張曉紅 鄧澤輝 蔡安輝

摘 要： 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)也逐漸發(fā)展起來。CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)。文章對CAD的基本組成及其發(fā)展進(jìn)行了分析，并對CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了歸納，最后對其今后的發(fā)展予以展望。

關(guān)鍵詞： CAD 機(jī)械設(shè)計(jì) 具體應(yīng)用 發(fā)展展望

機(jī)械制造業(yè)是我國最基本的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，也是工業(yè)化生產(chǎn)的主要產(chǎn)業(yè)之一。而機(jī)械零件在加工前要經(jīng)過詳細(xì)的圖紙分析設(shè)計(jì)，才能確定零部件結(jié)構(gòu)的具體尺寸參數(shù)[1，2]。CAD是一款基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的多功能輔助軟件，將其與機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合是該行業(yè)的發(fā)展必然。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，CAD能將各種設(shè)計(jì)信息包括數(shù)字、文字和圖形信息存儲在計(jì)算機(jī)中，并且可以進(jìn)行快速檢索和數(shù)據(jù)處理。CAD技術(shù)的出現(xiàn)，使整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)向前邁了一大步。

1.CAD技術(shù)的發(fā)展及其系統(tǒng)的組成

（1）CAD技術(shù)的發(fā)展

CAD技術(shù)最早的名稱為交互式圖形學(xué)研究計(jì)劃，于60年代麻省理工大學(xué)誕生。因?yàn)橛?jì)算機(jī)設(shè)備在當(dāng)時(shí)的應(yīng)用成本較高，所以只有通用汽車和波音航空公司開發(fā)并使用這種技術(shù)[3]。

到了70年代，隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備的成本開始下降，使得交互式繪圖系統(tǒng)開始為美國工業(yè)界廣泛使用。之后PC機(jī)的出現(xiàn)讓CAC技術(shù)走上了迅猛發(fā)展的道路。Versa CAD公司推出了強(qiáng)大的CAD軟件功能，但其昂貴的價(jià)格使得該軟件并沒有得到普及。到如今，CAD技術(shù)開始廣泛應(yīng)用到電子、機(jī)械、運(yùn)輸及航空等各個(gè)部門之中，而且隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，CAD技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷延伸[4]。

（2）CAD系統(tǒng)的組成

CAD系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，在硬件系統(tǒng)方面，它包括工程項(xiàng)目工作站、PC（個(gè)人計(jì)算機(jī)）、圖形輸入輸出設(shè)備等。在軟件系統(tǒng)方面，它主要包括CAD軟件設(shè)計(jì)和相關(guān)的輔助設(shè)計(jì)模型。CAD軟件主要包括三類，即交互式圖形顯示軟件、CAD應(yīng)用軟件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理軟件。輔助設(shè)計(jì)模型則是幫助提高零件設(shè)計(jì)效率的標(biāo)準(zhǔn)件庫。而不同的CAD繪制內(nèi)容，可能會(huì)導(dǎo)致多種CAD系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，影響正常工作，所以此時(shí)就需要能夠統(tǒng)一配置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源庫進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用及應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用

一方面，CAD的應(yīng)用有助于促進(jìn)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)一體化的實(shí)現(xiàn)。CAD廣泛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，極大地縮短了設(shè)計(jì)周期，實(shí)現(xiàn)了對成本的有效控制。另一方面，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域引入CAD技術(shù)，受現(xiàn)代化理念的影響，極大地增強(qiáng)了機(jī)械產(chǎn)品的立體感，有利于開拓設(shè)計(jì)人員的思維，激發(fā)創(chuàng)新靈感。

（2）CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。

①二維繪圖。這是最常見的應(yīng)用，用來代替手工繪圖。

②圖形級符號庫。將復(fù)雜圖形分解成多個(gè)簡單的圖形與符號，先存放在庫中，需要時(shí)可調(diào)出，通過編輯修改后插入其他圖形中，從而使圖形設(shè)計(jì)更加快捷方便。

③參數(shù)化設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)化的零部件的尺寸參數(shù)需經(jīng)常變動(dòng)，此時(shí)可通過參數(shù)化設(shè)計(jì)新建圖形數(shù)據(jù)庫，調(diào)出后輸入新的尺寸即可生成新圖形。

④三維造型。應(yīng)用實(shí)體造型方式設(shè)計(jì)零部件的結(jié)構(gòu)，通過消隱及著色處理后可顯示物體的真實(shí)形狀，同時(shí)可作裝配與運(yùn)動(dòng)仿真，以便觀察是否有干涉現(xiàn)象。

⑤工程分析。應(yīng)用較為廣泛的有有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)工程分析。

3.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

（1）CAD技術(shù)在零件裝配圖實(shí)體生成中的應(yīng)用

基于CAD技術(shù)的三維建模方法有三種，第一種是線框模型，第二種是表面模型，第三種是實(shí)體模型。大多數(shù)擁有實(shí)體模型的CAD軟件中，基本上都包含一些基礎(chǔ)體系，供機(jī)械設(shè)計(jì)者選用，可減少基礎(chǔ)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率。對于一些較為復(fù)雜的零件，也可將其分解成一些基本體，再通過三維實(shí)體造型對其進(jìn)行布爾運(yùn)算，計(jì)算后即可得到零件具體三維模型。

（2）基于CAD技術(shù)的模具集成制造

事實(shí)上，一個(gè)較為完善的CAD系統(tǒng)本身就是由許多個(gè)模塊有機(jī)結(jié)合、共同作用而成，而這些模塊要發(fā)揮作用及在工程中具體應(yīng)用，都要以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在工程數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理下，通過CAD技術(shù)，便可進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)與制造。

4.CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展展望

對于機(jī)械制造企業(yè)來說，要想在激烈的市場競爭中占有一席之地，保持競爭優(yōu)勢，就要提升機(jī)械零件設(shè)計(jì)水平，提高自主創(chuàng)新能力。從某種程度上說，機(jī)械制造企業(yè)要擁有強(qiáng)大的競爭力，必須有先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)水平與創(chuàng)新能力。站在長遠(yuǎn)角度看，對于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，二維向三維的過渡十分必要，而在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中引入先進(jìn)的CAD技術(shù)也是發(fā)展必然。

5.結(jié)語

CAD技術(shù)能夠幫助人們根據(jù)自己的想法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，使頭腦中的立體結(jié)構(gòu)可以通過計(jì)算機(jī)的輔助轉(zhuǎn)變?yōu)槿S實(shí)體造型。通過CAD技術(shù)，能夠進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析，更好地幫助設(shè)計(jì)人員完善設(shè)計(jì)方案，使之更為科學(xué)化。從機(jī)械制造的發(fā)展形勢看，CAD技術(shù)必然會(huì)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]張夕琴.CAD，CAE技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.裝備制造技術(shù)，20ll，19（10）：50-52.

[2]肖勁，王磊.Auto CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與發(fā)展[J].煤炭技術(shù)，2013，32（4）.

[3]謝新兵.基于CAD/CAM的雙圓弧弧齒錐齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化建模與設(shè)計(jì)[D].天津工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]胡莉萍.CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].煤炭技術(shù)，2012，31（11）.

基金資助：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度青年專項(xiàng)資助課題（項(xiàng)目號：XJK013QGD010），2013年全省普通高校實(shí)踐教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目“機(jī)械類專業(yè)校企合作人才培養(yǎng)基地”（項(xiàng)目號：湘教通[2013]295號）