CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用和運(yùn)用

　　CAD誕生于60年代，是美國麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計(jì)劃，由于當(dāng)時(shí)硬件設(shè)施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。下面是小編給大家整理的關(guān)于CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用和運(yùn)用，歡迎閱讀！

　　CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用和運(yùn)用 1

　　1.CAD技術(shù)的概念

　　CAD（Computer Aided Design）技術(shù)，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，是指利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件系統(tǒng)對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、輔助工程分析及技術(shù)文檔編制等應(yīng)用技術(shù)的總稱。CAD技術(shù)是一種集計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和工程設(shè)計(jì)方法為一體的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，其誕生于20世紀(jì)50年代，并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展不斷發(fā)展革新。

　　CAD技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、航天、機(jī)械、化工、電子以及建筑等多個(gè)領(lǐng)域，用來解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本及周期等方面的相關(guān)問題，大幅提升了這些行業(yè)的生產(chǎn)效率。CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工方式的誤差大、效率低等問題，使其產(chǎn)品在生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量上都實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代。因此，CAD技術(shù)已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中一個(gè)重要組成部分。

　　2.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用

　　CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的作用主要有以下幾個(gè)方面：

　�。�1）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)字化。

　　采用CAD技術(shù)，可以通過計(jì)算機(jī)的二維圖形繪制、三維實(shí)體建模，人機(jī)交互和機(jī)械模擬仿真等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化。通過對產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)，可以檢驗(yàn)零件設(shè)計(jì)形狀和位置，充分保證零件間的精確結(jié)合，大大降低設(shè)計(jì)誤差。利用建模組合及模擬仿真，還可以提前檢驗(yàn)機(jī)械部件的裝配問題。利用數(shù)字化的部件可以透視到零部件的內(nèi)部，觀察部件的裝配關(guān)系， 檢驗(yàn)各部件是否已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，迅速找出裝配中可能發(fā)生的問題，大幅降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)報(bào)廢率。

　�。�2）縮短設(shè)計(jì)周期。

　　在機(jī)械產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，如果對某部件尺寸進(jìn)行修改，需要重新將所有部件匹配為新的尺寸，從而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的改型。而借助CAD技術(shù)可以大幅縮短這個(gè)過程，例如，將某零件的尺寸從150mm改為300mm,僅需要在機(jī)械設(shè)計(jì)軟件上改變尺寸，其他相關(guān)零件也會相應(yīng)自動調(diào)整尺寸。因此，CAD技術(shù)可以將機(jī)械設(shè)計(jì)效率提高3~5倍，大幅縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期。

　�。�3）提高產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)。

　　借助CAD技術(shù)，可以采用圖形優(yōu)化、有限元受力分析等技術(shù)手段對機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并將機(jī)械制造技術(shù)與信息技術(shù)相融合，在生產(chǎn)過程中引入了與CAD設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的CIMS組織生產(chǎn)方式，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量和品質(zhì)。

　　（4）激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

　　在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，機(jī)械產(chǎn)品的修改困難且成本過高，導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品多是常規(guī)設(shè)計(jì)，而創(chuàng)新類產(chǎn)品較少，嚴(yán)重限制了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新。而借助CAD技術(shù)，可以在常規(guī)設(shè)計(jì)數(shù)字模型上大膽嘗試新理論和新技術(shù)，設(shè)計(jì)出逼真的創(chuàng)新產(chǎn)品，充分激發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新靈感，帶來全新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

　　3.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的應(yīng)用

　�。�1）機(jī)械設(shè)計(jì)和輔助繪圖。

　　用于機(jī)械設(shè)計(jì)的三維CAD系統(tǒng)具有十分強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能，可以通過其重構(gòu)功能快速得到一種全新的設(shè)計(jì)，也可以在特定的裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，即利用相鄰零件的形狀及位置王靜錦西工業(yè)學(xué)校 遼寧葫蘆島 125001設(shè)計(jì)新零件，既方便、快捷，又避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件可能導(dǎo)致的裝配失敗，大大提升了設(shè)計(jì)人員的工作效率，并加強(qiáng)了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，手工繪圖的工作量非常大，而且準(zhǔn)確性和美觀性不高。利用CAD軟件自帶的豐富圖形庫與功能完備的繪圖命令，可以很容易地繪制出高質(zhì)量的機(jī)械工程圖，大大減輕了繪圖人員的勞動強(qiáng)度。計(jì)算機(jī)輔助繪圖大幅提高了機(jī)械制圖的質(zhì)量和效率。

