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探讨CAD技术在机械设计中的应用

2020-03-02王峰

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本文首先介绍了现代机械设计的基本要求,然后对CAD技术进行了简要概述,接着分析了将CAD技术应用于机械设计中的优势,进而指出了现阶段CAD技术在机械设计中的具体应用。
1 前言
 
       如今CAD已经被纳入高校设计类学科中,且是必修学科。主要教学目的是为帮助学生进行设计工作。传统的设计教学需要对计算机类不同的方案进行具体问题集体分析,从而决定最优方案。而CAD可直接将草图变成工作图,且由计算机就能进行设计结果分析。因此,现今的CAD受到各个领域的设计人士喜爱。机械设计对其工作原理,运动方式等多种传递方式需进行具体分析计算,才能确保机械制造得以正常运转,其计算过程需十分系统化,且仔细。由此可见,CAD基于机械设计而言,能最优化的做出设计方案,且保证正确率。
 
2 现代机械设计的基本要求
 
       虽然我国机械行业各类产品的种类繁多,各种组合琳琅满目,但不管是哪种机械产品,本质上,其在设计的基本要求方面都有内在联系,具体可以从以下几个层面来解读:首先,所有机械产品的设计都是建立在满足预定功能的前提下进行的,也就是说,通过机械设计使机械产品按照预期的技术要求,来完成各种预定职能;其次,在机械设计过程中,要考虑机械产品制造的工艺要求,具体来讲,就是要减少零配件的数量,且尽量用标准件生产,以便于后期的组装和维修;最后,在机械设计中要考虑经济性,尽量降低机械产品的制造成本和对环境和资源的损耗。
 
3 CAD技术在机械设计中的优势
 
       3.1 缩短了机械设计周期
 
       采用CAD技术可以大大缩短机械设计周期,显著提升机械设计的效率。使用CAD技术可以只针对其中的部分零件进行重新设计与制造,而大部分的零部件设计都将保持不变,从而提高了机械设计的效率。
 
       3.2 使得机械零件设计更加便捷
 
       利用CAD技术可以在装配环境中设计新的零件,也可以通过零件的相邻零件的位置、状态、特征来设计新的零件,快捷、高效,全面保证了新的零件与相邻零件的精准配合,避免了单独设计零件而可能出现的装配误差。例如,可以在装配环境中根据零件箱体的形状与其他配合要求快速的获取设计所需要的箱盖。
 
       3.3 修改机械零件便捷
 
       CAD技术中拥有查找器功能,在完成机械零件设计造型时可以通过资源查找器来列出完成该零件设计过程中完成的所有指令,分别点击不同指令就可以清晰的了解零件在设计过程中所完成的步骤。并且使用资源查找器中的零件回放功能中真实再现零件造型的全部过程,通过真实形象的动画再次检查核实零件的设计过程。另外,也可以通过点击资源查找器中相对应的命令来完成。
 
       3.4 提升机械产品设计的质量
 
       CAD技术运用了先进的设计方法,通过优化有限元受力分析的方式来保证产品设计质量。同时,利用数控加工手段还可以使用CAD、CAPP、CAM等方式来对零件进行加工,以强化一致性,提升产品质量。
 
       3.5 装配零件更加直观
 
       利用CAD技术中的资源查找器功能可以查看到机械零件的装配路径,得知零件之间的装配关系。如果装配错误或出现矛盾,查找器则会显示错误提示。同时,可以对机械设计中的零件装配情况进行核实检查,如果发现问题则可及时对零件以及零件装配进行修改,以保证机械设计的正确性。利用CAD技术还可以根据设计需求来隐藏零件展示。在隐藏现实外部零部件后则可以清晰的看到内部的装配零件与结构,以便对机械设计内部进行调整。在完成机械部件的装配模型后还可以根据设计需求进行运动演示,对于具有运动行程标准的可以检验其是否达到相关要求。也可以对于静态环境下处于正常状态,而运动中可能出现的碰撞也可以精准的检验出来,进而及时的对机械设计产品进行调整修改,以保证机械设计产品的精确度。
 
4 CAD技术在机械设计中的应用
 
       4.1 CAD技术在机械设计中的功能应用
 
       (1)零件与装配图生产零件实体建模。CAD建模方式主要分为三种类别,分别为线框建模、表面模型以及实体模型。在CAD技术中存在众多能够实现实体建模的CAD软件的常用基本体系。例如,常用的AutoCAD的实体造型模块中就拥有立方体、球体、圆柱体、环状体等不同体系。针对简单的零部件可以对其进行深入的结构分析,并且利用“交、并、差”布尔等运算方式来获得所需零件的实体造型。对于复杂的零件改造过程由于其本体难以全面细致的拆分开来,因此基本的CAD体系难以满足机械实体造型的更高要求。然而,可以在二维几何元素构造中定义零件的截面轮廓,进而在实体造型中通过拉伸、旋转、缩小、放大等处理来获得新的基本体,并且通过“交、并、差”布尔等运算方式来获取所需零件的实体造型。
 
       (2)机械设计零部件检查。利用CAD技术可以在装配环境中设计新的零件,还可以通过相邻零件的区域位置来设计出新的零件,方便、快捷、高效,避免了独立设计零件而出现的设计不匹配的情况。CAD技术中资源查找器的零件回放功能还能够再现零件造型的过程,以便更好的对零件进行检验。CAD技术在进行机械设计的过程中与人的设计思维习惯与设计方式更加匹配,整个设计过程可以在模型中完成。
 
       4.2 CAD技术在机械设计中的具体应用
 
       (1)CAD技术在机械建模进程中的应用。CAD技术可以使得机械设计过程变得更加形象,其可以被广泛运用在机械建模过程中。CAD技术能够灵活的完成机械设计所需要的椭圆形、圆形以及圆柱体。假如机械设计中涉及到结构较为复杂的形状,则需要利用布尔运算,将计算机系统中自由的图形进行排列设计,结合机械设计的具体情况来进行布尔运算,以提升机械设计的效率与准确度。
 
       (2)CAD技术在机械CAE中的应用。机械CAE的主要功能在于对机械设计的结构进行优化,并且对机械设计中涉及的数据进行比较,进而确定最优的机械设计方案,并且对机械设计方案进行合理的评估。CAD技术可以被应用在机械CAE当中,对设计模型结构进行调整,以保证机械设计可以开展。CAD技术可以辅助CAE开展使用年限预估、工程数据分析、强度设计评价、仿真动力分析、结构优化设计等,对于实现CAE功能有着一定的积极作用。
 
       (3)CAD技术在农业机械设计中的应用。CAD技术在农业机械设计中的应用十分普遍。例如,CAD技术已经被普及应用到农用收割机的设计当中。收割机的机械设计主要以分离装置设计为基础,利用CAD技术可以对收割机内部的各项参数进行深入的分析与对比,并且制定合理的收割机机械设计方案,将收割机内部的数据结合在一起,完成数据传递与共享。
 
       借着当前社会经济尤其是工业经济高速发展的春风,我国机械设计及制造业业获得了长足的发展,而且极大的推动了我国工业经济的发展和演化,而CAD技术在机械设计等领域的应用,可以大大提升机械设计及制造业的运行效率,提高机械产品的质量。因此,作为机械设计行业的从业人员,应该对CAD技术及其应用于机械设计中所带来的优势有充分的认识,真正将CAD技术合理、完善地应用于机械设计中。
责任编辑:程玥
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