三维CAD技术对机械设计的影响

1 三维CAD技术在机械设计中的优点

通过实际运用三维CAD系统软件，体会到三维CAD系统软件比二维CAD系统软件具有更高效率、更快速度、更低成本的优势。具体表现在以下几点：

（1）缩短了机械设计周期

采用三维CAD技术，缩短了机械设计周期近
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。

（2）零件设计更加方便

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。

（3）修改机械零件非常方便

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。

（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。

（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设计方法和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、有限元受力分析等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业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。

2 三维CAD技术对机械设计的影响

三维CAD技术在机械设计中的优势，从根本上改变了机械设计的进程和质量，摆脱了传统设计模式的束缚，引进了现代设计概念，克服了传统设计带来的种种弊端，使机械产品的设计发生了深刻的变化。

（1）更强调设计理论机械设计属工程设计，具有很强的工程性、也具有很强的理论性，传统设计偏重经验，设计工程中经验多，经验公式多，主要以改型设计为主，设计方法以仿照类比为主，忽视了创新性设计。而CAD设计技术不仅代替了设计者的手工设计计算和手工绘图，而且更加依托于机械设计原理、设计公理、设计体系，以及和其他学科交叉形成新的现代机械设计理论和体系。

（2）充分发挥机械设计创新性传统设计中仿型设计、改型设计多，只需借鉴现成资料，改变现有产品中的某些结构尺寸，或只需消化引进产品，仿照生产，因此往往从一开始就进入了常规设计，越过了创新构思的方案设计阶段，使得产品从根本上没有质的飞跃，而依靠三维CAD技术使设计在方案设计阶段，充分利用专家系统及现代科技新理论，建立多种机构进行构型对比，实施创新，同时由于设计立体感强、效果逼真的特点，更能激发设计人员的新颖构思，得到具有高科技含量的新产品。

（3）为进一步实现制造过程全面信息化，打下坚实的基础。由于先进的信息处理技术不仅使设计过程全部计算机化，而且设计的产品在正式加工制造之前，即可利用三维设计技术实现虚拟组装及动态仿真，在产品正式加工前发现设计缺陷并进行改进，缩短了设计时间及过程，极大地提高了设计效率和设计质量。另外，随着信息高速公路的开通，信息传输技术已达到了一个新阶段，设计图纸甚至跨国传输、设计方案的实时异地讨论、异地现场修改都已成为现实。

（4）促进机械设计人员建立现代化设计观念三维CAD技术彻底更新设计手段和设计方法，是建立在高科技平台下的先进设计技术，通过建立设计对象的数学模型和设计过程的模型，将使方案决策、设计计算、图纸绘制等阶段全部实现计算化，这就要求从事机械设计工作的设计人员不仅要具备扎实的理论知识、丰富的实践经验、第1手资料和最新信息等基本机械设计素质，还应具备熟练的计算机知识和技能及科学的设计思想和方法，及时了解掌握新理论、新技术、新方法，建立现代化的观念。

3 CAD技术在机械设计中存在的问题

CAD技术在机械设计中的优势是非常明显的，其技术是新兴技术，仍在高速发展。它给企业带来了效率和效益。但在有些地方、有些企业却效果不明显，主要表现在：

（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。他们只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，当然计算机出图是有很多的优点，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。目前很多部门的三维CAD软件可以做出三维模型，但也仅仅是为了出几张三维效果图，并未真正实现运用三维CAD软件进行整体空间设计和受力分析，还停留在平面图设计方面。

（2）精通CAD技术的设计人员缺乏。CAD系统是一个复杂、多样的系统，并不可能使每个设计人员都能很好的掌握，更何况大部分设计人员没有接受过CAD的应用培训，对多数的CAD功能一无所知，他们完成的设计很可能就存在这样那样的缺陷。

4 发展趋势

三维CAD系统使人们能够直接由思维中的三维模型开始设计，有了表达全部集合参数和设计构想的可能，使整体设计过程能够在三维模型中分析与研究，并能使用统一的数据，因而能够更好地完善其设计思想，从而使设计方案理想化。在三维的CAD产品设计中，可以建立充分而完整的统一数据库，并以此为基础，对整体设计或部件进行各类分析。从长远的观点看，三维CAD技术必然会替代二维绘图。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、多媒体技术的实用化，CAD三维技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。正确把握CAD技术的发展趋势，对我国CAD软件行业的开发及企业正确规划自身的CAD应用系统，都有深远的意义。

总之，三维CAD已在机械设计中发挥了重要的作用，使机械设计提高到全新的水平。它的迅速发展必将能满足现代化机械设计越高的需求，为机械设计提供强有力的支持。

（王其芳来源：万方数据）

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