【CAD技術在機械設計及制造中的應用淺析7200字（論文）】

.引言在新時期下，我國機械制造行業(yè)得到迅猛發(fā)展，同時，在計算機輔助設計cA}技術的普及和發(fā)展下，cA}技術在機械制造行業(yè)中得到廣泛應用，給機械工程師提供了諸多便利的同時也保證了機械產(chǎn)品的質(zhì)量，促進機械行業(yè)良性發(fā)展。2.基本概述2.1機械設計及制造概述機械設計及制造是對各種機械設計、機械設備、機械產(chǎn)品、機械生產(chǎn)的總稱，其研究內(nèi)容包括企業(yè)的機械產(chǎn)品、裝備、制造、設計、運行控制到生產(chǎn)過程，機械設計以設計和制造為基礎，隨著科學技術的發(fā)展，計算機技術的普及下，計算機技術的運用提高了機械設計及制造水平，提高了機械制造產(chǎn)品的總體質(zhì)量，機械行業(yè)得到迅猛發(fā)展。2.2計算機輔助設計CAD技術概述計算機輔助設計就是計算機CAD技術，在20世紀60年代中，美國麻省理工大學提出了平面二維設計技術，隨著CAD技術的發(fā)展與普及，其功能也越來越強大。當前，計算機輔助技術的概念重新定義，CAD技術指在設計過程中，利用計算機軟件或者其他圖形設備，輔助設計師進行設計[lj。CAD技術在發(fā)展中，主要應用于機械設計制造領域，同時在其他領域也有廣泛的應用。CAD技術在機械設計制造中具有顯著優(yōu)勢，工程師通過CAD軟件可進行二維畫圖、圖紙顯示，在發(fā)展過程中，CAD技術能夠完成對設計對象進行三維建模，如今還能夠進行受力分析及運動仿真等，機械工程師根據(jù)CAD的分析，修改建模參數(shù)，達到設計方案的最優(yōu)化。3.計算機輔助設計發(fā)展現(xiàn)狀及概況3.1發(fā)展現(xiàn)狀我國對CAD/CAM技術的研究始于20世紀70年代，當時只有少數(shù)大型企業(yè)、科研機構和一些大學參與，進展緩慢。近年來,由于計算機價格的持續(xù)下降,改革開放的不斷發(fā)展和國內(nèi)外市場的激烈競爭,中國的科學家和技術人員的積極性,采用新技術已經(jīng)上升,和CAD/CAM技術的優(yōu)勢已經(jīng)逐漸被越來越多的人所接受。近幾年來，CAD技術有了較快的發(fā)展，主要表現(xiàn)最以下幾個方面:（1）少數(shù)大型企業(yè)已經(jīng)建立起較完整的CAD/CAM系統(tǒng)并獲得較好的效益（2）中小企業(yè)開始使用CAD/CAM技術（3）我國已自行開發(fā)了大量實用的CAD/CAM軟件（4）國內(nèi)計算機生產(chǎn)廠商已能為CAD/CAM提供微機和工程工作站（5）引進國外成套的CAD/CAM設備流行的CAD/CAM技術在我國已經(jīng)取得了一些成就,但它是不夠的,甚至說,目前我國企業(yè)CAD/CAM技術的普及應用水平仍然很低,幾年前“甩板”項目領導、電腦繪圖速度有較大的提高,但企業(yè)的水平的使用CAD/CAM技術和效率仍然很低,大多數(shù)沒有反映出計算機輔助設計的概念,最好的是在電腦屏幕上的圖表上移動。就連很多知名企業(yè)也仍然依賴一些非正版平臺。軟件圖形的低效率和低質(zhì)量嚴重阻礙了企業(yè)的發(fā)展。制造企業(yè)競爭力的根本源泉是設計和生產(chǎn)水平的提高。為了加強CAD/CAM技術在我國的發(fā)展和推廣，必須盡快培養(yǎng)具有CAD/CAM技術的人才團隊，以滿足每個部門的實際需要，這些部門也必須具備在這方面的理論和技術知識。當然，這個團隊的組成人員必須是具有一定能力的。