浅谈三维CAD技术在机械设计中的应用

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摘 要：由于社会主义市场经济发展速度不断加快，电子计算机技术也随之发展起来。在这个信息时代的社会下，电子计算机技术开始逐渐进入到人们的生活、工作、学习中来，电子计算机技术的广泛使用不仅有效降低了人们的体力消耗量，同时也缓解了人们的脑力消耗。文章对三维CAD技术在机械设计中的应用进行了探讨。
关键词：三维CAD技术；机械设计；计算机技术；机械CAD软件；车辆机械设计
进入新世纪以来，人们生活水平得到了有效的提升，计算机技术开始进入到人们的生活中来，同时也促进了三维CAD技术的今后发展。三维CAD技术不仅可以应用到机械设计领域，同时也涉及到建筑行业和医疗等多方面，但是在机械设计行业中发挥着重要的作用。因此下面将进一步阐述三维CAD技术在机械设计中的应用以及发展的方向。
一、三维CAD技术的概念
CAD技术中最重要的组成部分就是三维CAD技术。三维CAD技术主要是以三维模型作为模板，经历多年的研发才逐渐演变成现在的三维CAD技术。在进行三维CAD技术研发的过程中，只要将三维结构进合理地设计，那么在设计二维模型时，就提供了便利。三维CAD技术也叫做建模技术，三维CAD技术的功能包含在五个方面：第一，对三维造型进行合理的设计；第二，三维仿真功能；第三，具备图样档案统一收集和管理的功能；第四，可以将三维模型转换为二维模型的功能；第五，对机构运动进行充分分析的功能。为了保证三维CAD技术应用在各个领域中，使其功能得到充分的发挥，就需要满足两方面的需求：第一，几何图形的性能需求；第二，几何图形的烈性需求。三维CAD技术不仅可以满足设计师的想象力得到充分的发挥，同时也能激发设计师的创作灵感。三维CAD技术在机械设计中的应用，不仅可以使产品的虚拟设计和仿真设计呈现最理想的状态，同时也能有效地保证产品的设计的整体效果以及工程制图的整体效果。通过上文所述，使得我们充分地了解到三维CAD技术在机械设计中扮演着重要的角色。
二、三维CAD技术对机械设计的影响
（一）打造信息化的制造過程
随着信息化时代的到来，机械设计师可以借助信息处理技术来使机械设计具有数字化功能，同时借助三维CAD技术使得机械设计具有动态防震功能和虚拟组装功能。换句话说，在产品进行设计和生产之前，就根据不同的问题找出相应的解决对策，这样不但有效地提升了机械设计的整体水平和效果，同时也大大降低了设计上的时间成本。现在的机械设计具备制图功能，同时还具备四种现代化的功能：第一，虚拟制造功能；第二，智能化设计功能；第三，三维建模功能；第四，CAD/CAE/CAM集成功能。由于具备这四种功能，使得现在的机械设计呈现了设计与生产一体化发展趋势。
（二） 营造创新性的设计氛围
与传统的机械设计理念进行比较，在机械设计中应用三维CAD技术，运用新的技术理念和新型的设计体系，进而实现机械设计上的创新，创新后的机械设计不仅可以实现利用多种机构进行构架对比，同时也能借助新型的设计来激发设计师的创作灵感，进而保证设计师可以设计出与时俱进的优秀产品。
三、三维CAD技术在机械设计中的应用
（一）设计方案建模过程中的应用
三维CAD技术的主要优势就是可以更直观、更立体地将设计理念进行表达，因此三维CAD技术被广泛地应用到机械设计中。三维CAD技术在进行建模时，主要的建模方法有三种：第一种为框架建模法；第二种为表面建模法；第三种为立体建模法。根据不同的设计方案选择不同的建模方法。如果制作的是一些简单图形时，例如正方形、长方形、梯形等，可以利用三维CAD技术进行制作。如果绘制的是一些复杂的图形时，三维CAD技术可以利用布尔运算，将系统中具备的图形进行重新排列，遵循设计要求，并通过精细的计算，最终绘制出人们想要的图形，进而确保能够顺利完成建模。
（二）机械CAE软件的应用
机械CAE软件最重要的性能不仅是对产品的结构设计进行优化，同时也对设计图稿中的相关参数进行分析和比较，进而保证该方案具备一定的科学性和合理性。机械CAE软件同时也能对设计方案的合理性进行判断，进而保证设计方案的可实施性。在机械CAE软件中融入三维CAD技术，只能在建模之后才能充分发挥它的作用，再借助机械CAE软件对设计中的各个参数进行分析，进而保证设计方案成功执行。
