机械工程设计中CAD技术的应用

机械工程设计中CAD技术的应用

发表时间：2018-09-12T16:51:24.280Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：潘伟均

[导读] 摘要：随着我国经济的快速发展，CAD 技术在机械工程领域中占据着越来越重要的地位，CAD 技术的操作水平直接影响着机械工程设计的质量与发展进程。

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摘要：随着我国经济的快速发展，CAD 技术在机械工程领域中占据着越来越重要的地位，CAD 技术的操作水平直接影响着机械工程设计的质量与发展进程。因此，分析 CAD 技术的特点优势，探究 CAD 技术在机械工程设计中的应用是对机械工程适应新时代发出的挑战。本文主要围绕 CAD 技术在机械工程中的应用予以探究。

关键词：CAD 技术；机械工程；应用

CAD（Computer Aided Design）也叫计算机辅助设计，它的强大计算与绘图能力在机械工程设计中占据着十分重要的地位，并逐渐代替了传统的机械设计方法。 CAD 技术是集智能化、标准化等优点与一体，以提高工程设计效率与精准性为目标，在众多工业领域得到普遍应用，提高了这些领域技术水平，促进了这些领域的经济发展。

1 CAD 技术的特点

优势传统的机械工程设计方法阻碍了机械工程的发展，主要是靠静态分析与近似计算方法，并需要大量的人力、物力结合丰富的实践经验来完成。这必然致使设计过程错误、设计周期长、设计成果质量较低等不良问题的出现，使企业在激烈的竞争中难以维持，不利于机械工程的快速发展。CAD技术作为一项新兴技术，不论是在解放劳动力、提高机械工程的设计效率方面，还是在发挥人员的创新思维、促进机械工程快速发展方面都起到了不可替代的作用。CAD技术在机械工程设计方面的具体应用具体表现在以下几个方面。

1.1提高机械产品质量

将 CAD 技术应用与机械产品的设计，从根本上改变了机械产品的质量，打破传统的设计弊端，利用软件系统精确机械产品的实际参数。机械产品与软件系统的融合，提高了产品本身的科技含量。随着科技水平的不断提高，CAD 技术在机械产品设计过程中，能够极大的提高模型与产品的统一度，保证机械产品的设计水平，提高机械产品的生产质量。

1.2降低设计工作强度，提高设计工作质量

CAD 技术引入现代面对对象和分布设计的理念，借助于计算机完成智能绘图，有效的避免了传统的设计方法存在的错误、实现设计的参数化、提高绘图质量。在三维模型的建立过程中，设计人员可以调节模型的设计尺寸与结构，最大程度的缩小与实物之间的差距，得到完美设计成果。

1.3促进 CAD 技术的集成

在 CAD 技术的发展过程中，仿真模拟、图形编辑、曲面造型、三维绘图、动态显示及数控加工等共同构成了 CAD 技术的主要功能。 CAD 技术系统的集成可以避免传统的设计方法造成设计中的混乱，让设计模型真正地实现现代化、集成化、数字化，提升机械设计工作效率，进而促进机械工程的发展。

2 CAD 技术在机械工程设计中的应用

2.1 工程建模

机械设计工程中最核心的部分是三维建模工作，实体模型、表面模型以及线框模型是三维模型中应用最普遍的三种形式，实现设计的参数化、变量化、集成化是 CAD 技术在工程建模中的目标。CAD 技术通过本身所拥有的基本体系，完成机械零件在三维实体中的建模，其基本体系主要包括：圆柱体、立方体、球体及环状体等多种体系。对于复杂的机械零件，基于这些基本体系，将其划分然后制作简单的模型，最后通过三维造型的拼合得到最终零件。通过 CAD 的建模技术，可以根据具体的零件实物来设计更精确的尺寸，并可以随时调整模型、修改尺寸。

2.2 工程绘图

工程绘图功能是 CAD 技术最早在机械工程中的应用，同时也是最基本的。传统的绘图方法是纯手工操作，与计算机辅助技术相比在规范性、准确性与美观性等方面都远远不如。CAD 技术中本就存在的绘图命令与图形库，通过图形编辑、填充剖面、区分层次等功能实现模型与实物的完美贴近。其绘图功能简单、快捷、准确从而减少大量人员，节约成本，并且利用 CAD 技术的绘图功能使得打印图纸易于保存。

2.3 工程结构分析

产品自身的性能与结构设计机械工程设计的关键环节，做好这一环节是产品零件质量的保证。在科技快速发展的新形势下，越来越多的设计方法得到应用，CAD 技术的优化与完善是适应当下形势的必然要求。如今大部分软件利用软件分析功能，根据分析结果，得出改进方案。不断完善的 CAD 技术，可以在竞争越来越激烈的机械工程设计行业占据更大的优势。

2.4在机械工程模具设计中地应用

模具一般工作在高压、高温环境下，如冷挤压模具就是在高压状态下工作，使得强度、稳态等方面的校核工作尤为重要。为此，冷挤压模具时，必须认真核算、校准强度、刚性等属性参数，确保模具质量安全，保证最终形成的产品符合使用标准。

（1）对于凸模，首先借助UG软件赋予凸模材料属性、边界、负载等条件，再有限元方法进行网格划分最后结合具体的给定条件去求解计算，得出模具不同部位的应力值。其中，最大的应力值为364MPa。

（2）对于凹模，其强度核算前先要确定预应力值，而预应力值的确定以过盈量数值为依据。过盈量数值通过CAD软件分析获得。首先，设定一个的预应力值；然后，利用CAD软件分析得出变形量，将其与之前设定的过盈量进行核对，查看是否吻合。反复操作这一过程，就可以求解出正确的预应力值。按照此方法得出该筒型工序件的中圈变形量为0.24mm，内圈变形量为0.07mm，与之相对应的预应力值分别为600MPa、665MPa。

（3）对于组合凹模，因为零部件过多，其整体强度核算不同于单个零部件的强度核算。组合凹模强度核算时，除了对每一个零部件进行有限元网格划分外，还要对外圈与中圈、内圈与外圈进行曲面接触网格划分，然后再赋予预应力。根据以上考虑，经计算，内圈凹模承受的最大应力为1684MPa，中圈凹模承受的最大应力为502MPa，外圈凹模承受的最大应力为482MPa。经过以上几种情况的计算分析后，得