计算机辅助设计在机械设计中的运用

计算机辅助设计在机械设计中的运用

计算机辅助设计的应用范围非常广泛，计算机辅助设计在机械设计中的作用是提高工作效率，所传产品开发周期，给企业创收，增加国民经济效益，扩大社会效益。计算机辅助设计在机械领域里的应用的研究由来已久，每个阶段都有突破性的进展，本文简要举两个例子研讨机械生产中计算机辅助设计的运用状况。（这两个例子分别是：1CAD的应用；2汽车覆盖件模具的设计）仅供交流参考。

一、计算机辅助设计的发展及重要性

机械设计分为两类，狭义的机械设计和广义的机械设计。狭义的机械设计紧紧指的是技术性的设计过程；广义的机械设计指的是根据现有条件和使用要求，分析机械原理，构思机械整体结构和各个零部件的形状尺寸，计算其中力和能量的传递方式，选择适合型号的润滑方法，整合所有信息形成文字，说明制造机械的依据。机械设计的重要意义在于他是生产机器的前提，他对机械的性能起到决定性作用，通俗地说，机械设计在很大程度上决定了所生产出来的机器的质量和机器的工作性能。

这不仅是一个创造性的工作，同时也是建立在丰富的成功经验基础上的工作，只有将两者结合起来，才能设计出高质量的机器。机械设计的所有步骤几乎都需要计算机的帮助。图形的编辑、修改，大量数据的计算和比较，对零部件动力、强度等方面的精确测试，都需要相应的计算机软件的支持。除了这些繁琐的工作可由计算机替代外，设计者还可以利用计算机进行虚拟样机的构建，也就是根据图纸，在计算机上制造一个模拟样机，对它的工作性能、受力情况、热度等各方面进行验证，根据出现的状况修改原设计，从而达到完善的程度。随着计算机技术的发展，计算机正在越来越广泛地应用于机械设计的各个方面以及各种各样的机械设计中，它在提高机械设计的质量和转化为实际制造的效率方面，发挥着重要作用。计算机辅助设计便是伴

随着计算机技术的发展而出现，并广泛应用于多种学科的一种方法。计算机辅助设计又被称作“CAD”，是由计算机帮助设计人员完成机械设计中的计算、制图、模拟等工作，并在不断修改和反复验证的基础上，输出满意的设计结果和最后的产品图纸的一门技术。

20世纪60年代初，麻省理工学院的一名研究生发表了题为《人机对话图形通信系统》的论文，首次提出了交互技术及计算机和图形符号的存储采用分层的思想，为CAD技术的确立提供了理论支撑。在20世纪70年代初出现了柔性制造系统FMS，“柔性”意为在使用计算机制造产品的过程中，制造系统会根据所编程序中指令的变换而改变加工过程，这种适应性以及加工的灵活性被称为“柔性”。随着计算机技术、通讯技术等的发展，CAD技术也日益走向完善，比如80年代出现的由超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件，使得CAD 技术在中小企业逐渐普及，从飞机、汽车到服装、建筑、出版等行业都开始采用CAD技术。如今，计算机辅助设计技术已在机械制造业得到广泛应用，而且现在的CAD应用系统可以将机械设计中的绘图、分析、数据处理、仿真、加工修改等一系列环节集于一身，大大缩短了设计时间，提高了设计效率和质量，降低了生产成本与制造周期。CAD的常用软件有很多，但由ParametricTechnology公司推出的Pro/Engineer产品，在目前三维造型软件领域中占有重要地位，引领着CAD技术的新潮流。

二、计算机辅助设计在机械设计中的运用

（一）逆向工程中CAD的应用

充分利用他国的科技成果，在消化、吸收的基础上再进行创新不失为一种加快科技发展的重要手段。日本在二战结束后的重新崛起，很大程度上是因为他大规模引进美、英等发达国家的先进技术，并做了很好地消化吸收，从而转化为本国生产力的一部分。逆向工程就是在只有产品或实物模型的条件下，在了解产品原设计的基础上，逆向重构产品零部件的CAD模型。以前的“逆向工程”技术的研究和应用都集中在实物方面，即在拆解原有产品，重建产品实物模型，以实现

新产品的制造。随着现在机械制造技术的发展，可以通过坐标测量设备、通用的CAD软件等方法，把实物样件转化为CAD模型，综合利用CAM（计算机辅助制造）、CIMS（计算机集成制造系统）等技术对其进行处理和再设计。Pro/Engi-neer软件中SCAN-TOOLS是一个专用的逆向设计模块，可以通过数据点构造网格曲线，并对点云进行拟合，以得到光滑、连续的曲面，再对曲面进行交互修改，从而得到与实物一致的CAD模型。SCAN-TOOLS与Pro/*****配合使用，可以在曲面生成后，通过切割、裁剪、延伸等工作，将曲面转换为实体，再利用Pro/Engineer软件基于特征的参数化设计功能，完成模型的二次设计，实现CAD模型的重建。

（二）汽车覆盖件模具设计中的CAD应用

汽车覆盖件模具设计中，经常发生设计人员的设计与制造、工艺人员的工作相冲突的情况，这增加了设计成本，拖延了生产时间，还可能造成失去市场竞争力的严重后果。为避免这种情况的发生，应尽量在设计环节排除这些问题。汽车覆盖件模具的设计过程一般包括：根据市场需求进行模具概念设计；对模具的结构、热度、工艺问题等进行分析并画出图纸；根据图纸进行CAD模具结构造型设计；将CAD 造型铸造为实物，如有矛盾或不当之处，再返回CAD设计。CAD造型设计是整个设计的关键环节，此处出现问题将会影响后期的汽车生产，因而必须要做好CAD的造型设计。比如对某款汽车的车门做一些设计上的更新，首先需要获得车门零件的几何模型，然后运用三坐标测量机对零件的结构进行分析，再使用特定的测量方法采集数据，运用相关测量设备对数据进行处理，最后再利用Pro/Engineer软件进行模型重建，通过Pro/Engineer的模具设计及数控加工功能，迅速完成汽车车门的模具设计及零件的NC加工。

三、結束语

经济全球化，科学无国界，放眼望去，我国计算机辅助设计在机械领域里的提升空间还有很大。引进他国技术，想要完全消化是需要时间的，在我们消化他国技术的时候，他国技术又升级新的版本了，

这样一来，我们总是望其项背，如何自如研发符合我国国情，符合本土生产需要的计算机辅助设计是我国科研人员的当务之急。作为设计人眼要及时更新自己的知识结构和设计理念，只有提高设计质量，才能让所设计的产品满足客户需求，才能在激烈的市场竞争中有立足之地，增加经济效益，才能为实现中国梦打下坚实的物质基础。科学技术是第一生产力，我们要加强计算机辅助技术的自主研发能力，为我们的及小额设计提供坚实的技术保障，以推动社会主义工业化进程。