浅析CAD技术在机械工程设计中的发展与应用张剑

浅析CAD技术在机械工程设计中的发展与应用张剑

张剑

浙江意格供暖技术有限公司浙江杭州310000

摘要：科学信息技术的使用推动了机械设计的进步，计算机和设计技术均在机械工程中起到重要作用，CAD技术是一项新型技术，被广泛使用在机械工程设计中。应用CAD技术一方面能够弥补传统机械工程设计的不足，一方面能够为工程带来巨大的经济利润。

关键词：CAD技术；机械工程；工程设计；发展；应用

1引言

传统的机械工程设计中，没有使用CAD技术，其设计工作需要耗费大量的时间，劳动强度也很大，周期也较长，设计水平很有限，只能通过静态的分析与近似计算，设计的精确度较低，难以满足市场发展的需要。CAD技术诞生后，使得传统的设计局面被彻底打破，机械工程设计也形成了新的发展平台。

2分析CAD技术的含义

在计算机技术体系中，CAD技术是其中的一种辅助技术，利用专业设计软件和程序完善设计方法，绘制出机械设备的部件结构图案，参与设计，辅助机械生产，为机械设备和产品的生产制作提供依据。我国CAD技术发展十分迅速，被应用于机械工程设计，应用于航空航天、电子产品设计与制造、智能与虚拟设计等领域。CAD技术软件中一般包含有几种模块功能，①CAPP功能，指的是工业设计功能，主要是对材料的定量定额，对工艺设计的选择，促进机械设计标准化。②二维绘图。这是技术核心部分，利用计算机绘图软件实现对机械设备和产品结构及部件图纸绘制，降低手工工作量，提高效率。③PDM功能，主要是指对数据和信息的处理，进而保证图纸信息和加工代码安全。

3CAD技术在机械工程设计中的应用优势

传统的机械工程设计方法阻碍了机械工程的发展，主要是靠静态分析与近似计算方法，并需要大量的人力、物力结合丰富的实践经验来完成。这必然致使设计过程错误、设计周期长、设计成果质量较低等不良问题的出现，使企业在激烈的竞争中难以维持，不利于机械工程的快速发展。CAD技术作为一项新兴技术，不论是在解放劳动力、提高机械工程的设计效率方面，还是在发挥人员的创新思维、促进机械工程快速发展方面都起到了不可替代的作用。CAD技术在机械工程设计方面的具体应用具体表现在以下几个方面。

3.1提高机械产品质量

将CAD技术应用与机械产品的设计，从根本上改变了机械产品的质量，打破传统的设计弊端，利用软件系统精确机械产品的实际参数。机械产品与软件系统的融合，提高了产品本身的科技含量。随着科技水平的不断提高，CAD技术在机械产品设计过程中，能够极大的提高模型与产品的统一度，保证机械产品的设计水平，提高机械产品的生产质量。

3.2有利于缩短机械产品设计的时间

在机械工程设计中运用CAD技术可以提高机械产品的设计效率，大大节约产品设计的时间，实现质量和速度的双赢。CAD计算机辅助技术可以颠覆传统设计，将传统设计技术中的缺点屏蔽掉，缩小设计上的误差，提高产品精度，机械设备的参数和数据都会更准确，进而避免资源浪费。另外，CAD技术还可以应用于设计修正，采用三维构图技术可以建立立体图像，进而真实的还原设备零部件的结构，可以缩短设计的周期，提高设计的质量和效果，进而促进机械工程设计的优化发展。

3.3资料保管方便

三维CAD技术制作的图形文件可以直接存储在U盘、硬盘上，资料的保管、调用极为方便。现代机械工业产品设计的特点是面向市场、面向用户的设计，好的机械产品始于先进的设计理念和对市场需求的深刻了解，以及贯穿整个设计过程中的以人为本的理念。设计对象从最初的单一功能产品变成越来越复杂的综合体，因此需要在机械设计中运用集成、综合、系统的方法来解决设计问题。三维CAD技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式，将其变成了在图形工作站上交互设计。

