CAD三维技术对机械设计影响及应用
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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 ，cAD三维技术 正向着开放 、集 成 、技 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 ，都具有深远 的意义。
1 CAD技术的发展
CAD技术广泛应用于电子 、机械 、运输和航空等部门
中。随着高科技 的发展 ，cAD的研 究及应用领域 不断延
伸，新 的分支相应产生 。CAD技术在实际中应用又有了新
的发展，其发展趋势为计算机集成制造系统 (简称 CIMs)。
一 是 CAD／CAPP／CAM／CAE的集成应是建立一种新的设计 、
生产和技术管理的一体化 ，要 以计算机 图形处理技术 、产
品造型技术 、参 数化设计方法 和数据交换技 术等为基础 ；
二是科学计算的可视化 。工程 中有许 多过程需要模拟 ，采
集的数据需要图示化 ，一些模糊问题通过图示 分析和可视
化大大减少工程设计 的试验 费用 ，能获知在 计算 、设计 、
加工及试验过程 中发生的现象 ，并对其进行控 制 ；三是世
界制造业 出现了一批先进 的制造技术和系统 ，强调产 品结
构的优化并对 CAD技术提 出了新的要求 ，即要求 CAD系
统具有变形设计能力 、快速重构和引入虚拟技术等。
2 三维 CAD技术对机械设计 的影响
三维 cAD技术从根本上 改变了机械设 计 的进程 和质
量 ，引进 了现代设计概念 ，克服 了传统设计带来 的弊端 ，
使机械产品的设计与生产发生了深刻的变化 。
2．1 更强调创新机械设计
传统设计中改型设计多 ，只能改变现有产品 中某些尺
寸 ，或只能消化某些产品 ，仿照生产 ，因此无法实现创新
构思 ，使得 产品从根本 上没有质的飞跃 。而三维 CAD技
术在方案设计 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，立体感 强 、效果逼真 ，
更能激发设计人员 的新颖构思 。
2．2 设计过程的并行化和智能化
随着局域 网和 Internet的普及 ，绝大多数人 已认识到 ，
网络将是 21世 纪发展 的首选工具 。一个大 中型产 品的设
计不是一个人或是少数几个人能够完成 的，而 网络将这种
设计任务 的并行性 的可 能性 大大提高。三维 cAD技术使
得设计人员之间的交流更容易 ，减少 了交流过程 中的不必
要错误 ，网络交流更 直观 。
2．3 设计 和 生 产 的一 体 化
计算机技术在设计 中的应用 已从以往 的绘 图发展到当
今的三维建模 、虚拟制造 、智能设计及 CAD／CAE／CAM集
成阶段。三维设 计软件是 当今最先进 的 CAD软件 ，在发
达 国家与工程设 计有关 的各个 领域得 到了广泛应 用 。比
如 ：美 国福 特公 司应用 三维 cAD技 术后将新型汽车开发
周期从 l8个月压缩到 l2个月 ，减少 了 90％的实物模型 ，
减少新产 品的设计 更改 50％以上 ，减少 新汽车试 制成本
50％，提高投资效益 30％。波音公司新一代 777客机生产
开发与研究
响及应用
中实现 了 “无图纸设计 ”，其先 进的 cAD／CAM 技术走在
了全世界的前面。
3 CAD技 术在机械设计 中的应 用
3．1 零件与装配图的实体生成
(1)零件的实体建 模。cAD的三维建模方法有 3种 ，
即线框模型 、表面模 型和实体模型。在许多具有 实体建模
功能的 CAD软件 中，都有一些 基本体 系。如在 AutoCAD
的三维实体造型模块中 ，系统提供 了 6种基本体 系 ，即立
方体 、球体 、圆柱体 、圆锥体 、环状体和楔形体 。对简单
的零件 ，可通过对其进行结构分析 ，将其分解成若干基本
体 ，对基本体进行三维实体造型 ，之后再对其进行交 、并 、
差等布尔运算 ，便可得 出零件的三维实体模型。对于有些
复杂的零件 ，往往难 以分解成若干个基本体 ，使组合或分
解后产生的基本体过多 ，导致成型困难 。所以 ，仅有基本
体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求 。为此 ，
可在二维几何元 素构造 中先定义零件的截 面轮廓 ，然后在
三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新 的 “基本体”，进而
通过交 、并 、差等得 到所需要零件的三维实体造型。
(2)实体装配图的生成 。在零件实体构造完成后 ，利
用机器运动分析过程 中的资料 ，在运动的某一位置 ，按各
零 件所在 的坐标进行 “装配”，这一过程可用 CAD软件 的
三维编辑功能实现 。
3．2 模具 CAD／CAM 的集成制造
随着科学技术的不断发展 ，制造行业的生产技术不断
提高 ，从普通机床到数控机床和加工中心 ，从人工设计和
制图到 CAD，cAM／CAE，制造业 正向数字化和计算机化方
向发展 。同时 ，模具 CAD／CAM技术 、模具激光快速成型
技术 (RPM)等 ，几乎覆盖 了整个现代制造技术。
一 个完整的 CAD／cAM软件系统是 由多个功能模块组
成 的。如三维绘图 、图形编辑 、曲面造型 、仿 真模拟 、数
控加工 、有限元分析 、动态显示等 。这些模块应 以工程数
据库为基础 ，进行统一管理 ，而实体造型是工程数据的主
要来源之一 。
3．3 机械 CAE软件的应 用
机械 CAE系统 的主要 功能是 ：工程数 值分析 、结构
优化设计 、强度设计评价与寿命 预估 、动力学 ／运动学仿
真等 。cAD技术在解决造 型问题 后 ，才能 由 cAE解决设
计的合理性 、强度 、刚度 、寿命 、材料 、结构合理性 、运
动特性 、干涉、碰撞 问题和动态特性等 。
三维 CAD技术是 将来实现无 图样生产 的关键技术之
一
。 cAD技 术彻底更新 了设计手段 和设 计方法 ，摆脱 了
传 统设计模式 的束缚 ，引进 了现代设计 观念 。cAD技术
及其他新技术在机械设计领域的普及 ，和现代机械设计对
高新技术 的需求 ，不断地促进 了 cAD技术 的发展 ，同时
也促进了机械制造业 的高速发展。使机械工业 的发展处于
前所未有的繁荣阶段 。
(收稿 日期 ：2008—12—09)
《湖北农机化》2o09年第1期 团
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