漫谈漫谈 cad 在机械设计中的作用在机械设计中的作用摘 要CAD 技术突飞猛进的，为机械制造业提供了强大的技术支持。从 CAD 的概念及、CAD 技术在机械设计中的优点、CAD 技术在机械设计中的不足、CAD 技术的发展趋势、CAD 技术应用的现状、三维 CAD 技术应用的几点思考这几个方面对这个进行了论述，提出了一些思考。关键词：关键词：CADCAD；机械设计；应用；机械设计；应用目 录引言 31 CAD 技术在机械设计中的优点 41.1 符合人的思维过程 41.2 缩短了机械设计周期 41.3 零件设计和修改非常方便 41.4 在装配环境中装配零件方便直观 41.5 提高机械产品的技术含量和质量 52 CAD 技术在机械设计中的不足 53 CAD 技术的 发展 趋势 54 CAD 技术应用的现状 65 三维 CAD 技术应用的几点思考 75.1 掌握和运用 3D 设计软件是有难度的 75.2 任课教师本身的水平和经验不够，这可能是教学中最致命的问题 75.3 学校实训设备问题 86 从三维开始设计是必然趋势 8结论 11谢辞 12参考文献 13引引 言言计算机辅助设计技术也称为 CAD 技术，是英文 Computer Aided Design 的缩写，它是指在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实用技术的总和。CAD 技术领域很广，用的最为广泛的是二、三维的几何形体建模、绘图，各种机械零部件的设计、电路设计、建筑结构设计、力学分析等等。计算机辅助设计作为一门学科始于 60 年代初，一直到 70 年代，由于受到计算机技术的限制，CAD 技术的发展很缓慢，进入 80 年代以来，计算机技术突飞猛进，特别是微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了 CAD 技术的发展，CAD 技术已进入实用化阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。在工业化国家如美国、日本和欧洲，CAD 已广泛应用于设计与制造的各个领域如工程建筑、装饰、机械、电子、汽车、造船、航天、服装、玩具等行业，实现了 100%的计算机绘图。CAD 系统的销售额每年以 3040%的速度递增，各种 CAD 软件的功能越来越完善，越来越强大。国内于 70 年代末开始 CAD 技术的大力推广应用工作，已经取得可喜的成绩，CAD 技术在我国的应用方兴未艾，出现了以中望 CAD 为代表的国产 CAD 软件群体。1 CAD 技术在机械设计中的优点1.1 符合人的思维过程机械设计师在设计时总是先构思后表达，由于脑海中构思出的产品形状是三维的，因而直接建立反映产品真实几何形状的三维实体模型是理想的表达方式。这可使机械设计师更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示，符合机械设计师的创新意识，有利于设计的连续进行。由于 CAD 三维设计得到的三维立体图具有直观、易于理解等特点，不仅能促进机械设计师的思维深入，有利于设计的扩展，而且也便于与他人进行交流。1.2缩短了机械设计周期CAD 三维机械设计有利于解决复杂的几何造型问题。它可以由简单几何实体通过布尔运算等功能组合出各种复杂的几何实体，并能自动生成相贯线和截交线，大大减轻了设计工作量，缩短机械设计周期近 1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维 CAD 系统进行新机械的开发设计时，只需对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，三维 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。1.3零件设计和修改非常方便使用三维 CAD 系统软件，可以在装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，还可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。比如可以在装配环境中根据箱体的形状及其他的配合要求快速准确地设计出所需要的箱盖来。零件环境中有查找器，在完成机械零件造型时，资源查找器同时列出了完成该零件的所有命令，点击这些命令就可以很清楚地了解完成该零件的每个步骤，并利用资源查找器中的零件回放把零件造型的全过程通过动画连续地演示出来，使人一目了然。修改零件时，也可以点击资源查找器中相对应的命令来完成，更方便地是在装配环境中也可以进行零件的修改，即点击要修改的零件就可以进入零件环境来完成零件的修改。1.4在装配环境中装配零件方便直观运用不同的装配关系可以把各个机械零件装配起来。在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确或发生干涉，查找器即予以显示，同时可对零件的装配进行静干涉的检查，如果发现干涉就可及时对零件等进行修改，以保证设计的正确性。另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件后，可清楚地看到内部的装配结构。在整个机器或某个部件装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，对于在静态下不发生干涉而在运动中出现碰撞的也可检验出来，从而及时对设计进行更改，保证设计的正确性，避免了机械产品生产后才发现问题需要修改甚至报废。同时还可以进行运动仿真，能清楚地看到机器运动的全过程。