黃波平

（湖南電器檢測(cè)所有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)和新設(shè)備被廣泛應(yīng)與各行各業(yè)，推動(dòng)了人類文明的不斷發(fā)展。當(dāng)前，利用計(jì)算機(jī)的某些軟件，可以對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、顏色以及外形等進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，一定程度上解決了機(jī)械設(shè)計(jì)工作相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的智能化發(fā)展。因此，研究分析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述

所謂計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，就是在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，將一些復(fù)雜性的人工難以完成的設(shè)計(jì)工作，轉(zhuǎn)化成數(shù)字、圖像等格式，利用計(jì)算機(jī)的軟件，輔助相關(guān)設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)工作。常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)包括圖形變化技術(shù)、實(shí)體造型技術(shù)、交互技術(shù)等，并在圖形輸入板、掃描儀等硬件設(shè)備的支持下，完成各類機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型制作。該技術(shù)的應(yīng)用，不僅縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間，而且對(duì)機(jī)械設(shè)置的質(zhì)量和效率都有促進(jìn)作用。

在機(jī)械工程當(dāng)中，機(jī)械設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)。而相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)產(chǎn)品本身的實(shí)際要求，來(lái)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的機(jī)械制造完成圖像化的描述。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)相關(guān)工作者的理論知識(shí)能力、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及創(chuàng)造性都有著較高的要求。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，均依靠人工來(lái)完成所有的模型設(shè)計(jì)，需要消耗大量的人力和時(shí)間，而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，可以利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，建立機(jī)械產(chǎn)品相關(guān)的模型，并完成對(duì)產(chǎn)品性能和參數(shù)等方面的分析和研究，有助于幫助相關(guān)設(shè)計(jì)人員不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，節(jié)省機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間。

2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

為了提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須重視實(shí)踐與理論相結(jié)合的原則，尤其是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，有助于幫助相關(guān)設(shè)計(jì)人員更全面的對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行掌控，其主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，不僅要求其具有較高的硬度，而且還需要滿足不同的性能要求。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，可以利用軟件對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的有限元受力情況展開(kāi)分析，便于設(shè)計(jì)人員掌握機(jī)械產(chǎn)品的受力情況，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，確保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)符合客戶對(duì)其性能的要求。

2.2 便于觀察裝配零件

機(jī)械產(chǎn)品并非單獨(dú)的個(gè)體，而是由很多個(gè)零件組合而成，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在完成組裝之前，很難對(duì)組裝后的效果進(jìn)行預(yù)計(jì)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以通過(guò)軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)功能，完成某些零件的虛擬組裝，通過(guò)對(duì)零件裝配后的效果進(jìn)行觀測(cè)，便于設(shè)計(jì)人員修改不合理的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也減少了產(chǎn)品試驗(yàn)的時(shí)間和費(fèi)用支出。

2.3 提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的速度

傳統(tǒng)的人工繪制方式，即便是在較為簡(jiǎn)單的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要消耗大量的時(shí)間，不利于產(chǎn)品的后期生產(chǎn)。尤其是一些復(fù)雜的零件，在人工設(shè)計(jì)過(guò)程中很容易出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致產(chǎn)品性能方面存在問(wèn)題，需要反復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)二維繪圖以及三維設(shè)計(jì)的方式，給相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供了極大的便利，在縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)的修改流程。

2.4 設(shè)計(jì)修改更加方便

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，很難通過(guò)一次設(shè)計(jì)，就能滿足客戶對(duì)產(chǎn)品性能的要求。往往在設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)零件設(shè)計(jì)出錯(cuò)，不滿足有關(guān)要求的情況，需要對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要重新繪制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙，耗時(shí)耗力。而采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，可以將零件的設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為若干個(gè)不同的階段，通過(guò)對(duì)不同階段的調(diào)整，糾正其中存在的錯(cuò)誤，簡(jiǎn)化了機(jī)械設(shè)計(jì)修改的流程，提高了相關(guān)設(shè)計(jì)人員的工作效率。

