CAD技术在机械设计中的应用

CAD技术在机械设计中的应用

李汾娟

(苏州工业园区职业技术学院，江苏苏州215000)

摘要：CAD技术的飞速发展对机械设计产生了巨大的影响，不仅缩短设计周期、降低成本，而且提高了机械产品质量，使设计变更方便与快捷。以煤矿机械设计为例，浅析CAD技术优势在设计方案确定、三维建模与渲染，以及CAD/CAE/CAM相结合的具体应用。

关键词:CAD机械设计应用带传动

中图分类号：TH122文献标识码：A

作者简介：李汾娟(1983-)，女，辽宁铁岭人，讲师/工程师，主要从事计算机辅助设计与制造研究。

收稿日期：2015-04-07

Introduction to the application of CAD technology in mechanical design

LI Fenjuan

Abstract:The rapid development of CAD technology has had a huge impact on mechanical design, which not only shortens the design cycle, reduces costs, improves the quality of mechanical products, but also makes the design changes easily and fast. Taking coal mine machinery for example，this paper discuss the advantages of the specific application CAD technology in areas including the determination of design,3D modeling and rendering,as well as integrated application of CAD/CAE/CAM.

Keywords:CAD；mechanical design；application；belt transmission

0引言

现代设计是以产品为总目标的一系列种类繁多的现代设计方法和技术的综合运用。由于计算机具有运算速度快、数据处理准确、存储量大等特点，成为现代工程设计中分析、计算、综合、决策、数据处理、图形处理和与现代设计方法结合的不可替代的重要工具。这种人机交互式的设计方法，就是计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD) 。CAD技术的飞速发展对机械设计产生了巨大的影响，设计效率得到了极大的提高。

1CAD技术在机械设计中的优势

1.1设计周期缩短、耗费降低

传统的机械设计方法是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用数表、图形和手册等技术资料，进行方案拟定、设计计算、绘图和编写设计说明书 。因而，传统设计往往需要人工资料检索、计算和手工绘图，历时长、耗费大。CAD技术让设计人员摆脱繁琐的资料检索与计算，通过计算机的高速运算，缩短设计进程；同时，CAD技术支撑图形程序库处理，完成图形的自动生成，大大减轻设计人员的绘图工作量。

1.2设计变更方便、快捷

设计变更在企业中是非常普遍的。设计企业会根据客户需求，对原设计内容进行修改、完善、优化。设计变更通常包括增减工程内容、改变使用功能、修改工艺技术等内容，其中由于设计的错误和遗漏原因而需要设计变更的情况，CAD技术可以快速解决。例如，对零件设计而言，参数化设计有利于快速实现尺寸修改；基于虚拟装配模块，查看修改后的零件是否与原组建中其他零部件存在干涉，保证装配的精确度。

1.3助于提高机械产品质量

CAD技术向标准化、集成化和智能化方向发展，一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，将CAD技术拓展，结合计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAE)求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，优化结构性能；利用计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing, CAM)进行生产设备的设置、控制和操作，实现仿真加工，优化加工工艺过程。CAD/CAE/CAM技术的融合，有助于更好的保证机械产品的质量。

2CAD技术优势在煤矿机械设计中具体应用的探讨

煤矿机械可分为露天煤矿机械和井下煤矿机械。带式输送机具有长距离、大运量等优点，在露天煤矿机械中较为广泛应用。皮带传动是带式输送机的重要组成部分，笔者将以带式输送机中皮带传动设计为例，探索CAD技术优势在机械设计中的具体应用。

2.1基于CAD技术的设计方案信息确定

设计人员利用CAD技术不断的从工程数据信息库中检索设计资料，调用设计程序库的设计计算程序进行计算，确定设计方案和主要设计参数；利用图形程序库处理和构造设计图形；将设计方案和设计图形存储到数据库中，完成设计方案信息的确定与输出。

