張燁　金君鑫

摘 要：在我國工業(yè)產業(yè)中，機械制造是一個基本的產業(yè)，也是一個主要產業(yè)。其中，每一種機械零件的生產加工之前，必須進行細致的圖紙分析設計，從而獲得一個合理的、可行的零部件規(guī)格、結構、材質等等參數(shù)。作為一種多功能輔助軟件，CAD技術在機械工程設計中的應用發(fā)揮著十分重要作用，其也是促進機械制造產業(yè)發(fā)展的一個重要基礎。本文即針對CAD技術在機械工程設計中的發(fā)展與應用展開了具體論述，僅供參考。

關鍵詞：機械工程設計；CAD技術；發(fā)展；應用

近些年，隨著計算機與電子技術的急劇發(fā)展，越來越多的高新技術被應用于各行各業(yè)中。CAD技術便是基于此種背景下發(fā)展而來，尤其是隨著其功能的不斷完善，逐漸被廣泛地應用于機械、建筑、汽車等等領域中。其中，CAD技術在機械設計中應用比例最高，其為廣大的設計人員提供了一個方便、快捷的設計平臺，復雜的分析、計算以及繪圖均由計算機輔助完成，在保證設計質量與效率的同時，減輕了工作強度。

1 機械工程設計與CAD技術概述

1.1 機械工程設計

機械工程設計指的是由設計人員嚴格按照有關的產品使用要求，對其結構、工作原理以及各個部件的尺寸、規(guī)格、維護方法進行分析，并將其轉化成具體設計。由于機械產品往往較為復雜，因此對其精性的要求也越來越高，這也就使得大量的先進技術被應用于機械工程設計過程中，以獲得更高質量的機械產品。

1.2 CAD技術

CAD技術屬于計算機輔助設計技術的一種，其主要是使用計算機中的相關程序對設計方法進行進一步的而優(yōu)化，并制作出相應的零件或是產品結構圖。隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，CAD技術的應用也越來越廣泛，尤其是在機械工程設計領域中發(fā)揮著不可替代的作用。

CAD軟件通常包括以下幾種模塊功能：一是CAPP功能，也就是計算機輔助的工業(yè)設計，通過對材料的定額、工藝的設計內容等的管理，實現(xiàn)機械設計標準化的發(fā)展，提高其設計效率與設計質量；二是二維繪圖功能，其是二維繪圖功能的核心功能，主要是通過計算機智能繪圖，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工繪圖，大大減少設計人員的工作量；三是PDM功能，其主要是對產品的相關數(shù)據(jù)進行管理，以保證圖紙、工藝卡、加工代碼等等安全、可靠。

2 CAD技術在機械工程設計中的發(fā)展

當前，計算機技術的發(fā)展帶動著CAD技術的不斷進步，同時機械工程設計領域的廣泛性也為CAD技術提供了發(fā)亮的用戶，為了滿足用戶的不同需求，CAD技術不斷向著標準化、集成化以及智能化的方向發(fā)展。

2.1 CAD技術在機械工程設計中的標準化發(fā)展

當前，十分常用的CAD軟件主要有以下幾種：（1）Auto CAD；（2）UG；（3）Pro/Engineer；（4）Unigraphics NX；（5）solid works；（6）inventor；（7）Catia。其中，每一種軟件都有各自適用的用戶群，但是各自之間并不兼容，這在一定程度上阻礙了機械工程設計領域內部的相互交流，不利于CAD資源的交互?；诖吮尘埃瑢崿F(xiàn)CAD軟件數(shù)據(jù)模型與交換資源格式標準化是其發(fā)展過程中的一個必然目標，其能夠令設計人員使用不同的CAD軟件互相交流，促進機械工程設計的持續(xù)發(fā)展。

2.2 CAD技術在機械工程設計中的集成化發(fā)展

當前，隨著我國科學技術的不斷發(fā)展，更多的高科技被應用于機械工程設計、加工中，這也就使得單純的計算機輔助已經(jīng)不能滿足機械工程設計行業(yè)的發(fā)展需求。越來越多的設計人員希望能夠實現(xiàn)CAD技術和工程分析、工藝分析、產品制造等等環(huán)節(jié)的有效連接，也就是實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM/CAE的集成，從而使得整個設計工作更加方便、迅速。當前，已經(jīng)有不少CAD軟件具備了集成的功能，設計人員在設計過程中能夠直接導入利用CAD技術設計的模型，分析結構力學性能，同時利用數(shù)控機床分析、設計加工工藝，實現(xiàn)高質量的生產制造?？偟膩碚f，CAD技術在機械工程設計中的集成化發(fā)展，有利于加快設計人員的工作進度，縮短機械產品周期。

