机械工程设计中三维CAD技术的应用

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　　【摘 要】当代中国正由制造大国跨向制造强国，中国制造正在逐渐转向中国创造，而创造不只是解开一个零部件或组合一个零部件那么简单，而是对整个产品的设计，三维技术是设计的重点，也是必不可少。本文通过对三维CAD技术的阐述，结合其在机械设计领域中的应用，具有重要的指导意义。
　　【关键词】三维CAD；机械设计
　　引言
　　随着计算机综合性能的提高，图形信息处理的智能化，三维CAD技术正向着智能化和标准化的方向发展。机械设计人员可以利用三维CAD技术进行机械设计，进行机械工业产品零件内外空间三维效果的预览，以及产品的三维动画演示及仿真等。认真把握三维CAD技术的发展趋势，对我国三维CAD技术的开发与机械工业产品的设计生产都具有深远的意义。
　　1三维CAD技术的概念
　　三维CAD技术，是一种基于电脑操作的技术，主要用于建设各类模型。最早类型的建模方式，构成了该技术体系的核心功能。随着社会发展，该技术不断融合进了机械设计中，已经发展成为一种系统性的工作，要求设计人员要同时掌握机械设计和三维CAD两个专业方面的技术知识，以便达到更好的设计效果。
　　2机械设计中应用三维CAD技术的主要优势
　　三维CAD技术利用计算机强大的计算功能和高效率的图形处理能力，进行机械设计与分析，以达到预期的设计目标，大大缩短了机械工业产品的开发周期，降低了开发设计的成本。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。
　　2.1有效促进产品技术含量与质量的提升
　　随着三维技术的不断深入应用，机械设计所涉及的各个工作环节中所引入的技术含量越来越高，比如设计优化、仿真设计、运动轨迹等。从传统角度来看，生产本身就需要机械设计的技术支持，在此基础上引入三维CAD技术，起到了明显的促进作用，形成了二者之间共同发展的良好趋势。
　　2.2简化相关部件的装配流程
　　当前，CAD技术的应用深度持续增加，专业的设计人员在进行设计的时候，除了对机械外观、性能等进行严格设计以外，还可以通过CAD技术建立相应模型，对机械的实操检验部分进行对应的修改完善。在必要的情况下，还可以通过三维实体来设计验证，进而在设计工作中，实现对机械零部件装配流程的简化与模拟运转，使得设计工作更加仿真，逼近实际情形。
　　2.3提高设计效率
　　将三维技术运用到机械设计当中，最主要的功能是可以实现产品参数化的设计。然而，无论是传统的手绘制图，还是随后发展的二维绘图，都实现不了这个功能。而当三维CAD技术运用后，可以将产品部件信息进行效果改变，立体模式更加突出。在设计过程中，产品的零部件只要有一个发生变化，那么其他部门也会相应发生改变。
　　2.4促进计算机辅助制造集成功能的实现
　　从设计设计机器产品的过程中，可以通过三维技术实现机器产品的信息数字管理，达到集成化控制，确保产品的生产和设计的精度，进一步实现计算机支持的目的。在传统的生产过程中，覆盖了对数字控制模式的需求，避免了计算机辅助制造和加工生产数据的混合，并避免了管理混乱的问题。
　　3三维CAD技术在机械设计过程中的应用
　　三维CAD技术对于机械设计来讲，尤其是对于产品零部件的实体建模，是一种重要核心的辅助工具。（1）运用三维CAD技术进行零部件的三维建模方法有三类，即线框模型、表面模型和实体模型。（2）机械零部件的设计变更使用三维CAD技术，有利于在原有的产品架构中设计新的零部件，整个操作简单又快捷。（3）机械零部件的设计检查利用三维CAD技术，使用建模与动画播放形式，直观快速的对机械产品的零部件装配情况进行演示。这样对零部件进行检查，更加清晰直观。（4）零部件装配图的设计在零部件实体建模完成后，按各零件所在的坐标关系或其他方式进行装配。三维CAD技术从根本上改变了机械设计的进程和质量，克服了传统设计带来的弊端，使机械产品的设计与生产发生了深刻的变化。（1）强调创新机械设计三维CAD技术在方案设计阶段，充分利用专家系统，更能激发产品设计人员的新颖构思。（2）设计过程的并行化和智能化三维CAD技术提高任务的并行性，使得设计人员之间的交流更容易，减少了交流过程中的不必要错误。（3）产品设计和生产的一体化三维CAD技术在产品设计有关的各个领域中得到广泛应用，发展到当今的三维建模、虚拟制造。无论是三维CAD技术自身的特征与发展优势，还是其在产品机械设计过程中所显现的技术优势与辅助功能，都注定了三维CAD技术与机械设计的密切关系，在未来成为机械设计领域的主要趋势。
　　3.1在机械建模中的应用
　　从前文论述可以看出，三维CAD技术的应用，可以使设计过程更加透明、更加逼真，基于这一优势，这一技术已经被广泛使用到机械设计的建模环节当中，并可以划分为表面、框架、立体等3种方式。在具体的设计过程中，通常还需要圆柱、椭圆、圆形等几种图形模式，在遇到结构相对复杂的情况时，再加以布尔运算进行具体计算，分析结构中的图形，并重新排列，以便达到提高设计精度的效果。
　　3.2在农业机械设计中的应用
　　当前，我国农业行业已经广泛采用了机械化作业，随着机械功能的升级，三维技术也被广泛运用到了设计过程中。比如，收割机的设计以分离装置为起点，结合三维技术，对其功能、具体要求进行分析，同时考虑机械本身的参数要求，在此框架内制定设计方案，建立设计数据库，实现信息共享，为设计与生产工作提供参考。
　　3.3在机械CAE中的应用
　　在机构设计的计算机辅助工程中的应用，可以随时方便地调整机器产品的设计，并优化产品结构。同时，对相关数据信息进行比较分析，确定设计方案，对程序的重要性进行正确的评价。三维CAD技术，在计算机辅助工程的应用中，具有调整设计模型的作用，能够有效地促进后续设计和生产连接的稳定秩序，具体的作用包括机械产品对的评价、对数据信息的分析、产品的质量和使用强度的评价、建立模拟系统、机械产品结构设计的完备。也就是说，在计算机辅助工程中，可以使用三维技术，促进这个系统内的各功能的充分发挥。
　　4三维CAD技术在机械设计中的发展趋势
　　通过当前机械设计行业的发展来看，在未来的趋势主要有四个方向，分别是规范化、智能化、虚拟化、集成化。规范化是指对三维CAD技术的应用进行各个节点上标准统一确定，以使各个厂家都尊重同一标准，使全社会机械产品的生产制造达到同步对接；智能化是指在设计过程中，融入更多智能因素，结合人工AI的技术支持，让更多的机械产品能够实现人机融合的效果；虚拟化是指通过设计，使与机械产品设计、生产、制造、维护、保养等各个环节上相关的问题，都能够提前进行模拟验证，以提高使用性能。
　　5结束语
　　应用三维CAD，极大地节省了机械产品设计时间，简化了设计和生产过程，促进了机械产品结构和性能的逐步提高，为制造业的发展奠定了坚实的技术基础。然而，在机械设计中的实际应用而言，还有许多细节需要改进。因此，相关人员需要加强实践，提高三维CAD技术在实践工作中的应用效果，为我国的现代化建设事业添砖加瓦。
　　参考文献：
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