关于机械设计中三维CAD技术的应用分析

0 引言

       机械工业是一个国家的支柱产业之一，即使全世界已经进入了以“互联网+”为标志的信息时代，机械产品的设计和制造水平仍是衡量一个国家工业发展水平和综合竞争力的重要指标。当然，由于计算机信息技术的快速进步，现代化的机械设计和制造手段与过去相比都有了很大地进步，如何借力现代化信息技术手段来助推机械工业取得进一步发展，成为了世界范围内的一个关键问题。三维CAD技术就是在这种背景下被开发出并不断取得应用发展。

1 三维CAD技术的特征及其作用

       CAD技术是指采用计算机来辅助生成设计方案，进而起到提升设计工作开展质效的目的，而三维CAD技术就是指在三维环境下进行产品设计，最终生成的设计方案可以以三维模型的方式进行展示。三维CAD技术经过多年的发展，目前已经逐步完善，国内外广泛使用的商品化系统包括UG NX、CATIA、ProE/creo、Solidworks等，而从这些三维设计平台的版本更迭不难看出，目前三维CAD技术已经日趋成熟，并且具备了强大的设计、编辑和仿真验证等功能。我国的机械制造业也广泛采用了三维CAD技术，例如概念设计、机械结构设计、机械优化设计、修改原有设计方案等，这些环节都可以借助三维CAD技术来实现，不仅缩短了机械产品的研制周期，还节省了人力和物力等方面的成本，具有显著的效益。

       1.1 提高设计效率

       目前三维CAD设计软件已经广泛支持参数化建模，即所设计模型可以通过参数修改来快速生成新的模型，这对系列化机械产品的设计具有重要意义。设计人员不用每次都重复所有设计步骤，仅需要对原有三维模型的一些关键参数进行修改就能生成新的方案，从而极大地提高了设计工作的开展效率。此外，当前的三维CAD平台还具有功能强大的特征建模和曲面建模功能，可以迅速构建出一种全新的零件模型，这也能大大缩短产品的设计周期。

       1.2 提升设计质量

       与二维CAD技术不同，三维CAD技术是在三维环境下进行产品建模，所构建的三维模型就是方案的实际效果展示，可以很方便地让设计人员发现其中存在的不足，比如结构上的缺陷，这样可以快速通过编辑加以修正，从而提升设计质量。此外，直接生成三维模型还为后续的工艺决策和制造规划提供了便利，这对提升整个产品的研制质效都具有积极意义。

       1.3 便于设计成果的调用和保管

       采用三维CAD技术生成的设计成果可以直接存储在计算机硬盘上，这一方面便于保管，另一方面还可以通过模型文件名称的检索来实现快速调用，避免因资料保管不当而造成损失风险。

       1.4 实现一体化目标

       机械制造业的发展是向着实现设计/制造一体化的目标前进。而采用三维CAD技术得到的成果可以与CAE、CAM等平台共享，推动整个机械生产流程的改革和进步。

2 具体应用探讨

       2.1 在机械设计方案形成中的应用

       三维CAD软件具有编辑功能，使得设计人员在进行方案构思时，可以通过编辑修改来逐步生成想要达到预期效果，给设计方案的构思带来了便利。此外，网络化技术的应用还可以实现三维情景下的协同设计，使得设计方案在形成过程中可以不断根据实际需要进行调整，使得最终形成的机械设计方案质量大大提升。

       2.2 在机械设计方案建模中的应用

       现在市场上主流采用的三维CAD软件都具有强大的实体造型功能，使得设计人员可以很方便地构造出其想要实现的特征结构。此外，对于很多结构复杂的零件模型，有时难以分解成简单的基本体特征，但利用三维CAD软件的拉伸、旋转和扫略等功能，可以很方便地实现从模型截面轮廓线到三维实体之间的跃迁，进而生成满足需要的基本体，在此基础上通过布尔运算就可以得到零件的三维模型，完成设计建模作业。

       2.3 与CAE/CAM平台的集成应用

       利用三维CAD技术得到的机械设计成果可以存储为计算机文件，然后直接或经过一定的格式转换后，就可以输入到CAE、CAM等平台上。通过CAE平台，可以对设计方案进行各种分析，便于及时发现设计中的不足并反馈进行修正。而通过CAM平台，可以进行加工过程仿真并生成数控代码，这对及时发现设计中的不足和提升加工质效也具有积极意义。事实上，现代化主流的三维CAD软件中已经普遍集成了CAE和CAM模块，产品从设计到制造的整个流程已经打通。