2.3 CAD技術在機械工程設計中的智能化發(fā)展

對于機械工程設計而言，CAD技術的智能化是一個必然趨勢，也是促使設計人員脫離傳統(tǒng)設計方法的重要手段。在進行機械產品模型的設計時，通過特征造型與參數(shù)設計，能夠促使相關設計人員只需要自由地發(fā)散思維，而不需要考慮其中內在聯(lián)系，大大減少了設計人員的工作量，并在保證產品可行性的同時，最大限度地提高其創(chuàng)新性。例如：在利用三維CAD軟件進行機械工程設計時，用戶可以直接看到自己設計的成果，能夠及時發(fā)展設計中所存在的不合理之處，以便優(yōu)化。

3 CAD技術在機械工程設計中的具體應用

就目前而言，CAD技術在機械工程設計中的應用越來越廣泛，本文主要從以下幾個方面展開了具體的論述。

3.1 計算機輔助繪圖

CAD技術應用于機械工程設計中最早也是最基礎的功能就是輔助繪圖。在設計人員進行機械工程設計的過程中，圖形和數(shù)據(jù)是兩大重點內容，尤其是繪圖是占用時間最長、耗費精力最大的一項工作，并且由于人工繪制的工程圖難免受到多方面因素的影響，導致其精確性或是美觀性難以保證，最終影響到機械產品的制作質量。對此，使用CAD軟件中自帶圖形庫與繪圖命令，就可以快速地完成繪圖，并且其準確性要大大超過人工繪圖。同時，由于CAD繪圖的高效性，大大減輕了設計人員的工作強度，使得其能夠將更多的精力放在完善設計方面，推動機械工程設計質量的進一步提高。

3.2 計算機輔助建模

在現(xiàn)代機械工程設計的過程中，計算機輔助建模占據(jù)著十分重要的地位。通過三維CAD軟件建模模塊的合理應用，設計人員能夠直接構建出自己所要設計的機械產品的立體模型，其無論是尺寸、規(guī)格或是結構，均是真實的，僅僅是以一定的比例的形式通過計算機顯現(xiàn)出來而言。顯而易見，對于設計人員而言，三維建模的應用意義十分重大，其能夠輔助設計人員在一個虛擬的環(huán)境中對產品模型進行直觀設計，使得其可以不再單單依靠自己的想象能力構建模型，最大限度地保證了模型的準確性。

在三維建模的背景下開展機械工程設計，能夠提前發(fā)現(xiàn)設計中存在的差錯或是失誤，從而可以及時修改、完善。相反，若是這些問題未能夠在設計階段及時發(fā)展，則很有可能知道進行產品裝配時，才能夠發(fā)現(xiàn)原始設計中存在的一些不合理之處，這樣不僅大大增加了工作人員的設計、裝配工作量，延長了設計、制作時間，更是大大提高了機械產品的成本。因此，設計人員必須認識到三維建模的應用意義，最大限度地保證設計的可行性。

3.3 工程分析與結構優(yōu)化

機械工程設計的整個過程中，機械產品的力學性能分析與結構優(yōu)化是一個十分重要的環(huán)節(jié)，做好該項工作，方能夠有效提高產品的應用可靠性。在現(xiàn)代設計方法不斷更新?lián)Q代的背景下，有限元分析與動力學分析得到了十分廣泛的應用，這也就要求CAD技術需拓展自身的工程分析和結構優(yōu)化功能，從而滿足機械工程設計應用需求。當前，不少CAD軟件已經(jīng)發(fā)展出了與ansys等有限元分析軟件的接口，設計人員能夠通過三維CAD技術構建產品模型，然后再將其導入有限元分析軟件內，在確定的負載下開展產品模型的工程分析。完成整個的工程分析工作之后，應根據(jù)其結果，有針對性地對機械產品的結構進行優(yōu)化。該種工程分析與結構優(yōu)化方法快速、便利，尤其是在復雜結構產品的設計中具有極大的優(yōu)勢。

4 結語

CAD技術的應用是現(xiàn)代機械工程設計工作得以發(fā)展的關鍵所在，其使得廣大的設計人員從傳統(tǒng)的設計方法中解脫出來，減輕了其數(shù)據(jù)分析以及繪圖的任務，從而讓他們能夠將更多的精力放置于“創(chuàng)造”上，優(yōu)化了機械工程設計質量，提高了設計效率。總的來說，現(xiàn)代機械工程設計領域的發(fā)展需要CAD技術，只有不斷對其進行改進和完善，充分發(fā)揮其功能，方可滿足機械設計與生產需要。

參考文獻：

[1] 陳宇.CAD在機械設計中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電子測試.2015（06）：133-134.

[2] 李麗，王輝.CAD在機械設計中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國高新技術企業(yè).2014（26）：5-6.

[3] 王利華，張振軍.CAD在機械設計中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].內蒙古民族大學學報： 自然科學版.2006（02）：155-158.

[4] 陳良.CAD/CAE技術在機械設計中的應用[J].有色設備.2013（04）：36-38.

[5] 張夕琴.CAD/CAE技術在機械設計中的應用[J].裝備制造技術.2007（12）：109-110.