带式输送机带传动设计中，要求工作环境温度一般-25~+40℃，连续单向运转，载荷较平稳，使用寿命至少5年，三班制工作，技术参数如表1。

表1

主要技术参数

利用CAD技术确定设计方案与图形绘制，过程如下：1)设定参数。从工程数据库中检索设计资料设置工况如图1；2)设计计算与修改。系统计算出一系列可行性方案供设计人员参考，设计人员根据经验选择、修改与调整，最终确定最优方案如图2；3)校核计算与输出结果。调用设计程序库进行计算，确定设计方案和主要设计参数，并保存成*.TXT文件格式输出如图3；4)构造图形。设定带轮结构参数如图4，包括：带轮类型、轮毂直径、键槽宽度和深度，调用图形程序库处理和构造设计图形；5)图纸选择与出图。标注与设置图纸样式如图5，完成小带轮设计如图6。

图1　设定参数　　　　图2　设计计算与修改

可见，利用CAD的技术优势，可以方便快捷地将设计需求转变成设计方案，完成工程图的绘制任务，缩短了设计周期，大大降低了设计人员的工作量。

图3　校核计算　　　　　　　图4　设定带轮 　　　　　　　　　　　　　　　　　　结构参数

图5　图纸的选择　　　　图6　小带轮零件图

2.2三维CAD技术的应用

(1)三维建模与模型渲染的应用

CAD在辅助设计实现零件的二维图上表现优异，同时，三维CAD技术可以快速高效地实现三维建模与模型渲染，以小带轮为例如图7，过程如下：① 提取二维截面轮廓特征；②创建带轮基本体；③键槽面域的三维旋转；④拉伸特征；⑤布尔差集运算；⑥渲染效果图。

此外，资源查找器中的零件回放可以将零件造型的全过程通过动画连续地演示出来，帮助工作人员加深了解 ；三维CAD技术的装配模块可以构建组件与干涉检查，避免相邻零件干涉导致设计失败。

图7三维建模与渲染

(2)CAD/CAE/CAM技术综合应用

CAE技术的主要功能是产品的建模、工程分析与仿真，在几何建模功能上比较薄弱。通常将CAD建立好的模型导入到CAE中进行工程力学分析。CAM技术的主要功能是依据输入零件的工艺路线和工序内容，输出刀具加工时的运动轨迹和数控程序。机械设计中将CAD与CAE 技术融合，帮助工程结构分析；将CAD与CAM 技术融合，帮助加工工艺分析。CAD/CAE 和CAD/CAM 的独立融合与并行操作，有利于实现对产品设计的评价与修改，保证产品质量，提高市场竞争力。

3CAD技术在机械设计中的存在问题

3.1对CAD认知不足

许多企业对CAD应用大多停留在二维出图与三维建模上，将CAD作为效果展示的工具，并没有意识到CAD辅助设计的含义，同时在CAD/CAE与CAD/CAM并行操作实现优化设计上的认识不够。CAD不是辅助绘图，而是辅助设计，并帮助实现辅助分析与加工 。

3.2精通CAD的技术人员的缺乏

CAD技术本身是一个复杂的系统，并不是每个设计人员都接受过系统的培训，了解CAD中的主要模块与相互联系，更不用说CAD/CAE与CAD/CAM的并行操作，因而在机械设计中无法有效的加以利用。

4结论

现代化信息技术迅猛发展，机械设计与制造企业需要深入应用CAD技术。CAD不是辅助绘图，而是辅助设计。先进的设计方法与手段是企业在激烈竞争中获得成功的保证。加强CAD技术的应用，为机械设计提供必要的技术支撑，增强企业机械产品的研发能力，从而提高企业机械装备水平。

参考文献

[1]郭仁生.机械设计基础[M].北京：清华大学出版社，2011

[2]张立荣.三维CAD 技术在机械设计中的应用[J].煤炭技术，2011，30(2)：16-18

[3]肖劲，王磊.AutoCAD 技术在机械设计中的应用与发展[J].煤炭技术，2013，32(4)：5-6