（三） 车辆机械设计中的应用
三维CAD技术可以融入到车辆机械设计中来，例如在对农用收割机进行设计时，可以从收割机的轴流钉齿脱粒分离设备作为整个设计的始点，借助Motion works系统对其进行设计，并利用数控加工模块Cam works对收割机的轴流钉齿脱粒分离设备实现三维系统的处理，借助三维CAD技术对收割机的轴流钉齿脱粒分离设备进行合理的分配，通过对分配的各个环节进行合理的设计，从而将总设计方案成功地完成。
（四）检验机械零部件设计的应用
在进行机械产品中各个零部件的组装过程进行检查时，可以借助三维CAD技术中的数据播放功能对机械产品中各个零部件的组装过程进行播放，进而实现检验机械零部件设计的目的。与此同时，在进行机械产品中各个零部件的组装过程进行检查时，也可以借助三维CAD技术中的数据查找功能，使得对机械中不符合机械要求的个别零部件进行调整，以提升整个机械中零部件之间的默契度和配合度，进而减少由于零部件存在的问题而导致整个机械不能正常运作。在对机械零部件设计进行检验的过程中，应用三维CAD技术，不仅可以有效地确保整个机械产品的质量问题，同时也有效地减少了机械零部件设计进行检验的时间成本。
（五）在机械设计方案形成中的应用
当机械中的各个零部件设计完毕之后，需要将制作完成的零部件进行重新组装，并借助科学的手段进行排列组合，进而构建成一个优质的机械设计方案。因为三维CAD技术中含有数据采编的能力，因此在进行机械设计的过程中，设计师需要将原始的设计方案重新排列组合，进而实现一个单独的部件。若个别的零部件过于繁琐，那么在进行机械设计的过程中，设计师需要借助维CAD技术中具备的旋转功能来获得需要的新型部件，进而设计出一个比较科学合理的设计方案。这个设计方案不仅可以提高整个工程的工作效率，同时也能保证整个工程的工作质量。在对机械进行设计时，还不能忽略CAD/CAM软件开发系统的应用功能，CAD/CAM软件开发系统主要借助四种方式来对机械设计方案进行管理：第一，平面设计；第二，数据分析；第三，曲面造型；第四，立体构筑。借助这四种方式不仅可以有效地保证机械设计方案的成功完成，同时也能保证机械设计方案顺利执行。
四、三维CAD技术在机械设计中的优势
（一） 提高机械产品的质量和技术含量
在机械设计中应用三维CAD技术，不仅可以提高机械产品的质量，同时也可以有效地提升机械产品的技术含量。其中包含四个方面：第一，产品性能的优化；第二，可以实现产品的虚拟设计；第三，可以对产品的有限元受力进行充分分析；第四，具备运动方针。在现代化的机械设计中除加入信息技术以外，再加入一些三维CAD技术，这样可以有效地促进机械产品的今后发展。
（二） 促进零件的装配更加方便与直观
随着三维CAD技术的发展前景越来越好，设计师在对机械部件进行设计的时候，也应用了三维CAD技术，不仅可以完成设计时期的模拟装配工作，同时也可以完成设计时期的模擬运转工作，进而使得设计方案更符合实际需要。
（三）减少机械设计时间，提高机械设计效率
在机械设计中应用三维CAD技术的主要原因不只是三维CAD技术可以完成参数化设计，同时也可以完成变量化设计。不只是传统的CAD技术不能完成参数化设计以外，就连二维CAD技术也不能完成参数化设计。但是三维CAD技术不仅含有参数化设计模板，同时还含有变量化设计模板，因此机械中的各个零件可以根据实际的尺寸要求进行调整，进而达到理想的状态。除以之外，当机械中的各个零件的大小出现变动时，机械中的其他构造也会发生改变。机械设计中应用三维CAD技术不仅可以减少机械设计时间，同时也提高机械设计效率。
五、结语
由于三维CAD技术具备三种特性：第一种为直观性；第二种为安全性；第三种为立体性。因此三维CAD技术被各个领域广泛应用，尤其被广泛地应用在机械的制造产业中。它不仅可以在设计方案建模过程中进行应用，同时也能在机械CAE软件和车辆机械设计中进行应用。虽然三维CAD技术仍然存在着各种各样的问题，但是我相信，随着科技发展越来越好，三维CAD技术也会越来越完善，它可以给我国的机械制造业未来的发展奠定良好的基础。
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