對現(xiàn)有的相關技術人員培訓其CAD/CAM技術，使得他們能夠快速掌握這些技術，這是推廣CAD/CAM技術的關鍵。3.2概況在20世紀50年代，第一個計算機繪圖系統(tǒng)被創(chuàng)建，開始創(chuàng)建被動計算機設計技術，可以簡單地繪制輸出函數(shù)。20世紀60年代初，CAD表面的技術出現(xiàn)了。從中期來看，電腦制作的繪畫設備已經(jīng)發(fā)布。完整的CAD系統(tǒng)始于20世紀70年代，促進了CAD技術的發(fā)展。在20世紀80年代，微處理器和存儲是由強大的集成電路創(chuàng)建的，CAD技術開始在中小型企業(yè)中傳播。自上世紀80年代中期以來，CAD技術一直致力于標準化、融合和智能能源。集成計算機系統(tǒng)，集成到一個生產(chǎn)系統(tǒng)中，利用輔助計算機、網(wǎng)絡技術、多處理器處理器和并行處理技術，大大提高了CAD系統(tǒng)的性能，提高了CAD系統(tǒng)解決問題的能力，提高了自動化。三維設計可以整合從設計到生產(chǎn)的產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，允許所有員工同時從事同一產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，稱為并行設計。它的應用范圍廣泛于許多行業(yè)，功能應用包括構造和表面、組裝零件、二維工程、管道開發(fā)等，因為它的應用足夠廣泛，因此不可能要求工程師具備全部技能和一致性。最好的方法是學習如何以工業(yè)形式使用模塊化功能。研究歷史并不難發(fā)現(xiàn)，藍圖的每一個變化都與社會生產(chǎn)環(huán)境的變化密切相關。集成到知識開發(fā)程序中的三維軟件不僅可以將設計規(guī)則、設計標準集成到軟件中，還可以創(chuàng)建有效記錄設計師設計過程并完成開發(fā)過程的知識積累。當后期設計師使用軟件時，即有效地滿足設計規(guī)則和設計標準的要求，并且能夠利用早期積累過程來自動完成設計。市場競爭正在加劇，產(chǎn)品變得越來越復雜，個性化需要越來越多。企業(yè)如何滿足這種環(huán)境下的市場需求是每個企業(yè)都必須面對的問題。有效的知識積累、重新利用知識、促進高效、高效、高質(zhì)量和創(chuàng)新的設計是企業(yè)生存的唯一途徑。采用三維輔助設計將滿足這些發(fā)展要求，因此采用三維設計是不可避免的發(fā)展趨勢。3.3CAD技術在設計工作中的使用情況當前伴隨CAD技術的持續(xù)推廣以及發(fā)展，在這個背景下CAD同之前相比在功能方面也日漸全面化，其對于CAD技術的使用領域以及范圍日漸全面和廣泛。在這個基礎上使得機械設計領域中普遍使用到了CAD技術。站在作者的角度上來講，在工程設計工作中CAD技術的使用通常展現(xiàn)在以下幾個層面上:（1）多維幾何的繪圖站在設計工作的角度上而言，其在對機械產(chǎn)品進行設計的過程中需要關注的問題由兩方面,分別是數(shù)據(jù)以及圖形。在以上所論述的信息之中使用的精力以及時間最多的就是繪圖。在對傳統(tǒng)二維圖像進行處理的過程中需要做到的一點就是繪制出傳統(tǒng)工程圖。但是在本次二維圖形的繪制工作中需要將同該軟件相吻合的處理軟件獲取到。放眼于CAD應用過程中,眾多的軟件都是同畫圖軟件之間存在關聯(lián)性,并且這部分畫圖的功能以及畫圖能力還是存在相應差距的。細致的對這些畫圖軟件進行了解可以看出,這部分畫圖軟件存在的共同之處就是,均基于交互式圖形繪制為基礎,針對不同的圖形均能夠完成設計以及編輯工作?？