CAD在机械设计中的实际应用研究

摘 要：随着CAD技术的不断发展，现已成为机械设计工作中必不可少的辅助工具。本文首先简单概述了CAD技术，其次提出了几点CAD在机械设计中的实际应用，最后分析了利用CAD进行机械设计的几点优势以及未来发展方向。

关键词：CAD；机械设计；图形；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.094

随着计算机技术的不断发展，开发出了很多功能性极强的软件。CAD是一款辅助设计软件，其拥有强大的绘图、建模功能，能清晰、形象的表达设计师的创意。这种趋势下，机械设计工作也逐渐应用起CAD软件进行辅助，并取得了显著的效果。

1 CAD技术概述

CAD意为计算机辅助设计，该项技术是采用计算机的图形处理功能以及数值计算功能来帮助相关技术人员进行分析和设计的。该项技术的功能随着计算机的不断发展，也越来越丰富了，并成功用于各种行业，如在建筑行业中，利用CAD进行规划设计等工作。

CAD由最初的系统发展成如今的智能CAD系统，是信息时代革新的结果，也是设计行业的福音。初级CAD系统具有简单的辅助设计功能，但在某些方面还是有所欠缺，满足不了人们对CAD高性能的追求。而目前的智能CAD则是结合的了人工智能技术，能够迅速响应市场变化，动态掌握市场变化，有利于CAD技术向更广阔的空间发展。智能CAD技术能够解决特殊问题，满足个性化发展要求，对设计行业来说更具有针对性。同时，随着技术的向前推进，三维CAD系统也逐渐走向市场。三维CAD系统是从人类的思维中出发，建设三维模型，能够有效的实现全部集合参数和设计构图，通过三维模型进行分析研究，最终建立完整而有效的数据库。技术更深层次发展，三维CAD则会向着更加开放、集成、智能化以及规范化的方向完善，这对CAD软件行业和系统设计提出了更高的要求[1]。

2 CAD在机械设计中的实际应用

2.1 实体建模

进行实体建模是利用CAD进行机械设计的应用之一。设计师通过把CAD软件提供的基础形体进行排列组合，组成出一些简单的机械零件。如环状体及立方体，通过运算可以组合成常见的齿轮形状。而这些简单的形体交并差运算应用具有很大的局限性，一些稍微复杂的形体建模还需要运用到其他运算方式。如弯曲型的钢管，无法把其分解成基础图形组合方式，或用基础体建模相对困难。此时，可现在二维平面上绘画出该形体的剖面图，在按照特定的路线进行拉伸或旋转，便可得出复杂的形体[2]。

2.2 多维绘图

机械设计中，设计师需要通过绘制工程图来表现出自己的设计成果，所以二维绘图也是CAD技术在机械设计中的主要应用功能之一。现阶段，CAD软件开发已经相对成熟，具有较高水准的绘图功能，对各类图形都可以精准绘制，并且能够进一步加工处理。如添加文字，改变图形尺寸等，还可以把不同类别的图形划分到不同图层中，通过隐藏、冻结图层等操作来方便设计师制图。目前，CAD软件逐渐朝着自动化绘图模式发展，设计师可通过庞大的图形符号数据库来自动生成图像，并且利用参数化设计自动调节图形大小、尺寸，为机械设计工作带来了极大便捷。

2.3 其他方面的应用

CAD技术在机械设计中不仅可以进行实体建模和多维绘图，还有其他多个方面的应用。具体有以下几点：（1）对工程设计进行合理分析。一方面，CAD可对不同设计成果进行比较，从而得出更优化的设计方案。另一方面，可对模拟出接近真实的物理系统，从而对机械工程进行其他方面的分析工作，如工程结构是否合理、材料硬度刚度是否满足实际需要等[3]。（2）生成设计参数和文档说明。一些机械设计参数无法通过数据或图像直观的变现出来，此时就需要借助其他软件，生成出这些数据的表现图像，如曲线图等[4]。

3 运用CAD技术进行机械设计的优势和未来发展方向

运用CAD技术进行机械设计具体可分为以下几点优势：（1）效率高。CAD软件制图不同于手工绘图，一个简单的机械零件可能几步操作就可完成，提高了绘图效率。并且，同种图形可以进行复制，通过放大、缩小等功能就可调节零件尺寸。（2）更精准。手工绘图模式下，难免会产生一定的误差，而利用CAD制图，可以把这种误差控制在最小范围。（3）功能更多。上文所述，CAD软件还可以分析出机械工程设计结构是否合理，选用材料是否适用，设计成果是否最优化等。总之，CAD软件为机械设计工作带来了很大的便捷，同时，使机械设计不再那么抽象，便于设计师发散思维，开拓视野。

随着现代互联网信息技术的不断发展，CAD软件结合信息技术已成为必然趋势。并且，在机械工程中，设计端和制造施工端的有效连接已成为提高企业生产力和生产效率的关键，设计端输出设计结果，制造施工端的数控机床接受设计结果，从而自动生成加工，使整个生产流水线实现全自动化。结合信息技术以后，机械设计必将打破传统枷锁，突破时间、空间的限制，使不同区域的设计师可以相互协作，共同参与设计。

4 总结

CAD软件为机械设计工作带来了极大的便捷，设计师可以通过CAD把各类创意表现出来。同时CAD软件还具有诸多分析功能，设计师利用这些功能可以进一步优化设计方案。近些年来，随着CAD软件的不断发展，已然成为机械设计工作中必不可少的工具。

参考文献：

[1]白晶.CAD 技术在农业机械行业中的应用现状和存在问题[J].价值工程，2010（30）.

[2]陈晓红.基于CAD在机械设计中应用的探索性研究[J].制造业自化，2011，33（04）：49-51.

[3]徐悦.三维CAD技术对机械设计的影响分析[J].价值工程，2014（19）：51-51，52.

[4]马波.三维CAD技术在机械设计中的应用[J].电子测试，2016（06）：138，132.

作者简介：钱广竣（1991-），男，云南安宁人，本科，研究方向：先进机械装备设计及加工技术、CAD/CAM集成及相关技术、数字化产品设计与制造、机械动力学。