4CAD技术在机械工程设计中的应用

CAD技术是现代机械工程设计的主要方式，它主要表现在计算机辅助绘图、建模和优化结构等内容。

4.1在CAD/CAM模型制造中的应用

CAD/CAM软件技术既是独立的也是融合的。计算机辅助设计通常来讲是计算机辅助制造的先决条件，只有有了CAD相应的草图，才能够在CAM软件中生成三维模型，生成最终NC代码等，所以说两者是相对独立的。随着科学技术的发展，逐渐将两者结合使用，逐渐形成计算机集成制造系统（CIMS）。CAD/CAM软件技术最初应用在军工领域，是新新兴且多学科综合应用的新技术，逐渐应用成熟后才逐渐民用、商用。随着生产力与生产水平的不断发展，机械工程自动化中的传统设计与制造方法已经无法满足当前自动化发展的需要，运用CAD/CAM技术不仅可以提高机械产品的设计水平与产品质量，从某种意义上讲在降低生产成本与减少产品周期上也起到重大的作用。随着CAD/CAM技术的发展，两者更多的将两者的优势合并发展，逐渐形成计算机集成制造系统（CIMS），它可以更好的提高生产率、提高质量、加快产品的更新换代。技术构成主要包括制造技术、敏捷制造（AM）、虚拟制造（VM）、并行工程（CE），并逐步向集成化、网络化、智能化、绿色化、虚拟化、并行化与标准化发展。

4.2在绘制装配零件图中的应用

CAD技术在机械工程设计中应用最广泛也最基础的就是计算机辅助绘图，与传统设计中的手工绘图相比，CAD技术误差的发生率也更小，且更加直观、准确，设计的工作周期也得到明显缩短。采取三维建模的方式，不但精确度得到提高，能有效的将设计人员想要设计的零件图绘制出来，通过直接连接打印机进行打印后便能够投入生产中，其工作时间得到更大的缩减，还能提供每个零件安装部位的正确位置，促使机械工程设计中绘图质量与效率快速提高。

4.3结构优化和分析产品的力学性

分析与结构优化是CAD设计的主要内容，但动力学分析是现在设计的发展趋势，推动CAD技术在结构优化功能上进行延伸，当下许多软件已为其提供有限分析软件的接触口，用户能够使用三维CAD技术创新产品模型，从而导入进有限元分析软件中，对产品模型进行工程分析，将分析结果作为前提，优化产品结构，此种设计优化方法在复杂的结构产品中，展现出一定优势。在CAD发展中，人工智能起到决定性作用，可以指导CAD迈向智能化方向。人工智能和CAD相结合，是为了提升创造CAD系统的能力，使用推理技术可以推动CAD技术的快速发展。人工智能主要是通过方案和设计两种模式存在，不断优化人工智能方案，从而产生可以处理设计条件的方案系统，实行模糊设计和判断措施。

5工程CAD技术在机械工程设计中的发展

5.1标准化发展

CAD技术的应用引来了大量的用户，但是CAD软件的应用过程中，难以与其他机械工程设计软件兼容，使得行业内部的技术交流被严重限制。因此，CAD技术必须向着标准化方向发展，促进机械工程设计的不断完善。例如，CAD软件发展至今，在行业内人员的不断努力下，其兼容性得到提高，有效促进了行业内的技术交流。

5.2智能化发展

在计算机技术与信息化技术不断完善的情况下，CAD技术随着编程方法的不断革新也朝着智能化的方向发展，在机械工程设计的应用过程中，通过完善各方面的技术，使得机械工程的设计更具实效性。另外，为了更好的拓展设计人员的思维空间，在设计产品模型过程中，通过采取内在联系分析方式，来缓解产品模型的设计，但是不应受到内在联系分析的过分限制。

6结束语

综上所述，CAD技术的的使用改变机械工程设计的不足，为其注入新的元素，在机械工程设计中有着重要意义。CAD技术随着计算机技术的发展也在不断优化，在设计中能够展现出更多新型的创意，提高设计质量。

参考文献：

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[2]刘建芬.工程CAD技术在机械工程设计中的发展与应用[J].南方农机,2018,4912:62.

[3]莫瀚淇.研究CAD技术在机械工程设计中的发展与运用[J].科技经济导刊,2017,26:120.