墒巧頌橐幻麑I(yè)的工程設計人員來講，假如想要確保將CAD圖形繪制功能充分的研究以及發(fā)揮出來，那么就需要對其進行細致的開發(fā),將部分擁有宏命令功能為主的參數(shù)化繪圖軟件進行開發(fā),從而創(chuàng)建出相應的圖形符號庫。由此確保設計人員能夠憑借CAD軟件來完成繪圖設計工作，并且在繪圖的過程中能夠更加的得心應手,并且上手較快。針對所得到的汽車領域來看,其在輕量化傳動軸層面上,其具體的生產(chǎn)制造成本同比其他而言并不高,其非常適合開展規(guī)模生產(chǎn)工作。將有關的參數(shù)設計結束以后,其在開展工作的過程中能夠借助CAD以及UG等相關的計算機二三維繪圖軟件來繪制出小貨車傳動軸的圖紙,基于此前提下采取裝配的方式將汽車備胎支架相關的三維模型獲取到，由此可以發(fā)現(xiàn)采用CAD技術能夠?qū)⑿Ч苯映尸F(xiàn)出來,其本身擁有的視覺性是非常強的。除此之外在具體開展工作的過程中,某些企業(yè)也針對當下的貨車傳動軸輕量化結構優(yōu)化及分析工作來針對貨車傳動軸展開相應的輕量化設計。這樣的工作不單單可以使得貨車傳動軸在以后的設計制造工作提供有效的基礎，同時借助CAD技術可以確保整個制圖效果的高效性以及穩(wěn)定性,并且能夠使得相關人員的工作時間最大程度減少,而工作效率在原有基礎上得以全面提升。（2）圖形以及符號庫將部分極為具有復雜性的圖形進行簡化以后借助簡明扼要的圖形符號將其替代,除此之外將這部分圖形符號在原本的圖形符號庫之中存入。假如設計者在設計的過程中將這部分圖形直接從庫中調(diào)取出來,并且將其在相應的設計圖形中進行使用,由此能夠使得圖形繪制的整體進度在原有基礎上得以加快。除此之外,還能夠使得設計者在開展設計工作中所花費的時間全面減少,最終確保設計工作具有較高的效率（3）模具CAD/CAM的集成制造當前伴隨時代的進步以及成長,此時人類社會的科學技術水平以及發(fā)展速度同之前相比有了飛躍的進步。由最初的借助機床來展開設計工作到當前借助加工中心以及數(shù)據(jù)機床來完成設計工作,由最初的設計人員采用人工方式手工進行零件設計到現(xiàn)在憑借CAD軟件來將圖形以及零件進行設計。站在長遠發(fā)展的角度上看,制造業(yè)未來的發(fā)展也是由最初的傳統(tǒng)方向逐步的走向集成化方向。在當前制造業(yè)領域其中,最為核心的部分就是模具技術。較為具有完整性的軟件系統(tǒng)通常包含的功能模塊眾多,這部分的模塊需要基于工程數(shù)據(jù)庫的前提下完成統(tǒng)一的管理,但是需要了解的一點是在工程數(shù)據(jù)之中最為核心的來源就是CAD實體造型。2.4工程分析在開展具體設計工作的過程中，其設計較多的情況就是優(yōu)化設計和有限元設計以及動力學設計。不僅如此,針對部分專業(yè)設計對象而言,其中也會涉及到相應的CAD技術分析步驟。站在汽車行業(yè)上來講,其在對萬向傳動裝置進行設計的過程中通常都是以solidworks以及CAD技術為主,同時以給技術為依據(jù)來確保輕量化設計工作得以實現(xiàn)。很多企業(yè)在開展設計工作的過程中都會選擇選取小貨車萬向節(jié)傳動軸來完成輕量化設計,并且將二維亦或是三維圖詳細的確定出來,并且基于三個輕量化技術角度上展開詳細的對比研究以及分析工作,從而對于輕量化設計相應的前后質(zhì)量展開細致的了解。站在制造以及結構的層面上來講，其同以后所使用的輕量化設計過程中的零件完成對比，并且對輕量化技術的具體使用情況展開細致的分析，這也是汽車企業(yè)采用CAD技術所具有的現(xiàn)實意義。4.