機械設計中計算機輔助設計技術應用

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摘要：隨著當前我國信息技術水平的不斷發(fā)展，計算機技術也逐漸得到了廣泛地應用，其中計算機輔助設計技術作為現(xiàn)代工程設計當中的重要工具，在機械設計中發(fā)揮著重要作用?；诖?，本文針對計算機輔助設計在機械設計中的應用優(yōu)勢展開探討，并從多個角度對該技術在機械設計中的實際應用進行研究。

關鍵詞：機械設計；計算機輔助設計；三維建模

0引言

計算機輔助設計簡稱CAD，其主要功能和作用就是通過計算機和相應圖形設備幫助設計人員完成設計工作。CAD技術的合理應用能夠在一定程度上減輕設計人員的工作壓力和設計的復雜程度，能夠自主完成相關計算、存儲以及制圖動作，而且還能夠?qū)υO計進行多樣化處理，極大地提高了設計人員的工作效率。

1在機械設計中應用計算機輔助設計的優(yōu)勢

機械設計作為機械設計制造過程的基礎環(huán)節(jié)，其設計的水平、質(zhì)量直接影響著相應產(chǎn)品的質(zhì)量和效果，因此，加強對于機械設計的重視是十分重要的。得益于計算機強大的存儲、計算能力，作為機械設計技術與計算機技術的交叉學科的計算機輔助設計技術，近年來取得長足的進展：拷貝設備、存儲設備、高清顯示器以及掃描系統(tǒng)等多項功能設備能有效支持對機械圖形的高清繪制、存取、轉(zhuǎn)換；交互式圖形顯示軟件、應用軟件和相應的數(shù)據(jù)管理軟件等的應用，使得計算機輔助設計在繪圖、計算、造型以及人機交互方面優(yōu)勢明顯，合理有效應用該技術，能夠有效提升機械設計效率，為高質(zhì)量完成機械制造提供支撐。在機械設計中應用計算及輔助設計技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，CAD技術作為一種設計輔助工具，能夠有效降低機械設計的難度，簡化圖紙繪制過程，進而提高設計效率；第二，相較于人工計算而言，CAD技術能夠借助布爾運算實現(xiàn)對于產(chǎn)品設計的高效處理，在實際進行機械設計的過程中若發(fā)現(xiàn)前期設計中出現(xiàn)計算問題或失誤情況，可及時進行修改和變更，并且后續(xù)設計也會隨之更新，有效提高了機械設計效率；第三，借助CAD技術在保障了設計效率，縮短設計周期的情況下，同時也保障了設計的質(zhì)量；第四，由于設計周期的縮短，設計質(zhì)量的提高，也有效降低了設計過程中的資源浪費，降低了機械設計成本[1]。

2計算機輔助設計技術在機械設計中的實際應用

在社會不斷發(fā)展的情況之下，對于機械設計的要求不斷提升，當前計算機輔助設計技術已然成為機械設計當中的重要工具。不同的計算機輔助設計軟件有著不同的功能側(cè)重點。由于計算機輔助設計技術有效保障了機械設計的精度、質(zhì)量以及效率，因此在實際機械設計當中得到了較廣泛地應用。