　�。�2）零件與裝配圖建模。

　　三維CAD系統(tǒng)有線框模型、表面模型和實(shí)體模型三種建模形式，可用于機(jī)械產(chǎn)品零件和裝配圖的實(shí)體建模。利用CAD軟件中的基本體系和布爾運(yùn)算，可以完成簡單結(jié)構(gòu)零件的三維實(shí)體建模。而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，可先用二維幾何元素構(gòu)造大致形狀，再對其進(jìn)行拉伸或旋轉(zhuǎn)等操作實(shí)現(xiàn)造型，最后通過計(jì)算獲得三維實(shí)體模型。當(dāng)機(jī)械產(chǎn)品零件的實(shí)體建模完成后，設(shè)計(jì)人員就可以通過CAD軟件的三維編輯功能對零件模型進(jìn)行“裝配”,整合出機(jī)械裝配圖。

　�。�3）設(shè)計(jì)檢驗(yàn)。

　　利用CAD系統(tǒng)軟件的零件回放功能，可以通過動畫播放的形式，清晰直觀地演示機(jī)械產(chǎn)品的零部件裝配情況。在發(fā)現(xiàn)零部件結(jié)構(gòu)或功能上的不合理之處后，可以利用資源查找器對整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品中的某一個(gè)零件進(jìn)行修改，避免零件錯誤導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的裝配失敗。在進(jìn)行新機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，這種零部件設(shè)計(jì)的自動化檢驗(yàn)方法，可以大幅提高機(jī)械零部件之間的適配準(zhǔn)確性，防止新產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，從而保證了設(shè)計(jì)的可行性，并且提高了設(shè)計(jì)效率。

　　（4）工程分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

　　對機(jī)械產(chǎn)品的力學(xué)性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是機(jī)械設(shè)計(jì)和加工過程中必不可少的環(huán)節(jié)。隨著有限元分析和動力學(xué)分析等現(xiàn)代分析方法的發(fā)展，CAD技術(shù)在工程分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能上得到了充分拓展。很多CAD軟件已具備了與ANSYS等有限元分析軟件的接口，設(shè)計(jì)人員可直接將產(chǎn)品的三維實(shí)體模型導(dǎo)入至有限元分析軟件中，對產(chǎn)品模型進(jìn)行工程分析，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。另外，還可以利用機(jī)械CAE軟件，對設(shè)計(jì)的動態(tài)特性、碰撞問題、運(yùn)動特性、結(jié)構(gòu)合理性以及材料強(qiáng)度等方面進(jìn)行工程分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

　�。�5）模具設(shè)計(jì)與制造。

　　隨著制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的革新，機(jī)械制造加工已從傳統(tǒng)機(jī)床發(fā)展為加工中心和數(shù)控機(jī)床，模具CAD/CAM技術(shù)及模具激光快速成型技術(shù)的使用越來越廣泛。利用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)體模具時(shí)，要盡量避免內(nèi)腔、凹、凸模及加強(qiáng)助等潛在干擾因素，先繪制出數(shù)控刀具的路徑，再檢查加工過程的可行性。要特別注意的是，在設(shè)計(jì)沖壓零件表面時(shí)，必須使用專用的曲面設(shè)計(jì)軟件，只有這樣才能保證沖壓零件表面和模具表面的一致。

　�。�6）逆向轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。

　　借助CAD技術(shù)，可以通過多種方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的逆向轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)�？赏ㄟ^CAD制圖軟件的坐標(biāo)測量方法，將實(shí)物轉(zhuǎn)化成虛擬模型；也可以利用數(shù)據(jù)繪制網(wǎng)格對點(diǎn)進(jìn)行模擬，進(jìn)而得到連續(xù)曲面，再通過對曲面的修復(fù)得到實(shí)物模型，或利用SCAN-TOOLS技術(shù)對生成的曲面進(jìn)行裁剪、延伸等操作，將曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體；還可以利用相關(guān)軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)來完成模型重建。