計算機輔助設計CAD技術在機械設計及制造中的優(yōu)勢4.1輔助設計在機械設計及制造起始階段，工程師需要利用想象力虛構機械產(chǎn)品的大致輪廓，但是，由于人思維能力的限制，往往大腦中虛構的輪廓并不能真實的反映出產(chǎn)品的構造，其可行性也有待驗證。因此，機械工程師利用CAD技術繪出零件圖形，充分展示出機械產(chǎn)品，同時，許多工程師也利用三維CAD技術建模，展示出零件的實體形狀，輔助工程師進行設計，為工程師提供更多想象空間，促進思維能力的提升。此外，CAD技術繪制圖紙和模型速度與傳統(tǒng)制圖方式比較，具有繪制速度快的優(yōu)勢，因此，機械工程師利用CAD技術可減少時間的浪費，快速滿足設計要求，提高設計和產(chǎn)品的質(zhì)量。具體幾個方面為：（1）零件設計更加方便。新的部件可以在裝配環(huán)境中開發(fā)，也可以用相鄰部件的位置和形狀來引入新的部件，避免單個部件導致組裝。同時，您可以通過動畫演示建模過程的細節(jié)。（2）裝配零件更加直觀。在構建過程中，資源資源路由器記錄了如果組裝不當，可以顯示的組件之間的特殊關系。此外，細節(jié)可以被隱藏，在隱藏的外觀下可以清楚地看到組裝的結構，完成后可以進行體育示范，以驗證需求是否得到滿足，即使設計被修改以避免修改甚至注銷。（3）縮短機械設計周期。使用三維CAD技術，機械設計時間減少了近三分之一，大大提高了設計和性能。在開發(fā)一種新機器時，只需重新設計和制造這些部件的部分，就可以讓它們中的大多數(shù)繼承以前的信息。與此同時，三維設計系統(tǒng)具有很高的變形能力。（4）提高產(chǎn)品技術含量和質(zhì)量。使用優(yōu)化、有限元分析、虛擬產(chǎn)品設計、體育課程和設計優(yōu)化等先進設計技術的三維設計保證了產(chǎn)品設計的質(zhì)量。與此同時，大公司正在通過提供產(chǎn)品質(zhì)量的三維零件處理技術進行改進。這種有限的元分析對現(xiàn)代工業(yè)的三維設計非常有用。4.2方便修改傳統(tǒng)的機械繪圖方式是人為的在圖紙上用手工繪制，繪制周期長，修改難度大。通過計算機輔助設計CAD技術，只需要提供機械產(chǎn)品的詳細參數(shù)，就可快速繪制新的機械零件，在設計中出現(xiàn)問題時，工程師可針對問題，及時利用CAD技術修改圖紙，完成后續(xù)糾正工作。設計完成后，還可以通過回放功能，查看在零件設計過程中的詳細操作步驟，設計程序全程透明化。除此之外，數(shù)控加工技術逐漸與CAD技術的有效融合，更加凸顯機械設計及制造中CAD技術的優(yōu)越性，幫助工程師快速掌握待加工產(chǎn)品的特征，第一時間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問題，工程師利用CAD技術進行修改，使機械產(chǎn)品投入生產(chǎn)制造。5.CAD技術在機械設計制造中的具體應用5.1計算機輔助設計CAD技術在機械制圖中的應用在機械設計及制造中，機械零件的制造者需要利用機械圖紙來進行工作生產(chǎn)指導，機械圖紙的繪制者是機械設計的重要環(huán)節(jié)，在機械設計及制造中占重要地位，圖紙的準確性決定了加工制造零件產(chǎn)品的質(zhì)量。通常，機械圖紙是由機械設計工程師繪制完成，在計算機CAD技術未普及的情況下，機械工程師采用傳統(tǒng)的設計和制圖方式，機械工程師在腦海里先構造零件的輪廓，接著采取手繪的形式，將一個或多個零件的各個參數(shù)通過圖紙展現(xiàn)出來。