直接在机上对设计出的零件进行虚拟加工和装配试验，检查零件加工工艺性和装配质量(有否干涉、松动等)，从而减少昂贵的产品试验模型费用。1.5提高机械产品的技术含量和质量由于机械产品与信息技术相融合，同时采用了 CAD 设计和 CIMS 组织生产，使机械产品设计有了新发展。三维 CAD 技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力等，保证了产品的设计质量。同时，大型数控加工手段较完善，再采用 CAD/CAPP/CAM 进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。三维机械设计不仅可以方便地描述对象的形状、大小和位置等几何特征，而且还可以赋予设计对象以颜色、纹理、体积、重心、惯性矩等多种信息，达到对设计对象几何形状确切的数学描述和工作状态的物理模拟，从而更充分、准确、全面、真实地表达设计者的意图。2 CAD 技术在机械设计中的不足（1） 把 CAD 技术作为取代图板的绘图工具，并未实现真正的设计。目前些单位用 CAD 三维软件做出的三维模型仅为效果图，并没有用在整体空间设计和受力 分析 ，还停留在平面设计上，只是把用手工出图转变为 计算 机出图的现状。当然计算机出图有很多的优点，例如美观、规范、修改容易、存档方便等。但是如果只停留在这个阶段，就失 去 CAD 的作用，因为 CAD 是辅助设计，不是辅助绘图。 （2）精通 CAD 技术的设计人员不足。三维 CAD 技术是一个复杂多变的系统，并不是每个设计人员都能掌握得很好，大部分人员没有受过专门的训练，对它的功能了解不够，他们完成的设计很可能不够完善。3 CAD 技术的发展趋势随着计算机性能的提高， 网络 通讯的普及化、信息处理的智能化，CAD 三维技术正向规范化、智能化、集成化的方向发展。 （1）规范化。 规范化(标准化)的趋势体现在几个方面：数据模型的规范化(标准化)、数据交换格式的标准化和 CAD 资源的规范化等。数据模型应采用 STEP 标准体系。随着 STEP 标准体系的逐步完善，它对于几何数据、工程数据模型的思想将作为新一代 CAD 系统的开发指南。靠以前的一些标准接口已经无法完全满足 CAD 数据交换的要求。目前，参数化特征模型的传输还是一个世界难题，在 STEP 标准基础上，相信这一点能有所突破。 （2）智能化。 特征造型和参数设计的采用即是智能化方面的进步。软件不仅仅是提供一些绘制的工具由人们去使用，也不再将占线面数据存储在一起，而忽略其内在联系。特征和参数的引入使得软件似乎成为人类(用户)一个更聪明的助手。CAD软件应该更大限度地将工程数据概念集成到数据模型中，例如目前，CAD 软件的特征模型主要是解决零件几何造型的 问题 ，而对于后续分析、CAPP 和加工的需要还考虑得不够。 （3）集成化。 集成化是当今 CAD 技术发展的又一大趋势。CAD 技术不是孤立的。首先，它集成了计算机软硬件、数据库、外围设备、图形学、网络及各个 应用 领域的技术。同时，它又不断和 CAM(计算机辅助制造)、CAPP(计算机辅助工艺流程规划)、MIS（管理信息系统)、PDM(产品数据管理)以及 MRP(制造资源管理)等系统相集成。由于 Internet 的发展，使得这些设想得以实现。如何构造在Internet 体系上的 CAD/CAM 集成化系统将会是人们追踪的热点。特别是在全球 经济 一体化的背景下，并行工程、异地设计制造等概念的发展和应用，基于网络、基于 WEB 的协同设计制造系统大受青睐。现在已有一些标准，如解决异构系统平台的 XML 和 XML-3D，以及解决三维图形、图像在互联网上传输共享的VRML 标准相继出台，已经为我们在互联网的构架下，建立协同设计和协同工作的环境打下了基础。4 CAD 技术应用的现状所有的设计都要画图，这是因为工程师无法完毅记住自己所作设计中的全部细节 (那怕是较简单的)， 用文字记载也不完整，因此图形表达就是唯一的方法。这些图首先是给设计者自己看，为了记住和研究设计构思:其次是给别的工程师看，为了互相讨论交流:最后是为了给制造者看，为了将设计意图变成实物。在设计的全过程中.原始构思是三维 (3D)实体，这也是毫无疑问的。但是，在传统的设计中，这两者之间的信息传递竟然完全依靠二维(2D)的图形表达。以 AutoCAD 为代表的 2D 图形数字化软件对于 CAD 技术在我国的普及应用起到了重要的作用，也为今天 CAD 技术的发展奠定了十分必要的技术基础。 然而 2D 机械 CAD 技术没能解决传统设计中的一些问题，对提高设计质量的作用有限，那么影响设计质量和效益的一些问题是什么?笔者认为有以下几点:1、复杂的投影线生成 对于绘制铸锻件毛坯的零件图，轮廓的相贯线和截交线画不明白，设计师常常在绘制 2D 图纸时相当头疼。 2、漏标尺寸，漏画图线 即使经过几个人的审校，漏标尺寸和缺少线条的现象仍时有发生。 3、应力应变分析 修改零件 (如连杆)的尺寸是很容易的，问题是怎么改。要修改必须进行力学分析，否则这个连杆断了怎么办?国外的产品设计小巧轻，而我们的同类产品设计却傻大笨重，且刚度不好。 4、数控加工处理 经常有这样的情况，按照国外的产品成型制塑料制品，一眼就看出来不一样。为什么?我们注塑模具没有给出足够的局部收缩鼻。在这些复杂的三维问题上，依赖传统的 2D 设计方法无法解决。 5、设计的更新与修改 CAD 应用中的设计工程管理工作也变得日益重要，有些 CAD 应用单位，已积累了成千上万张的图纸，而且在继续增多。这些文件中除了图形信息外，还有大量的设计参数等非图形信息，不仅要管理图形信息，还需要工具软件来处理这些复杂的设计参数管理问题。5 三维 CAD 技术应用的几点思考5.1掌握和运用 3D 设计软件是有难度的高职学生年轻，学得快