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

王川

河北省建筑材料工业设计研究院有限公司 河北省石家庄市 050051

摘要：机械设计具有高专业性、内容复杂、难度较大等特点，而传统机械设备设计存在效率低、出错率高、工作量大、难以直观展示设计效果等问题，若不转变设计理念，则难以设计出满足使用者需求的机械设备。三维CAD技术是以计算机设备作支持，利用三维建模技术，基于三维设计环境实现设计的有效方法，将这种设计误差更低、设计周期更短、效果展示更加直观的设计方法应用于机械设计中优势显著。

关键词：三维CAD技术；机械设计；应用

1三维CAD技术概述

三维CAD技术，也称建模技术，其核心是几何建模系统，主要由二维技术发展而来。三维CAD技术从二维平面绘图到三维建模经历了多个发展阶段。例如，最早的计算机辅助绘图，到三维实体建模的出现，再到二维与三维技术的交叉融合，最后到如今的综合性系统，能够满足产品自动化设计、设计加工、生产加工环境等各种相关技术的高度集成，具有智能化、网络化、集成化的特点。在机械设计工作中应用三维CAD技术，通过三维实体建模，将零件设计图纸转化为立体几何，能够直观发现设计中存在的诸多不合理问题。

例如，特征建模，突破了传统线条和线框设计，设计人员可知直接利用倒角、孔、凸台等特征表达零件几何结构，使其更符合设计意图。同时，三维CAD技术还具备虚拟装配和运动仿真功能，通过虚拟装配将不同装配关系的三维实体零件装配，再利用静干涉检查技术检查设计合理性，无需制作样机进行检验。而且，针对有行动要求的设计，可以运动仿真技术进行检验，确保运动形成达到设计要求。

2机械设计中三维CAD技术的应用

2.1在设计方案建模中的应用

三维CAD技术表达的直观性更强，可实现设计效果的立体化展示。方案建模包括三维CAD技术共有框架法、表面法及立体法三种建模方式。具体应用环节，应结合设计方案的差异性选择与之相匹配的建模方法，如设计正方形等形状规划且不复杂的图形时，可利用表面法直接进行绘制;若是绘制图形结构复杂，则需要在应用布尔运算方法的基础上，通过重新组合排列图形，基于精密的计算完成图形的绘制，实现立体化建模，确保方案建模任务的高质量完成。

2.2在机械设计方案形成中应用

在机械设计方案设计过程中，设计人员可以利用三维CAD技术编辑功能，从零部件角度出发，可以对机械设计方案中各个零部件的参数和组合形式进行编辑处理，将基础零部件按照设计方案进行加工、排列，就能形成一套科学、完整、系统的设计方案。各种零部件在设计的过程中是互不相干的，利用三维CAD技术可以将任意两个零部件有机地组合在一起，根据不同的需求来对不同的零部件进行组合排列，设计人员可以借助这一功能，将原有设计方案重组、排列，尤其一些零部件繁杂的，重新调整其组合方式，就能获得新的零部件机械设计方案，有效提升机械设计与生产制造质量。另外，还需结合应用三维ACD/CAM软件开发系统，借助数据分析、平面设计、曲面造型和立体构筑等方式，对机械设计参数进行有效应用和管理，或者利用软件进行零部件设计检验，借助资源查找器修改某一零部件，构建新的机械产品模型，增加零部件之间的适配性，减少因零部件适配性较低导致的机械产品装配失败，大大提升机械设计有效性，确保设计方案顺利实现。

2.3智能化创新技术发展要点

在CAD机械制造技术智能化创新中，主要利用CAD技术创建了透明模型，主要对光线照射折射与反射问题进行分析，形成透射光，研究光的衰减作用，这一点在机械制造技术应用方面起到一定作用。比如说创建多光源的简单局部系统光照模型，在自然情况下对光源同时照射、实际光照效果进行分析，保证N个光源照射机械制造系统过程中再形成N个点光源叠加结果，同时考虑光的衰减作用，形成机械制造系统的光照模型。

另外，在CAD机械制造自动智能化技术领域中，主要要将CAD技术与科学信息技术有机融合起来，更好加入技术应用保证先进科学信息技术有效应用，这其中就包括了专家系统以及智能化管理技术系统。这些技术在改善并提高技术智能化应用方面效果突出，最大限度减轻了工作人员的整体工作量与工作压力。比如说，目前的CAD机械制造自动智能化技术就能够被应用于PDM和CAM等新技术维护体系中，它充分依赖于互联网的技术完成PDM、CAM新技术维护体系操作，这一技术结合体也将成为未来人类学习和研究的一个重点。而伴随世界经济进步和发展形势，CAD集成技术应用程度越高，就越有可能受到国家和企业的欢迎。同时3DAX技术可以帮助解决异构平台的问题，压缩繁复的几何数据，让多层图像表现的功能得到体现，3DMAX在CAD的基础建设上进行更高技术规格的转换，能够在保存CAD设计产品中的各种各样的信息，同时标准的VRML编程软件可以完成三维图像的资源共享，为集成化的合作打下了坚实的技术基础。

2.4在机械CAE软件中的应用

应用机械CAE软件的目的是进一步优化产品结构，详细分析与比对设计图中的各项参数信息，对设计方案中的不合理之处进行优化，从而得出更加科学、可行的产品设计方案。为了实现三维CAD技术与机械CAE软件的有机融合，应在方案建模完成后发挥三维CAD强大的分析功能，针对软件中各项设计参数进行分析，为设计方案执行的顺畅性提供保障。CAE系统能够预估机械产品寿命，分析工程数据，具备结构优化设计等多项功能，可解决机械产品的造型问题。利用CAE系统可优化机械产品材料、刚度、寿命等，增强机械产品结构的合理性。

2.5在农业领域中应用

在农业生产制造领域中，三维CAD技术也有着十分广泛的应用。例如，在设计联合收割机时，设计的核心内容往往为轴流钉齿脱粒分离装置进行三维设计，主要设计流程为：设计人员先利用Motionworkes系统进行设计开发，随后将设计开发资料添加至数据加工模块，进行三维设计。最后，等三维设计结束后，利用ADC/API技术将系统合理划分为不同分部，进行独立机械方案设计，并且，借助数据传输或者数据共享平台实现各个零部件数据连通，进一步验证设计方案合理性，最终生产出符合农业生产的机械设备，为农业发展作出了贡献。

结论

在社会经济、科技快速发展趋势下，只有紧紧抓住时代发展机遇，直面各种艰难局面，准确把握三维CAD技术基本概念，了解该技术在机械设计中的应用优势，包括有效缩短设计周期、提升机械产品设计进程和保管力度、有效提升机械设计产品质量，积极寻求有效应用措施，才能确保其优势充分发挥。通过分析研究，确定在机械设计方案建模、机械设计方案形成、机械CAE软件等方面熟练应用三维CAD技术，充分发挥其技术功能，能够有效改变传统机械设计工艺工作流程，加快机械设计工作智能化、规范化、集成化发展进程，有效提升机械设计效率和质量，促进机械设计领域持续健康发展。

参考文献：

[1]朱万鹤.三维CAD技术在机械设计中的应用研究[J].内燃机与配件，2020(6):230-231.

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