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　　1、機(jī)械工程設(shè)計(jì)與CAD技術(shù)概述

　　機(jī)械工程設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，要明確了解機(jī)械工程設(shè)計(jì)，首先，要對機(jī)械工程有清晰的認(rèn)知。從社會實(shí)踐活動角度進(jìn)行分析，所謂的機(jī)械工程具體指的是一項(xiàng)以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，即以提高人類的利益為目標(biāo)研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品的綜合項(xiàng)目。機(jī)械工程設(shè)計(jì)具體指的是為了滿足生產(chǎn)實(shí)踐需要進(jìn)行的機(jī)械設(shè)備具體設(shè)計(jì)。從現(xiàn)實(shí)分析來看，機(jī)械工程設(shè)計(jì)對機(jī)械工程的具體實(shí)施有顯著的影響，所以強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

　　CAD在目前的設(shè)計(jì)制圖中有突出的應(yīng)用，而所謂的CAD，具體指的是在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)利用計(jì)算機(jī)或者是圖形設(shè)備輔助完成設(shè)計(jì)工作。對目前工程和產(chǎn)品做具體的設(shè)計(jì)分析會發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過程中會涉及大量的計(jì)算，同時(shí)，還會有設(shè)計(jì)圖片或者是其他數(shù)據(jù)信息的存儲需要，計(jì)算機(jī)可以幫助計(jì)算，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

　　利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和完善，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化效果會顯著地提升。就現(xiàn)實(shí)中的設(shè)計(jì)分析來看，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種信息，具體如圖片、文字、數(shù)據(jù)等都可以在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲或者是外部存儲中進(jìn)行存放，基于存儲進(jìn)行快速的檢索，設(shè)計(jì)信息能夠被迅速地利用。比如，在某產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以直接從存儲中進(jìn)行產(chǎn)品草圖的檢索，然后，基于自身設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)等進(jìn)行修改和完善，這樣，整個(gè)設(shè)計(jì)工作的實(shí)效性會有顯著的提升。簡而言之，CAD在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的有效利用可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化和專業(yè)化進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的效率提升。

　　2、機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)使用CAD的優(yōu)勢分析

　　就目前的機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析來看，較多企業(yè)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中使用到了CAD技術(shù)，對該技術(shù)的具體應(yīng)用做分析發(fā)現(xiàn)其具有以下四個(gè)方面的突出優(yōu)勢。

　　第一是在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，利用CAD技術(shù)后，零件設(shè)計(jì)更加方便。從目前的案例設(shè)計(jì)實(shí)踐分析來看，CAD技術(shù)的具體利用不僅可以完成裝配環(huán)境下的新零件設(shè)計(jì)，還可以利用裝配環(huán)境下不同零件的相互關(guān)系實(shí)現(xiàn)新零件的設(shè)計(jì)，這樣，整個(gè)設(shè)計(jì)工作的效率有了顯著的提升，便捷性也有了明顯的提升。

　　統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，采用CAD技術(shù)進(jìn)行零件的具體設(shè)計(jì)，有效地規(guī)避了零件單獨(dú)設(shè)計(jì)導(dǎo)致的裝配失敗問題。第二是在設(shè)計(jì)中，利用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝配零件的直觀性顯示。在裝配零件時(shí)，如果是傳統(tǒng)的裝配方法，需要對不同的零件進(jìn)行配裝，這會導(dǎo)致工作量的加大，整個(gè)工作效率會受到影響。

　　在利用CAD技術(shù)后，裝配零件時(shí)可以利用資源查找器進(jìn)行相關(guān)零件的查找，這樣，零件以及零件的相互關(guān)系會更加的明確，具體的裝配過程會更加的快捷。

