三维CAD技术在机械设计中的应用

三维CAD技术在机械设计中的应用

作者：莫建军

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第10期

【摘要】机械设计直接关系到机械产品的精准度，对于机械生产的效率和安全有着至关重要的影响，所以，必须加强对机械设计的重视。三维CAD技术是机械设计中常用的技术之一，本文就在介绍三维CAD技术的基础上，阐述了其在机械设计中应用的内容和优势，最后对其发展趋势进行了预测，以推动三维CAD技术在机械设计中应用水平的提高。 【关键词】三维CAD技术；机械设计；应用

三维CAD技术是以计算机技术和电子技术为基础的，是一种模型模拟建造技术，被广泛运用于建筑、服装、纺织、化工、轻工和汽车、船舶、飞机、机械等各个方面，其中，机械制造方面应用尤为重要。在机械设计中应用三维CAD技术，不仅可以充分发挥物力、人力的效用，有效降低生产整体成本，还能够大幅度的提高机械产品的质量，保证机械产品运用的安全。

一、三维CAD技术的概述

三维CAD技术的核心技术是CAD技术，基础是三维模型创建，是经过长时间发展逐渐成熟的一种技术，是一种集合计算机科学和工程设计为一体的建模技术，在近些年来得到了迅猛发展。

三维CAD技术开始于上世纪60年代，是在二维技术基础上发展出来，其主要内容包括三维设计和三维造型、图样档案管理、三维和二维的转换以及机构运动分析、仿真等。 使用三维CAD技术进行设计时，不仅可以使设计者的想象力、创造力得到充分发挥，还可以使几何图形在形状和各方面指标上达到相对良好的状态，使三维设计的产品达到最佳效果。因此，将三维CAD技术运用到机械设计当中，可以有效提高机械产品设计的水平，保证产品质量，提高产品设计效率，对于机械设计的发展有着极大作用[1]。 二、三维CAD技术在机械设计中应用的内容与优势 （一）三维CAD技术在机械设计中应用的内容

在当前的机械设计当中，三维CAD技术主要被运用于装配图和零件的实体生成建模、机械零部件设计的检验和机械CAE软件三个方面，其具体应用内容如下： 1.实体生成装配图和实体建模机械零件

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首先，三维CAD技术在装配图的实体生成中的应用发生在实体建模完成之后，根据机器运动过程中的某一特定位置，结合机器运动的相关参数资料和零件的具体坐标来完成装配图生成。

其次，在机械零件的实体建模中，三维CAD技术常用的建模方式有表面模型、线框模型和实体模型三种，同时，三维CAD软件还包含了大部分的基本体系，以AutoCAD为例，系统中就含有立方体、环状体、球体、契形体、圆锥体和圆柱体六种。使用三维CAD技术进行机械设计时，可以通过系统软件将零件进行分解，得到若干个不同的基本体，并对这些基本体进行三维实体造型，最后经过系统软件中的交、差、并布尔运算，得到机械零件的实体建模模型。

2.对机械零部件设计效果进行检验

三维CAD系统软件具有建模和动画播放的功能，通过这两种功能的运用，可以对机械零部件装配的过程进行直观观察，及时发现设计中存在的不足，并利用资源查找器对机械设计产品需要修改的零件进行改正，得到新机械产品模型，保证机械设计产品零部件之间的适配性，避免由于某个细节部位设计不到位给整个机械产品装配造成不良影响。 3.三维CAD技术在机械CAE软件中的应用

机械CAE软件是制定机械设计方案的重要途径，通过CAE软件本身的结构设计优化、设计方案分析和方案数据对比功能，能够有效保证设计方案的科学合理，提高机械设计的水平。而将三维CAD技术应用于机械CAE软件中，可以为CAE软件的设计与分析提供相应的实体模型，对于CAE软件分析结果准确性的提高有着重要作用[2]。 （二）三维CAD技术在机械设计中应用的优势 1.通过信息化手段进行机械设计，提高了设计准确性

