CAD制圖技術在機械工程中的應用

CAD制圖技術在機械工程中的應用

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　　CAD技術是指計算機輔助設計技術，CAD技術由于其較強的適用性，在很多領域都得到快速發展，并縮短了設計周期，提高了設計質量和設計效率，正因為如此誘人的應用技術，使其成為幾十年來被各行業廣泛應用的工程技術之一。CAD制圖設計軟件不斷升級，以促進現代機械設計、制造業、室內裝飾、園林規劃等行業的快速發展，CAD技術特別在機械工程領域中應用最多，成為機械工程中最常見的機械設計軟件。

　　CAD繪圖技術經過幾十年的程序開發和不斷完善，能夠根據自己的想法繪制出任意的二維或三維機械圖形，相對于傳統手工繪圖，CAD技術的應用大大提高了繪圖速度、精確度和靈活性。目前，CAD技術已經廣泛應用于航空航天、輕紡、美工、建筑、電子、化工、機械、造船等很多領域，其應用帶來了巨大經濟效益和不斷豐厚的成果，尤其在機械工程上應用讓機械工程行業飛速發展。

　　1 CAD在機械工程中的應用開發

　　計算機以驚人的發展速度給很多行業帶來了巨大的改革，20年前人們會為在PC機上開發出一套Fortran繪圖語言而津津樂道，而今天大多數工程技術人員都能用CAD軟件隨心所欲的繪制出直線、圓等基本繪圖要素，甚至柱體、錐體、球等二維結構圖。人們利用計算機技術的巨大進步開發出來了廣大而又實用的各種畫圖工具，就像要蓋一棟大樓，強大的應用工具已經為這座大樓燒好了磚，建好了梁，設計者只需要根據自己的設計思想將這些素材拼接到一起。

　　1.1 CAD技術的開發及普及

　　機械CAD制圖技術的開發與應用基于微機硬件平臺上的各種C++語言及Windows 環境，利用Borland C+、Microsoft C ++、Visual C等程序設計語言能夠便于組織復雜的數據結構對象或可視化程序設計語言，Windows 操作平臺為CAD用戶提供了良好的圖形用戶界面(GUI)和豐富的圖形開發工具和素材庫。這些應用平臺的開發可以讓用戶把更多的精力放在軟件數據結構和核心算法上，使繪圖更加精準，效率大大提高。

　　CAD繪圖軟件具有廣泛的適應性，它能夠在各種計算機操作系統和工作平臺上運行，其良好的用戶界面為用戶提供了各種操作命令和交互菜單，方便了用戶操作，其多文檔設計環境能夠讓非計算機專業人員很容易的學會使用。人們完全可以在實踐中掌握各種應用操作并根據自己需要開發應用技巧，讓自己的繪圖設計更加簡便。CAD能夠支持40多種圖形顯示設備(分辨率從320×200到2048×102)，鼠標器30多種、各種數字儀、繪圖儀、打印機，這些方便的應用都為CAD繪圖技術的普及創造了條件。

　　1.2 針對機械產品的CAD技術應用

　　針對現有的機械工程行業，CAD軟件第三方開發團隊組織力量進行二次開發，使得CAD軟件具有針對機械產品的功能模塊或運行環境，通過這種軟件支持在開發，機械工程用戶可擁有更多的資源和工具，CAD軟件在實際機械產品設計使用中不斷予以完善和提高。但一個軟件的完善過程需要人們不斷的投入人力和物力，僅靠一兩個人的努力是很難實現這一宏偉目標的，尤其是想開發出既通用，還能滿足專業繪圖人員需要的軟件，困難就更大。今天，CAD制圖軟件開發團隊通過集團化分工和協作的工作方式，使其在機械產品設計中進一步發展，使得任何的機械產品只要能被想到，就能通過CAD軟件設計出來。

　　在機械產品設計中，會經常遇到孔、齒輪等國家或地方的標準元件，或個人設計中經常使用的一些重復圖形，這些圖形的重復繪制大大增加了工作量。而在使用機械CAD軟件時，完全可以按照素材類型，將這些常用的圖形保存起來建立素材庫。一般來說，誰具有的素材越多，誰就能以更快的速度完成繪圖，繪圖質量也越高，為此，CAD軟件開發人員在開發軟件時就已經將常用的素材建庫保存到了軟件中，對于部分機械產品而言，用戶完全可通過“搭積木”的方法，將產品繪制出來。另外，軟件開發人員通過將所保存塊的大小定為一個基本單位，以便用戶更方便地使用插入塊，比如說，定義模塊的大小為90×80×75，當需要插入100×80×75或120×80×75大小的窗口時，用戶就可以根據需要將原始定義模塊進行縮小或放大就可以了，完全省去了定義兩個不同模塊的麻煩。機械圖形素材庫的使用，大大節約了計算機資源的空間，提高了機械產品繪圖人員的工作效率。

　　2 CAD技術在機械工程中的研究方向

　　經過十幾年的發展，在機械工程產品開發與設計中CAD繪圖技術已得到了廣泛應用，但仍有許多等待人們去探索和研究的問題。筆者認為，CAD制圖技術在機械工程中應該朝著以下這幾個方向開發與研究。

　　2.1 基于特征(feature )的實體模型創建開發

　　為更好地表達產品的生產管理信息與技術完整信息，設計人員開發了特征建模方式, 即將產品的設計、工藝、制造信息與產品的拓撲信息、幾何信息結合起來。它包括了特征識別、特征映射、特征的定義與分類、特征驗證、特征表達、特征數據模型等具體內容。

　　2.2 CAD軟件集成化開發

　　今后集成化是CAD發展的主要方向，即把CAPP、CAM、CAE等與CAD集成到一個系統模塊之下。這樣設計人員就能輕松的進行各種制圖、分析、計算、建模及生成數控加工指令，隨時設計繪圖過程，甚至可以直接驅動原型機，繪制出設計對象的三維模型。另外，采取適當措施保證各功能模塊之間信息流暢，避免各模塊之間因格式轉換或信息交流造成的數據丟失，也是保證集成化模塊設計成功的關鍵。為此，設計人員盡量采用了用統一的數據格式，減少轉換和接口，這已經成為了CAD 系統集成化設計的最佳方案。

　　2.3 變量幾何技術的拓撲關系開發

　　在傳統的參數化設計中，首先用戶根據需要選定模型，給定幾個參數，然后系統對參數做出反應，計算出結果。如輸入長方體的長寬高，系統就會顯示出一個具有該參數的長方體。在這中參數化設計中，系統首先選定了一個約束，并以此為依賴，如上述中“長方體”。 這種參數化設計的約束(或者說被動約束)使得設計本身受到制約，用戶很難修改約束，更無法通過該約束條件來實現特定的設計目標。為此，人們設計了變量幾何，通過它來施加主動約束而達到變量化設計的目的，這種設計的應用大大提高了參數化設計靈活性程度和應用范圍，而且往往能達到特殊的設計效果。

　　隨著CAD制圖技術不斷發展，其在機械產品設計中的應用越來越重要，一個機械設計人員不會CAD技術是不行的，但即會了，在市場化經濟快速發展的今天，操作熟練程度也是很重要的。因此，在實際應用中機械設計人員必須要不斷的熟悉CAD繪圖軟件中常用的操作命令和快捷實用方式，并通過大量繪圖來練習基本操作命令，以便提高自己的繪圖速度。CAD繪圖技術在機械產品開發中作為關鍵的共性技術之一，已經促進了人們工作模式、思想觀念、生產方式的轉變，相信，其也必將對我國經濟乃至世界經濟的發展產生巨大促進作用。

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