　　此外，在裝配中，零件還可以進(jìn)行隱藏，所以，在外部零件被隱藏后，內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)會更加清晰地展現(xiàn)出來，基于裝配模型對具體的裝配工作進(jìn)行運(yùn)動演示，并對運(yùn)動過程進(jìn)行監(jiān)管，確定其達(dá)標(biāo)效果，這樣可以為具體的設(shè)計(jì)更改提供參考，以此達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量提升的目的。

　　第三是利用CAD技術(shù)可以有效地縮短設(shè)計(jì)的周期，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效率的提升。從目前的資料統(tǒng)計(jì)來看，在機(jī)械工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中利用CAD技術(shù)，整個(gè)設(shè)計(jì)周期會縮短1/3。利用CAD技術(shù)進(jìn)行具體的機(jī)械設(shè)計(jì)，只需要對其中的零部件進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)和改造，而具體的零部件設(shè)計(jì)會集成以往的信息，這有效地節(jié)省了數(shù)據(jù)計(jì)算和論證的時(shí)間，所以機(jī)械設(shè)計(jì)的效率會有大幅度的提升。目前的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在設(shè)計(jì)中，利用CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)效率會提升3～5倍。

　　再者，CAD系統(tǒng)具有比較強(qiáng)的高度變型計(jì)算能力，可以快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。第四是利用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的技術(shù)含量以及質(zhì)量會有顯著性的提升。

　　從目前的設(shè)計(jì)實(shí)踐來看，CAD在具體設(shè)計(jì)時(shí)會利用到較為先進(jìn)的方法，就現(xiàn)在的設(shè)計(jì)分析來看，其使用的方法有有限元受力分析法、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)法等，這些方法的具體使用明顯地提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。同時(shí)，大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，一致性較好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　3、機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù)應(yīng)用分析

　　在目前的機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，CAD技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，具體的應(yīng)用表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。首先，是利用CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖。

　　繪圖是機(jī)械設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的部分，而CAD技術(shù)的具體應(yīng)用也多體現(xiàn)在繪圖方面。從現(xiàn)實(shí)分析來看，CAD技術(shù)具有非常強(qiáng)大的繪圖功能，工程師可以利用CAD技術(shù)進(jìn)行，手繪沒有辦法設(shè)計(jì)的構(gòu)想和需求設(shè)計(jì)，甚至有的工程師會利用CAD技術(shù)繪制不可思議的作品。對CAD技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上的機(jī)械繪圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，零件尺寸不合規(guī)范的情況基本不會發(fā)生，而且隨著CAD技術(shù)研究的深入，其在數(shù)據(jù)精度控制方面的效果越來越突出，所以，利用CAD技術(shù)繪制的機(jī)械圖精準(zhǔn)度有了進(jìn)一步的提升。

　　其次，是利用CAD技術(shù)繼續(xù)擰設(shè)計(jì)建模。從現(xiàn)實(shí)分析來看，如果要設(shè)計(jì)新的機(jī)械零部件，需要在產(chǎn)品生產(chǎn)之前進(jìn)行建模，以此實(shí)現(xiàn)對零部件的具體分析和討論。

　　對CAD技術(shù)的建模做具體的分析發(fā)現(xiàn)，其主要有兩種方式，分別是機(jī)械線框建模和實(shí)體建模。建模需要有準(zhǔn)確豐富的數(shù)據(jù)，CAD系統(tǒng)存儲的大量數(shù)據(jù)會成為建模的有效參考，如此一來，建模的科學(xué)性和合理性會更加突出，而基于建模的分析結(jié)果也可以很好地指導(dǎo)實(shí)踐工作。

　　最后，是利用CAD技術(shù)完成對機(jī)械工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可行性分析。從目前的資料統(tǒng)計(jì)來看，利用CAD技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)分析。

　　從現(xiàn)實(shí)分析來看，零部件的結(jié)構(gòu)問題或者是受力問題，即使微小也會對零件的具體應(yīng)用產(chǎn)生影響，所以在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，利用CAD技術(shù)對具體的零部件結(jié)構(gòu)和受力進(jìn)行檢測分析，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)優(yōu)化，這樣，零部件的設(shè)計(jì)整體效果會進(jìn)一步提升。