在三维CAD技术中，整个设计过程都是通过计算机操作来实现的，利用计算机信息技术的数字化特点，可以对设计对象进行各种虚拟仿真建模组合，以便及时发现设计当中存在的问题并进行修正，将产品生产前的工作全部在计算机中完成，有效提高了产品设计的准确性，对于保证产品质量和安全有着重要作用。

2.利用设计软件自身的调整功能，缩短了设计的周期

在传统的三维设计当中，若是产品某个部位需要进行整改，就需要对整个产品进行全方位的再次设计，增加了机械设计的难度和工作量，严重影响了设计工作的效率，延长了设计所需的时间。

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但是，在机械设计中使用三维CAD技术，就有效解决了这个问题，当设计产品需要进行修改时，只要通过调整虚拟仿真建模中的相关参数数据，就可以通过设计软件自身具备的调整功能，自动改变其余相关零部件的尺寸和连接结构，使其达到最佳的匹配效果，相较于传统的机械设计方法，三维CAD设计的效率能够有3-5倍的提升，大大缩短了机械设计的周期，有效提高了产品设计的效率。

3.结合原有模型和先进设计理念，实现了设计的创新

在传统的机械设计过程中，由于存在着过多的仿形设计产品，要想对机械产品进行创新，面临着尺寸修改困难、产品精确度不高等问题，会使整个机械设计创新成本相对较高，所以，传统的机械设计中大多采用常规设计的方式，很少有创新机械设计产品的出现，在一定程度上影响了机械设计的发展。

而应用三维CAD技术之后，可以充分发挥设计者的创新理念和思路，激发设计人员的创新灵感，在原有机械设计模型的基础上，不断调整机械产品的各种参数，通过三维CAD软件得到各种不同的机械设计产品，并通过对设计产品全方位、多角度的观察对比，分析设计产品的实用性，最终得到创新的机械产品。

三、三维CAD技术在机械设计应用中的发展趋势 （一）设计智能化

随着科学技术的不断进步，智能化是整个社会各方面技术发展的主流方向，三维CAD技术也不例外。当前的三维CAD技术已经具备了一定的智能化基础，但依然需要大量的人工操作来对设计结果进行判断，而最终智能化的三维CAD技术，设计人员只需要通过操作计算机，利用以往实践经验的相关程序的记录和全面的数据库，就可以由计算机代替人工完成判断[3]。

（二）设计规范化

规范化是指今后三维CAD软件的设计必须要与实际机械设计情况相符合，不能单纯的只重视功能方面的提高，必须在结合实际需求的基础上，对三维CAD技术进行更新，保证三维CAD软件工作的规范性、标准性，进而提高机械设计的效果。同时，在三维CAD软件的日后发展中，还需要加强与STEP体系之间的结合，提高参数化模型传输的准确性、高效性，避免发生数据错误的问题。 （三）虚拟网络化

随着网络技术的不断进步，三维CAD技术完成了从单机向网络状态的转化，网络空间的虚拟性能够帮助三维CAD技术完成机械模型的虚拟构造，使人们以更直观、更立体的角度来

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观察机械设计产品，掌握其存在的不足，了解机械产品的更方面参数，保证机械产品设计的标准、精确。 结 语

综上所述，在机械设计中应用三维CAD技术，能够有效提高机械设计的效率与精确度，并可以完成机械设计的创新，对于机械设计的发展有着重要意义。当前，三维CAD技术主要应用于机械设计的CAE软件、装配图和零部件实体建模和检验等方面，促进了机械设计水平的提高，但整体而言还存在着许多不足，在未来发展中，还需要充分结合实际需求进行改进。 参考文献

[1]史越.三维CAD技术在机械设计中的应用探究[J].电子测试，2013，23：26-27. [2]曹丽娜，田晓霞.三维CAD技术在机械设计中的应用研究[J].装备制造技术，2014，06：97-99.

[3]邢艳秋.浅谈三维CAD技术在机械设计中的应用[J].中国科技信息，2013，13：102.