CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中的應(yīng)用

Summary：隨著我國新技術(shù)和智能制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，智能制造技術(shù)更新?lián)Q代非?？?，在機(jī)械制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在其中發(fā)揮更大的作用。智能化和數(shù)字化給機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來了巨大的好處。Keys：CAD技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用導(dǎo)言：近年來，我國機(jī)械制造業(yè)引進(jìn)了許多新設(shè)備和新技術(shù)。在這些設(shè)備和技術(shù)的推動(dòng)下，機(jī)械制造技術(shù)水平越來越高，如CAD技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用后，可以高效完成機(jī)械設(shè)計(jì)工作，解決了原有工作模式下工作質(zhì)量低的問題。這需要很長(zhǎng)時(shí)間和很多問題。這也是機(jī)械制造業(yè)向智能化、綠色化方向發(fā)展的重要標(biāo)志。因此，越來越多的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造廠商開始重視CAD技術(shù)的應(yīng)用和研究。本文探討機(jī)械設(shè)計(jì)CAD與機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用，希望在創(chuàng)新應(yīng)用的過程中引領(lǐng)整個(gè)行業(yè)向前發(fā)展。1CAD技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的原始制造，其質(zhì)量和性能受機(jī)械設(shè)計(jì)水平的影響，尤其是機(jī)械產(chǎn)品，對(duì)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的要求更高。在這種情況下，應(yīng)選擇更合理的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，以提高設(shè)計(jì)過程的質(zhì)量和仿真計(jì)算分析水平。在實(shí)際過程中，應(yīng)融合常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，確保機(jī)械產(chǎn)品的制造能力和質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化的形狀編輯，具有明顯的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。借助CAD軟件，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)客戶的實(shí)際需求，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)成果進(jìn)行虛擬展示，模擬設(shè)計(jì)原型等，提前驗(yàn)證實(shí)際過程中可能出現(xiàn)的受力和強(qiáng)度問題，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。為了保證其設(shè)計(jì)的合理性，CAD技術(shù)對(duì)產(chǎn)品制造具有重要意義。2CAD技術(shù)的特點(diǎn)2.1通過輔助設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分為二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)。隨著3D技術(shù)的發(fā)展，CAD設(shè)計(jì)大多采用三維設(shè)計(jì)。在具體的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師一般會(huì)根據(jù)自己的設(shè)計(jì)知識(shí)構(gòu)思出一個(gè)粗略的設(shè)計(jì)思路，通過CAD技術(shù)可以將設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)清晰地形象化。利用二維或三維技術(shù)充分展示設(shè)計(jì)理念。如圖1所示，它是某型傳輸設(shè)備的關(guān)鍵部件。設(shè)計(jì)人員可以通過CAD表達(dá)其外觀尺寸，并以三維標(biāo)注的形式直觀呈現(xiàn)給生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的一線加工人員。該技術(shù)節(jié)省了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，降低了機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)難度，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)者的思維水平。設(shè)計(jì)的本質(zhì)是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)生產(chǎn)。雖然近年來CAD技術(shù)發(fā)展迅速，但如何實(shí)現(xiàn)3D圖形與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的深度融合，如何在現(xiàn)場(chǎng)完全實(shí)現(xiàn)3D繪圖，是未來亟待解決的問題。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備的配置、3D圖紙的標(biāo)注、統(tǒng)一標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)的建立，都是3D工程應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。如果以同樣的方式解決上述問題，雖然設(shè)計(jì)師已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了3D設(shè)計(jì)，但仍然需要投入大量時(shí)間在2D圖紙的設(shè)計(jì)上，以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2D圖紙的需求，這對(duì)降低設(shè)計(jì)成本沒有起到作用。反而會(huì)額外增加設(shè)計(jì)成本。如果不解決以上問題，3D設(shè)計(jì)只能是紙上談兵，無法在工程中實(shí)現(xiàn)。2.2通過快速變化提高設(shè)計(jì)效率。工程變更在實(shí)際制造過程中不可避免，但應(yīng)盡量減少制造階段的工程變更。大多數(shù)工程變更的來源都來自產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更。由于項(xiàng)目執(zhí)行周期的要求，在設(shè)計(jì)之初就要求設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)周期要短。一旦發(fā)生設(shè)計(jì)變更，設(shè)計(jì)人員的數(shù)據(jù)修改效率決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的長(zhǎng)短。通過使用CAD技術(shù)，可以快速實(shí)現(xiàn)基于可編輯窗口的產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更，快速修改零件，讓設(shè)計(jì)人員方便、高效地完成修改工作。以高鐵關(guān)鍵輪組部件為例，其結(jié)構(gòu)基本相似，但由于不同客戶對(duì)速度和安全運(yùn)行里程的要求不同，需要根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制，如增加傳感器和檢測(cè)設(shè)備安裝等。對(duì)于以上設(shè)計(jì)變更，設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)變更過程中使用CAD軟件來實(shí)現(xiàn)。