3 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 二維繪圖

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，基礎(chǔ)的工作時(shí)就是進(jìn)行產(chǎn)品的二維繪圖，而這一過(guò)程大多依靠相關(guān)設(shè)計(jì)人員手工繪制完成，一方面消耗大量的時(shí)間和人力，另外一方面如果在繪制過(guò)程中，出現(xiàn)差錯(cuò)，整張圖紙的繪制將前功盡棄，需要重新繪制。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件（例如CAD軟件、PROE軟件等）為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了二維繪圖的功能，可以利用計(jì)算機(jī)軟件，幫助設(shè)計(jì)人員完成大多數(shù)的設(shè)計(jì)操作，同時(shí)還可以提供一些建議，極大的降低了繪圖的時(shí)間和工作量，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，保障了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.2 三維設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)而言，就是利用簡(jiǎn)單的幾何結(jié)構(gòu)完成復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程。而產(chǎn)品都是三維的，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙大多是二維的，不利于設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤問(wèn)題。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了三維設(shè)計(jì)功能，可以幫助相關(guān)設(shè)計(jì)人員更清晰、更直觀的了解機(jī)械設(shè)計(jì)的效果，并利用零部件模擬組裝功能，可以幫助設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，從而采取有效的技術(shù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，甚至可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的性能的優(yōu)化。

3.3 圖形符號(hào)

計(jì)算機(jī)輔助軟件擁有符號(hào)編輯數(shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員無(wú)需枯燥的對(duì)每一個(gè)基礎(chǔ)符號(hào)進(jìn)行繪制，只需要在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，從符號(hào)編輯數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取所需的基本符合元素，就可以完成相關(guān)部位的設(shè)計(jì)，而且還可以根據(jù)實(shí)際情況的不同，借助一些工具對(duì)其進(jìn)行微調(diào)，包括放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等，極大的提高了設(shè)計(jì)工作的效率。

3.4 逆向工程

所謂逆向工程，就是可以對(duì)已經(jīng)組合在一起的實(shí)物，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行拆分，從而對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)了解，獲取組成產(chǎn)品的各零部件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，為產(chǎn)品的升級(jí)優(yōu)化提供服務(wù)支持。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)可以建立與產(chǎn)品相關(guān)的虛擬模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換，獲得組成產(chǎn)品的各零部件的幾何參數(shù)，然后基于當(dāng)前產(chǎn)品性能的要求，對(duì)部分關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終獲得滿足客戶要求的產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)方案。

3.5 零部件觀察

對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，其由多個(gè)零部件裝配而成，而零部件結(jié)構(gòu)的不同，所采用的裝配技術(shù)工藝也不盡相同，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供了零部件觀察功能，可以借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)不同的裝配工藝進(jìn)行演示，相關(guān)工作者只需要從中選擇最佳的設(shè)計(jì)組合方案，不僅有助于提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，而且縮短了零部件裝配的成本支出。

3.6 汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

對(duì)于汽車而言，它是人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ咧?，其產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系著人們出行的安全。而汽車又是由多個(gè)不同的零部件組合而成，在汽車生產(chǎn)制造過(guò)程中，引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

以汽車覆蓋件的設(shè)計(jì)為例，其滿足了人們對(duì)汽車外形的個(gè)性化追求，也保護(hù)了汽車的重要部件的安全。因此，在對(duì)其進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需要確保其具有強(qiáng)大的功能，而且還要大方、美觀，滿足人們的審美要求。傳統(tǒng)的汽車覆蓋件在設(shè)計(jì)時(shí)，大多依靠實(shí)物模型來(lái)參考設(shè)計(jì)，很容易因?yàn)閷?shí)物模型變形、設(shè)計(jì)誤差等問(wèn)題，導(dǎo)致最終的覆蓋件設(shè)計(jì)質(zhì)量無(wú)法到預(yù)期的精度和質(zhì)量。

因此，在汽車覆蓋件設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)CAD技術(shù)的應(yīng)用，可以在設(shè)計(jì)覆蓋件實(shí)體模具之前，先對(duì)數(shù)控刀具的具體路徑進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，通過(guò)模擬加工過(guò)程，驗(yàn)證汽車覆蓋件的加工可行性。從而確保汽車覆蓋件的最終設(shè)計(jì)滿足產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日漸復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方式已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)大大簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)計(jì)的流程，縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了相關(guān)工作者的設(shè)計(jì)質(zhì)量，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和推廣。當(dāng)前，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)方面，我國(guó)尚處于起步階段，仍存在一定問(wèn)題限制了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用，因此，設(shè)計(jì)人員必須積極學(xué)習(xí)，吸取國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。