2.1二維圖樣

在機械設計中計算機輔助設計技術應用最為廣泛和深入的領域就是二維圖樣的繪制方面。本文以AutoCAD繪圖軟件為例，對其二維繪制功能進行介紹。AutoCAD是當前應用最為廣泛的二維圖樣繪制軟件，有著十分全面的繪制功能，該軟件在二維圖紙繪制過程中的詳細功能如下：①文本設定：創(chuàng)建單行或多行文字作為單個文字對象；格式化文本、列和邊界。②標注：自動創(chuàng)建標注；將光標懸停在選定對象上以獲取預覽，然后再進行創(chuàng)建。③中心線和圓心標記：創(chuàng)建和編輯移動關聯(lián)的對象時自動移動中心線和中心標記。④表格：創(chuàng)建數(shù)據(jù)和符號分別在行和列中的表格、應用公式，并鏈接到MicrosoftExcel的電子表格中。⑤修訂云：為圖形中的最新更改繪制修訂云，從而快速識別更新內(nèi)容。⑥視圖：按名稱保存視圖，輕松返回到特定視圖當中，以便快速參考或應用到布局視口。⑦布局：制定圖形大小、添加標題塊、顯示模型的多個視圖。⑧字段：使用文本對象中的字段來顯示字段值，更改時可自動更新文本。⑨數(shù)據(jù)連接：通過在MicrosoftExcel電子表格和圖形中的表格之間創(chuàng)建實時鏈接來啟用同步更新。⑩數(shù)據(jù)提?。簭膶ο笾刑崛⌒畔?、塊和屬性，包括圖形信息。輥輯訛動態(tài)塊：添加靈活性和智能到塊參照，包括更改形狀、大小或配置。輥輰訛陣列：以環(huán)形或矩形陣列或沿著路徑創(chuàng)建和修改對象。輥輱訛參數(shù)化約束：應用幾何約束和尺寸約束，從而保持幾何圖形之間的關系。輥輲訛清理：通過簡單的選擇和對象預覽，一次刪除多個不需要的對象。此外，該CAD軟件的交互界面功能全面，操作簡單，適用于多種文檔設計環(huán)境。在機械設計過程中，實際繪制二維圖樣時，經(jīng)常會涉及對一些關鍵要素的重復繪制，例如一些表示零件表面質(zhì)量粗糙度的符號等，在AutoCAD軟件上進行繪制的過程中，可以通過將一些常用的符號、零件以及標準件等相關圖形設置為通用符號，將其定義為通用塊，然后在實際進行二維圖樣繪制的過程中，需要標注相應符號和圖形時，設計人員就可以直接在AutoCAD軟件中調(diào)用相應圖塊，并將其插入到圖紙當中，而且在插入圖塊的過程中，還能夠根據(jù)設計需求對圖塊進行調(diào)整，極大地提高了圖樣繪制的效率和便捷性[2]。在機械設計時，進行二維圖樣繪制的過程中，為進一步判斷設計的可靠性，不同型號零部件的設計是否符合實際需求，還需要涉及人員利用相應CAD軟件進行模型造型和承載試驗，進一步確保機械設計的效率。除此之外，還可以借助CAD軟件的網(wǎng)絡功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為機械設計的優(yōu)化、探討、合作開發(fā)以及審核提供便利。

2.2三維建模

隨著當前機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，市場對于機械產(chǎn)品的精細化程度、設計質(zhì)量等各個方面有了更高的要求，機械產(chǎn)品的復雜性也在不斷提高，在此情況之下，傳統(tǒng)通過二維圖樣進行設計的方式已經(jīng)難以滿足設計以及機械制造生產(chǎn)的實際需求，在現(xiàn)有機械設計常采用的三維建模的過程中，往往通過一次性的設計難以達到實際要求，因此機械產(chǎn)品三維模型的構建和設計往往需要經(jīng)歷設計、仿真、再設計三個階段，以此進一步提高設計的可靠性。在三維建模中應用計算機輔助設計技術的過程，主要包括兩個環(huán)節(jié)，即CAD建模和CAE仿真。其主要技術過程就是先結合設計需求和實際情況對零件進行建模設計，然后再運用相應軟件，進行虛擬裝配，以此確保機械產(chǎn)品設計的科學性、合理性以及實用性。CAD軟件有著強大的三維建模功能，而且三維模型的種類豐富，在實際進行建模設計的過程中，需要結合具體情況和需求選用不同的模型類型。以AutoCAD軟件為例，在圖1所示的三維模型中，三維線框模型主要適用于初始設計迭代當中，而且具有一定的透視性，能夠作為幾何圖形的參照，有助于后續(xù)建模和修改。三維實體模型是對于機械設計產(chǎn)品實際情況的展示，有著極高的效用，并且在實際設計過程中易于進行圖元合并和輪廓拉伸操作，此外還能展示相應質(zhì)量特性和截面。三維曲面建模能夠?qū)崿F(xiàn)對于曲面的精準控制和設計分析。三維網(wǎng)格建模有著自由形式雕刻、銳化和平滑處理的功能，有助于實現(xiàn)對于機械設計的多樣化需求。除此之外，CAD軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)二維圖樣和三維模型等多項轉(zhuǎn)換功能，進一步滿足機械設計需求。CAE仿真技術就是對建模完成的零件進行虛擬裝配，通過虛擬裝配，設計人員能夠觀察到零件裝配過程中的實際情況，了解不同虛擬裝配關系之間的差異，并以此為依據(jù)進一步對機械設計進行完善，以此保障機械設計的質(zhì)量和效果。在機械設計當中，建模和仿真技術有著十分重要的意義和作用，是保障設計質(zhì)量效果的重要計算機輔助設計技術。

