改进的CAD技术在机械工艺设计中的应用

刘泽华

LIU Ze-hua

（北京邮电大学 自动化学院，北京 100876）

0 引言

人类在进化的同时就已经学会了使用工具，只不过是当时的工具的加工技术较为粗糙，而现在加工工具更具有科学性、实用性和细致性，但是两者的共同特性就是能够应付当时的生产与生活。正是因为社会的发展才带动了科学技术的发展，而机械的加工也伴随着科技的发展而在不断的更新换代中，CAD这款软件正是伴随着机械业的发展而诞生的，它使得原始的设计技术发生了巨大的变革，使得设计工作由原来的“被动式”变为了“主动式”，机械设计人员的工作负担也得到了降低。经过了二十多年的发展与多次的升级改版，它已经成为了一款更为成熟与易用的软件。现在这款软件已经涉及到了机械设计、土木建筑设计、电子电路设计、测绘、工业设计、包装与服装设计、绘制军事地图等领域。

产品最终的销量与产品的设计有着很大的关联，是整个产业链中比较重要的一个步骤，可以决定产品的形状、成本等各个方面。随着步入21世纪，对于CAD技术的要求已经远远不止在初值的设计和数值的运算上面，而是要更加注重图像的立体与智能，将基本的CAD技术进行改造，使之具备更加新颖和广泛的发展方向，是适应市场变化等各种新时代的要求，针对CAD技术本身具有的优势和劣势，本文将重点阐述一下改造后的新技术在机械方面的应用。

1 CAD技术简介

CAD技术是由美国Autodesk公司研发的一种应用型的软件，主要针对图像的设计，利用计算机简便地形象地绘画出图像，正是由于在计算机上进行操作，因为可以简单地进行修改，同时这种结构体系对外开放的程度又十分的高，故掌握起来也相对地方便，设计人员的操作也更加地便捷，因此它很快成为设计领域必备的技术之一，受到了广大设计人员的喜爱。CAD主要的三维技术建模方法有三种，分别是线条、构架和表面，同时在这个实体构架模型中的主要体系有下面四种，分别是立法体、球体、圆椎体和楔形体，因此对于复杂的建筑物体可以进行分体，将其改造为各种简要的体系，然后再进行三维体造型，最后通过各种运算，就可以构造出各种三维模型。同时也可以通过各种截面的轮廓进行虚拟化地拉升和旋转，就可以得到全新的基本体，然后在通过各种机械运动将其分析，按照特定的位置进行装配，从而实现CAD技术的三维编辑功能。

从上面的三维CAD系统技术可以看出，CAD技术主要具有的优势在于，可以根据整个环境中的设计、位置以及形状对应地相仿地构造出其他的零件，使之与其他零件相一致，这样就不会导致整个装置的设备被一个单独的零件所破坏，且在这个装配的过程中，也可以根据不同的要求将不同的零部件进行隐藏或者显示，来突出各个零件之间的关系，清晰化内部的结构，同时在整个设计过程中也可以进行动态演示，这样就充分使得设计过程也呈现动态化，非常地清楚，一目了然，这种即使出现错误，也能在产品生产之前就发现，及时修改设计，不会增加成品的成本。

从上面的说明可以看出虽然CAD技术有着非常优越的应用优势，但是目前许多的单位往往利用CAD技术做出的模型仅仅是效果图，没有从整体上进行分析和考虑整个空间的设计，单纯地停留在平面的设计上面，实现的是从图纸转化到计算机屏幕上，没有真正地实现CAD的作用，只是成为了一种辅助设计的工具。同时，通常使用CAD技术的人员对这个技术也没有一个十分全面的了解，更多的深层功能没有挖掘出来。

2 改进的CAD技术在机械工艺设计中的应用

当然随着科学技术的不断发展，制造行业的产生技术也在不断地提升，因为普通机床、数控机床和加工中心的构造正不断地发展，必然要求CAD技术不断地进行更新，从传统简单地制图发展到现今数值化、智能化和高度化的技术，如今已经出现了各种CAM、CAE等衍生的技术，或者将两种技术相兼容的新技术，其中CAD/CAM技术就是一种必然产生的新技术，它通过知识化和信息化先搭建起一种设计仓库，而这种仓库可以及时地向设计人员提供准确的产品开发技术和知识，达到了智能化地帮助设计人员进行设计方案，充分地理解画图人员的意图，从而可以自动地检测错误率，通过推理功能为设计人员提供更好的设计方案，同时也将创新意识融入到了设计功能中去，科学地指导人员利用这种改进型的CAD技术进行设计，智能化地设计出新产品、工程和系统，使得产品的设计过程更具有即时性，也十分符合机械工艺的发展方向和要求。

由于一个完整的CAD/CAM软件系统具有的功能十分地完善，克服了原有CAD技术功能的缺陷，充分保证机械工艺的操作流程，故在这个方面的应用比较有优势。众所周知，机械工艺接触的零部件比较多且杂，形状各异，而这种改进型的CAD技术可以通过曲面造型和仿真模拟在三维上展示每一个零部件的形状和构造，且形象清晰。因为在构造机械整体时也要充分地考虑各个部件之间的感应力，就可以通过分析有限元之间的受力来进行优化设计，再结合虚拟的运动仿真，就可以使得机械各个部件得到进一步的完善，使得一致性保持的非常良好。同时这个软件是以工程数据库为基础，同信息技术相融合，这种方式可以实现技术实体的共享，保证工程数据的完整性。再有就是这种改进技术在机械工程上面的改造可以采用许多先进技术进行分析，像是工程数据、强度设计和寿命评估等，就可以使得CAD技术在解决原有的实体构造的问题之后，就可以使用CAE技术进行合理性、强韧度、材料组成和碰撞问题上的动态分析，这样就可以保证成本控制在计划之内，使得设计人员容易学会，在机械工艺上的实用性非常的强。且不同的CAD/CAM软件可以针对不同的机械工艺实现针对性的设计，实现机械工艺上的计算机辅助工程分析、设计、管理、计划与控制，使得机械工艺上的技术实现高度地集成,实现设计制造及生产管理的一体化。

在应用这种改进的CAD技术的实践过程中，可以看出机械设计时间就将近减少了1/3,很大幅度地提高了整个机械产品的设计和生产效率。同时在使用这种改进的CAD技术系统对新机械进行开发设计时,只需要考虑其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3～5倍。同时,改进的CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。

3 结束语

CAD/CAM技术是在原有CAD技术上进行的改进，这种改进技术使得传统的计算机画图更加智能化和科学化，更能适应现代机械化的设计和加工过程，保证了机械加工的准确性和精度，使得零部件的设计更加地细致。虽然现在我们国家在CAD技术领域上虽然还没达到世界化的尖端水平，但是随着科学技术的不断进步，通过在机械工艺上面的应用显示出将来会有更多的改进技术将会应用到很多的方面，且涉及的深度还会更广。

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