。

2 提高机械产品的技术含量和质量

现代机械产品和信息技术关系十分密切，再应用CAD设计方法及CIMS组织生产，现代机械生产得到了新的发展，三维 CAD 技术应用优良的设计方法，像优化、有限元受力分析等，提高了机械设计的水平。当代大型工厂的数控技术非常成熟，再应用 CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，不但确保了产品的一致性，其质量也得到了保证。

三 CAD 技术在机械设计中的运用

1 零件与装配图的实体生成零件的实体建模

CAD 的三维建模方式有三种，为线框模型、表面模型以及实体模型。在大多数的实体建模功能的 CAD软件中，有一些根本体系。像AutoCAD 的三维实体造型模块，系统就有六种体系，分别为立方体、球体、圆柱、圆锥、环状体以及楔形体。对于一些普通的零部件，能够对其展开结构分析，把它划分成几个基本体，然后进行三维实体造型，再对其展开交、并、差等布尔运算，以此来获得实体模型。部分繁杂的零件在改造的期间，基本体是不易拆分开的，造成最后拆分的基本体非常多，以至于很难成型。因此，只有基本体系还不能符合机械三维实体造型的需要。所以，能在二维几何元素构造中先确定零件的截面轮廓，型再在三维实体造型中经过拉伸和旋转获得新的“基本体”，进而经交、并、差等获得需要的零件的三维实体造。

2 零部件设计检查

应用三维 CAD 系统，有助于在原装的机械中设计零部件，也能够经过相邻的机械零部件设计机械零部件，全部操作简单又方便。应用CAD三维技术能够让相邻零部件和新的零部件有更好的结合，防止新型机械的设计失败。资源查找器中的零件回放还能够把零件造型的全过程经过动画演示出来，让工作人员能进一步地加深了解。

3 实体装配图的生成

在零件实体构造结束后，通过对系统运行中的资料进行研究，在运动的一个位置，按各零件的坐标进行“装配”这一过程能用 CAD 软件的三维编辑功能达到。

四 三维 CAD 技术对机械设计的影响

1 充分发挥机械设计创新性

一般设计中，仿型设计、改型设计极多，只是依据对现有资料的借鉴，同时更改原有机械的尺寸，或者对引进的新产品进行部分消化与吸收，再参考生产，全部机械设计全是一般设计，无创新，所以，产品不容易突破本身的范围而出现根本的改变。而鉴于三维CAD技术，可以让方案在设计期间就能够应用专家系统与现代科技新理论，构建多种机构对构型进行对比、设计创新，由于设计立体感强、效果很好的特点，不断的激发工作人员的灵感，最后设计出有高技术的产品。

2 实现制造过程全面信息化

现代的信息处理技术不仅实现了机械设计的数字化，还保证设计在产品整个建造完成之前，就能运用三维设计技术达到虚拟组装和动态仿真，在产品决定加工或制作前就找到问题的来源，并解决问题，减少了整个设计时间，机械的设计质量和效率或得到提高。此外，由于信息高速公路的开通，信息传输技术就越是成熟，设计图纸能够进行跨国传输、设计方案能实时异地讨论、异地现场修改，上述在以前已经变为现实。

五 CAD 技术在机械设计中存在的问题

1 未能真正实现辅助设计

现在，大多企业用CAD软件做出很多种三维模型，却仅为了一种三维效果图，并无法真正去激发三维 CAD 软件的潜能，对其展开整体空间设计以及受力分析，大都停留在平面设计层次。他们做到的仅仅是用计算机出图，一直处于这个阶段，这个技术就没有实际意义，因为CAD不是辅助绘图。

2 精通 CAD 技术的设计人员少

三维 CAD 技术是一个非常繁杂的系统，同时，不是任意一个设计人员都可以熟悉的掌握系统的，另外，大多数企业的设计人员还未进行CAD的应用训练，对 CAD 的很多功能不太了解，所以，这些非专业人员在做机械设计时会碰到很多困难。

【结语】

制造业的发展是世界上很多国家都非常关注的，现代中国的制造行业得到高速发展，日益增多的设计者要从中国制造向中国创造转型，而创造不仅仅是解开部分零部件或组合部分零部件那么容易，而是对一个产品的设计，三维技术是设计的关键，也是不容置疑的。先进的设计能力能够让制造企业在残酷的背景下站稳脚跟。而企业应用三维 CAD 软件，也会提出对三维CAD应用的深化。由于计算机的功能得到完善、信息处理具有智能化，CAD 三维技术的发展前景很好。只要清楚的了解CAD技术的发展方向，对我国CAD软件的开发和行业使用都有深远的意义。

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