2.3二次開發(fā)

在當前機械行業(yè)不斷發(fā)展的情況下，為進一步優(yōu)化產(chǎn)品功能，滿足實際需求，同時降低設計生產(chǎn)成本，會在原有產(chǎn)品的基礎上進行二次開發(fā)。二次開發(fā)實際就是在機械設計過程中，為降低設計成本，減少設計時間，在原有設計上進行定制化修改，通常情況下二次開發(fā)不會改變設計產(chǎn)品的原有內(nèi)核，如機械產(chǎn)品的功能、作用等。計算機輔助設計技術是當前機械設計領域，進行二次開發(fā)所應用的主要技術，常用的軟件有VBA、AutoLisp等，不僅操作較為簡單便捷，而且數(shù)據(jù)、圖紙信息保存管理也十分方便，在機械設計二次開發(fā)當中得到了廣泛地應用。在實際進行二次開發(fā)的過程中，由于機械設計的需求不同、不同計算機輔助設計的功能存在差異性，尤其是CAE仿真系統(tǒng)，因此，在進行仿真操作的過程中，需要結合實際情況和設計需求，合理選擇相應工具，以確保二次開發(fā)的質(zhì)量和效果。

2.4逆向工程

逆向工程也稱作逆向技術，簡單來說就是一種產(chǎn)品設計的再現(xiàn)技術，通過對目標產(chǎn)品進行逆向分析，得到產(chǎn)品的結構、功能、技術規(guī)格等相應設計要點，并以此為依據(jù)設計出與之功能相似的不同機械產(chǎn)品。在實際逆向工程進行過程中，可借助相應計算機的輔助設計軟件，例如CAD、CAM以及CAE等軟件構建目標產(chǎn)品的虛擬模型，并通過對實際產(chǎn)品的測量掃描明確產(chǎn)品的尺寸信息，然后進行逐步分解和分析。逆向工程流程如圖2所示。以著名的逆向工程軟件Imageware為例，在實際操作過程中，首先，需要將采集到的點陣數(shù)據(jù)導入到軟件當中；其次，結合點陣數(shù)據(jù)確定曲線類型，然后創(chuàng)建曲線，并進行修改優(yōu)化；再次，確定構建的曲面類型，并創(chuàng)建曲面進行優(yōu)化；最后，實現(xiàn)模型構建[3]。

3結論

綜上所述，計算機輔助設計技術在機械設計過程中不僅能夠應用于二維圖樣的繪制，輔助完成三維建模，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于機械設計的二次開發(fā)，或者將其應用到逆向工程當中，對于提高機械設計的質(zhì)量效率以及智能化水平都有著積極意義。相信隨著對于計算機輔助設計技術的深入研究和應用，我國機械設計水平將會得到進一步提升。

參考文獻：

[1]羅蓉.計算機軟件在機械設計中的應用———評《AutoCAD機械制圖與計算機輔助設計》[J].材料保護，2021，54（01）：199.

[2]黃曉春，文運昌.機械設計制造與計算機輔助技術結合應用分析[J].湖北農(nóng)機化，2020（10）：137-138.

[3]武承晨.計算機輔助設計CAD技術在機械設計及制造中的應用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（06）：235-236.

作者:郭超 單位:山西焦煤集團有限責任公司