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摘要：当前，随着我国现代化科技的不断发展，CAD技术正逐渐朝着三维方向发展，同时在机械设计领域起了十分大的作用。由于传统的机械设计方法在实际操作与设计时，需要花费大量时间与精力，耗费的成本普遍比较高。而三维CAD技术的应用可以大大缩短整体设计时间，节省人力与材料浪费，进而可以有效的降低资本，更重要的是，用三维CAD设计，立体化更强，更容易检查出结构错漏与便于修改，进一步提升了整体的设计水平。为此，本文就三维CAD技术在机械设计中的优势、应用及其发展前景进行了论述。
关键词：机械设计；三维CAD技术；优势；应用；发展趋势
1.三维CAD技术在机械设计中的应用优势
1.1便于零件设计
传统的绘图方式有限，当我们想要表达一个零件时，往往只能通过投影绘制出标准的二维三视图，不能把心中设想的零件用立体图形表达出来。而三维CAD设计软件轻易就解决了这个问题。运用三维CAD设计软件对机械的新零件进行设计，可以准确地设计出与原机械设备相匹配的零件，还能对零件装配进行模拟，从而预防由于单独设计零件的出错而造成无法装配的情况。这样不仅提高了设计效率，还保证了零件配合的精确性。
1.2缩短机械设计周期
从上述分析可知三维CAD技术的运用可以有效提高零件设计效率。同理，可以把三维CAD技术运用于机械整体设计，这样就可以大大缩短设计周期，提升设计生产的总体效率。另外，通过三维CAD技术开发设计新的机械设备时，有很多标准零件是可以借用的，这样就只需重新设计部分非标零件即可。这样的设计方式不但减轻了设计人员的负担，而且可以使机械设计效率提升三到五倍。
1.3方便进行零件的检查及修改
由于三维CAD的立体化，能让设计者更加清楚看到零件的结构和机械整体的装配情况。干涉是机械零件装配最忌讳的错误，而三维CAD软件里有个检测装配是否干涉的功能，设计者可以在设计的同时对零件进行检查，发现错误便可立即进行修改，这样就能最有效地避免产品进入实物装配阶段时才发现问题，从而导致生产延误。另外，还可以通过动画形式将零件与零件间的配合运动演示出来，让需要了解该产品的人员能够一目了然。
2.三维CAD技术在机械设计中的应用
2.1零件的实体建模
为了便于观察或出图效果需要，三维CAD模型可以调整为线框模型、表面模型和实体模型。在实体建模功能中，可以采用不同的方法进行三维实体造型，可以先画出草图再进行旋转，拉伸等命令；也可以使用原本有的建模体系如：方体、球体、圆柱体等进行堆砌。针对相对复杂的零部件，可以把它拆分为若干个基本体，再进行三维实体造型，之后对其进行求交、并、差等布尔运算，以此来得到实体模型。例如下图1中机械零件的设计，按照二维图纸我们可以将其拆分成3个部分进行绘制，然后再通过求和的方式将其组合成一个整体。
图1
2.2零件与装配图的生成
三维CAD技术2D和3D之间可以相互转换。用三维CAD软件对3D模型进行2D制图，可快速、准确地绘制出2D图型并且进行尺寸标注、技术要求编辑和尺寸更改等。避免了传统2D图纸手工绘制的繁琐和耗时。
2.3模具CAD/CAM的集成制造
如今制造业都提倡智能化、一体化，从而提高工作效率，减少成本。随着社会的不断进步，生产制造业的技术水平也在逐步提高，从最开始的人工设计制图到二维、三维软件的出现且推广应用，从普通机床的人工加工，到加工中心、数控机床与智能机器人、机械手的转变，我国的生产制造业正在向网络化与数字化方向转变。与此同时，模具CAD/CAM技术与激光快速成型技术代表着科学技术的发展趋势。一个完整的CAM/CAD系统包括曲面造型、仿真模拟、三维绘图、数控加工、动态显示等功能，这些功能模块构成了软件系统，它们以工程数据库为基础，对数据进行综合处理。
2.4零部件的有限元分析与优化设计
在进行机械设计时，设计者往往需要同时考虑其所设计产品的
各项性能，如：受力变形程度、热应力耦合、震动、应力集中等。而这些性能分析，我们都可以运用三维CAD软件来实现。设计者在三维CAD里将零件经三维造型参数化设计后输入到有限元分析软件中，软件会自动生成有限元网格并对零件进行相应分析及形状优化，同时还可进行不同工况的比对。这样设计者就可以清楚地了解到自己所设计的机械存在的问题，并且可以根据分析结果对设计产品进行修改和优化。
3.机械设计中CAD技术的发展趋势
3.1系统化
计算机辅助设计资源的系统化，交换格式的规范化和数据的标准化。数据模型设计最为主要运用的是STEP系统，伴随着这个系统的标准不断地快速发展以及完善，在它设计工程以及集合数据模型的想法逐步的成为三维CAD设计系统的重点实验对象。
3.2集成化
三维CAD设计不仅仅是运用一个系统的问题，在进行三维设计时，还会涉及到计算机信息数据库、软件、硬件以及图形图像处理等软件的运用。它与计算机的辅助设计、辅助工艺流程策划以及产品数据管理等关键性系统都是相互辅助的。随着这样的发展速度，如何在Internet上面构造三维CAD集成化系统会是未来的着重关注对象，异地设计三维图案、协调设计以及并行工程等新概念会逐渐的发展，运用到实际生活中。
3.3智能化
三维CAD设计的智能化体现在三维CAD可实现参数化和计量化设计。新产品的设计往往要进行多次修改，并通过进行形状和尺寸的整体协调优化才能成形，传统的设计即使是二维的设计软件也是无法实现基于装配环境的参数化设计的。这就必须依赖于三维软件的参数设计以及造型特征的应用。而随着三维软件的功能不断强大，它将会被运用到更多场合。
结束语：综上所述，随着信息化技术的发展，计算机辅助设计在机械设计领域会得到越来越广泛的使用，而三维CAD技术广泛用于机械设计将是未来发展的趋势，它也是企业在竞争市场中取胜的关键。随着三维CAD技术快速的发展，其必定能适应现代机械设计的要求，从而为机械设计提供必要的技术支撑。
参考文献
[1]王利华，张振宇.CAD在机械设计中的应用现状与发展趋势[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2006，4.
[2]李银玉.三维CAD技术在机械设计中运用[J].科技资讯.2012.
[3]刘小雄.三维CAD技术在机械设计中应用探讨[J].科技创新与应用.2013.
论文作者:罗云
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
标签：零件论文; 机械设计论文; 技术论文; 软件论文; 设计者论文; 实体论文; 模型论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;