其繪制難度大，工作量大，尤其是針對復雜的裝配圖，有的需要很長時間來完成，甚至要有若干個工程師共同輔助完成，而且極容易發(fā)生誤差，影響整個設計進程，耽誤零件的生產(chǎn)制造，進而導致企業(yè)生產(chǎn)率低下，生產(chǎn)成本高。計算機輔助設計CAD技術的普及和發(fā)展，CAD技術廣泛應用于機械設計制造中，機械工程師利用CAD軟件繪制圖形，對圖形進行任意編輯和修改，根據(jù)產(chǎn)品的制造具體需求，CAD軟件還可以修改和調(diào)整圖形參數(shù)，完成圖形的三視圖及剖視等各項工作，最后，CAD軟件幫助標注圖紙參數(shù)，可準確進行文字編輯、裝配標注等，在機械工程師反復修正下，完成電子版文件，機械工程師可通過拷貝電子版文件完成對機械制圖的審核及確認工作，同時，也可打印成紙質(zhì)版圖紙，交由制造者按照圖紙準確制造。由此可見，計算機輔助設計CAD技術已經(jīng)廣泛應用于機械設計及制造中，在具體的繪制圖紙中，保證繪制的速度和質(zhì)量，確保機械制圖的準確性，提升工作效率的同時，對提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少企業(yè)成本具有重要作用。5.2計算機輔助設計CAD技術準確使用圖形及符號在機械設計及制造中，在機械設計手冊中有明確的規(guī)定，為了起到簡化的作用，通常利用規(guī)定的圖形或符號表達機械部件的特點。以往的傳統(tǒng)機械制圖中，由于機械工程師水平參差不齊，工程師不能準確的使用圖形和符號表達機械部件特點，機械圖紙在傳閱過程中往往出現(xiàn)歧義m。而計算機輔助設計CAD技術的應用，機械工程師可在軟件中利用其功能繪制表格、構建圖形及插入符號，該軟件中明確了功能符號及圖形的含義，統(tǒng)一了機械設計的標準，幫助工程師快速選擇圖形符號，準確了解圖形符號的基本含義，保證使用的準確無誤，避免不同機械工程師使用符號不規(guī)范的問題，避免因圖形符號理解有誤造成的歧義。5.3計算機輔助設計三維CAD技術在建模中的應用機械建模處理是機械設計制造中的重要環(huán)節(jié)，是機械工程師重要工作之一，傳統(tǒng)的機械制圖中并不包含三維建模技術，這是在計算機輔助設計CAD技術廣泛發(fā)展后的重要成果。俠義上三維CAD技術是Autodesk公司開發(fā)制作的AutoCAD軟件，該軟件中包含二維CAD軟件和三維CAD軟件。在廣義上，三維CAD不局限于Autodesk公司開發(fā)制作的AutoCAD軟件，指計算機輔助設計三維設計的同類軟件，其中有CATIA,Solidworks,UG、國產(chǎn)三維CAD軟件SINOVATION等。在本文中三維CAD技術以廣義上的定義為準，機械工程師在設計機械零件及裝配之前，需要在腦海中構想零件的基本結構，三維CAD技術的廣泛應用，給機械工程師在創(chuàng)新設計中提供了極大的便利。機械工程師通過三維CAD軟件準確繪出機械產(chǎn)品的實體模型，更能夠通過實體模型進行參數(shù)的修改，滿足產(chǎn)品的需求。計算機輔助三維CAD技術能夠快速準確的建立三維模型，同時其軟件包含多種便利功能，有立方體、曲面、圓柱體等多種建模體系，機械工程師在設計中，將多種建模模型根據(jù)與、或、非的邏輯進行選擇性構造，完成單個零件產(chǎn)品的設計。此外，三維CAD技術完成不同的零件圖后，還可以利用模塊自帶裝配功能，完成對該零件的組合，制作成三維裝配圖，為了更清晰表達裝配的結構，還可以根據(jù)需求設置爆炸視圖[}s}。還有的三維CAD軟件包含了動畫制作過程，可以讓裝配后的零部件進行動畫演示，讓整個效果更加清晰明了，完整反映出整個機械產(chǎn)品的全貌。同時，為了方便使用，對于很多過于復雜的機械零件，機械工程