隨著設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷升級(jí)，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，兩化融合的理念越來越深入到生產(chǎn)制造的第一線。通過數(shù)控加工與產(chǎn)品CAD技術(shù)的融合，充分發(fā)揮CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。一方面可以幫助設(shè)計(jì)師一方面實(shí)現(xiàn)加工特征的獲取更加快捷方便，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中的快速變更和完美修改，從而保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。3CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施3.1模具CAD制造。模具CAD，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)。這包括模具設(shè)計(jì)、技術(shù)文檔和圖紙。其中，激光快速成型技術(shù)為模具的高效生產(chǎn)提供了更多可能。生產(chǎn)出來的模具精度會(huì)更高。如果這項(xiàng)技術(shù)與數(shù)控加工技術(shù)相結(jié)合，那么機(jī)械制造就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的發(fā)展。3.2機(jī)械產(chǎn)品部件的實(shí)體建模。一個(gè)完整的機(jī)械產(chǎn)品包含許多零件。這些零件是分散的，需要組裝才能組合在一起。在裝配過程中，零件的位置和性能參數(shù)非常重要。如果不能準(zhǔn)確掌握這些內(nèi)容，就無法組裝出完整的機(jī)械產(chǎn)品，也就無法發(fā)揮機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是利用CAD技術(shù)，可以對(duì)這些零件進(jìn)行實(shí)體造型。設(shè)計(jì)師可以直接組裝，看到機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不足之處，對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，讓零件更加完美。3.3CAE軟件的應(yīng)用。CAE是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，可以幫助設(shè)計(jì)人員分析更復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。它還可以連接機(jī)械制造和生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)。這不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以確保生產(chǎn)的機(jī)械具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，更安全。3.4在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)是一種使用頻率比較高的機(jī)械設(shè)備。在設(shè)計(jì)時(shí)，人們可以使用Motionworks系統(tǒng)來優(yōu)化機(jī)器的軸流式釘齒脫粒分離方法。之后，CAD技術(shù)被用來細(xì)化整個(gè)設(shè)計(jì)過程，并將它們分成不同的部分。分析各部分的數(shù)據(jù)，加強(qiáng)各部分的聯(lián)系，使設(shè)計(jì)工作高質(zhì)量的完成。4機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展方向4.1智能化。智能化的機(jī)械產(chǎn)品受到很多人的歡迎，這也是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要方向。而這一過程必須發(fā)揮CAD技術(shù)的作用，才能完成機(jī)械制造工作。機(jī)器制造的基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)，所以機(jī)械設(shè)計(jì)也應(yīng)該向智能化方向發(fā)展。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)利用智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多項(xiàng)智能化操作。這樣，機(jī)械設(shè)計(jì)就會(huì)具有更高的智能化水平。對(duì)于機(jī)械行為，還應(yīng)應(yīng)用人工智能和混沌動(dòng)力學(xué)等技術(shù)。需要在設(shè)計(jì)制造中引入人的思維，使機(jī)械設(shè)備具有自主決策和邏輯推理的能力。4.2整合。CAD不是一項(xiàng)單獨(dú)的技術(shù)，它結(jié)合了多種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。它包括圖形、計(jì)算機(jī)和一些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。該技術(shù)涉及多個(gè)專業(yè)和領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容。并與CAPP、PDM、MRP等系統(tǒng)結(jié)合，可視為一種集成技術(shù)。特別是近年來，通過XMIL、3D-XMIL等技術(shù)的應(yīng)用，解決了機(jī)械設(shè)計(jì)過程中平臺(tái)異構(gòu)最多的問題，設(shè)計(jì)出的CAD圖形精度更高。它還可以集成設(shè)計(jì)器和遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)等各種概念。這是機(jī)械制造的又一新發(fā)展方向。4.3走向綠色。許多行業(yè)都在積極開展節(jié)能減排工作。機(jī)械制造業(yè)也要做到節(jié)能減排，堅(jiān)持綠色發(fā)展。那么，首要任務(wù)就是降低能源消耗，控制污染物排放。這不是一件簡(jiǎn)單的事情，需要相關(guān)技術(shù)的支持。CAD技術(shù)在這個(gè)過程中也提供了重要的推動(dòng)力，例如非常流行的新能源汽車就是代表。這也是機(jī)械制造在綠色發(fā)展過程中取得的重要成果。因?yàn)樾履茉雌囀褂玫牟辉偈鞘?，而是新能源。這與發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化和設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。這樣不僅不會(huì)消耗傳統(tǒng)能源，也不會(huì)在傳統(tǒng)能源燃燒過程中產(chǎn)生一些甲烷、二氧化碳等廢氣。結(jié)束語雖然機(jī)械產(chǎn)品的最終交付受到采購周期、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等諸多因素的影響，但在很大程度上，以產(chǎn)品為源頭的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)才是產(chǎn)品未能按時(shí)交付是造成產(chǎn)品失敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何采用新技術(shù)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率非常關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中不斷得到應(yīng)用。在機(jī)械制圖和數(shù)控加工方面，采用CAD技術(shù)不僅可以大大提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率可以縮短設(shè)計(jì)周期，也可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量，縮短制造周期。Reference[1]

機(jī)械設(shè)計(jì)裝配圖CAD分析步驟[J].董明望,李和平,陳定方,張曉川.計(jì)算機(jī)與數(shù)