摘要：隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊的普及化、信息處理的智能化，CAD三維技術(shù)正向著開(kāi)放、集成、智能和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。本文介紹了三維設(shè)計(jì)手段的優(yōu)勢(shì)，指出了三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用是CAD發(fā)展的必然趨勢(shì)及目前推廣存在的問(wèn)題。

    1.引言

    二維CAD是我國(guó)機(jī)械行業(yè)目前應(yīng)用最普遍的技術(shù)，然而，傳統(tǒng)的二維CAD只是起到了電子圖板的作用，沒(méi)能解決設(shè)計(jì)中最困難的幾個(gè)問(wèn)題，所以，二維機(jī)械CAD沒(méi)有做到真正的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，信息處理的智能化，機(jī)械設(shè)計(jì)手段正從二維CAD向三維CAD過(guò)渡，有相當(dāng)一部分企業(yè)已完成了轉(zhuǎn)換，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。相對(duì)于二維系統(tǒng)而言，三維系統(tǒng)才是真正的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

    2.三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

    通過(guò)實(shí)際運(yùn)用三維CAD系統(tǒng)軟件，體會(huì)到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中具有更大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

    （1）三維設(shè)計(jì)形象、直觀。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)零件時(shí)原始設(shè)想是三維實(shí)體，甚至是帶有相當(dāng)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)關(guān)系的三維實(shí)體。由于以前的繪圖手段有限，人們很難在圖紙上將設(shè)想的零件表達(dá)成立體圖形，不得不遵循共同的標(biāo)準(zhǔn)用正投影法形成的二維視圖來(lái)表達(dá)自己的三維設(shè)想?，F(xiàn)在隨著CAD軟件的不斷發(fā)展，現(xiàn)在能夠在軟件的支持下，直接由思維中的三維模型開(kāi)始設(shè)計(jì)，其最直接的好處就是三維設(shè)計(jì)形象、直觀，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性讓人一目了然，且能非常直觀方便的進(jìn)行干涉檢查，甚至可以作運(yùn)動(dòng)干涉分析。

    （2）可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)。參數(shù)化及變量化設(shè)計(jì)是三維設(shè)計(jì)的基本思想。傳統(tǒng)的CAD繪圖軟件都是用固定的尺寸值定義幾何元素，要進(jìn)行圖面修改只有刪除原有的線條后重畫，而且大多數(shù)設(shè)計(jì)工作都是在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改進(jìn)三維設(shè)計(jì)中的參數(shù)化和變量化設(shè)計(jì)模塊，使得零件的設(shè)計(jì)可以隨著某些結(jié)構(gòu)尺寸的修改而自動(dòng)修改，在裝配設(shè)計(jì)中可以用參數(shù)化和變量化技術(shù)來(lái)建立裝配體中各個(gè)零部件之間的特征形狀和尺寸之間的關(guān)系，使得當(dāng)其中某個(gè)零部件的形狀和尺寸發(fā)生變化時(shí)，其他相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)與尺寸也隨之改變。這可以減少大量的重復(fù)勞動(dòng)，減輕設(shè)計(jì)工作量。

    （3）可以實(shí)現(xiàn)CDA/CAM集成。狹義的CAM指應(yīng)用CAM技術(shù)進(jìn)行數(shù)控程序的生成、數(shù)控代碼經(jīng)通訊接口傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床，進(jìn)行數(shù)控加工。傳統(tǒng)做法是在CAD中完成設(shè)計(jì)任務(wù)，由繪圖機(jī)輸出圖紙，再由人工根據(jù)圖紙進(jìn)行數(shù)控加工編程。由此在CAD和CAM中存在二套同樣零件數(shù)據(jù)，易導(dǎo)致管理上的混亂；且在CAM中二次定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)易產(chǎn)生誤差和失誤。利用三維設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)CDA/CAM集成，使CAM直接取CAD信息進(jìn)行加工，即產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造全過(guò)程的信息集成和信息流自動(dòng)化，保證加工的產(chǎn)品與設(shè)計(jì)精確的吻合。

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    （4）可對(duì)重要零件進(jìn)行有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于形狀、受力復(fù)雜的重要零件，在運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)不能做到與實(shí)際的工作狀態(tài)高度接近，為保證零件工作的可靠性，往往要加大安全系數(shù)，使設(shè)計(jì)出的零件粗大笨重。目前常用的三維設(shè)計(jì)軟件都設(shè)有與有限元分析軟件的接口，因此重要的零件經(jīng)參數(shù)化三維造型設(shè)計(jì)后即輸入到有限元分析軟件當(dāng)中，自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格并進(jìn)行應(yīng)力變形等分析，同時(shí)可對(duì)不同的工況進(jìn)行對(duì)比分析。

  3.常用的三維CAD軟件

    目前國(guó)際上流行的三維CAD(多數(shù)包含CAE和CAM等模塊)軟件有數(shù)十種，基本功能大體相同，但也各有所長(zhǎng)。主要有美國(guó)SDRC公司的IDEAS、美國(guó)EDS公司的UG、PTC公司的Pro/Engineer、SolidWorks公司的SolidWorks、MDT及國(guó)產(chǎn)的新洲Solid3000和CAXA等三維軟件。

    (1)UG軟件起源于美國(guó)麥道飛機(jī)公司，它集成了美國(guó)航空航天、汽車工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，成為集成化CAD/CAE/CAM主流軟件之一。主要應(yīng)用在航空航天、汽車、通用機(jī)械、家電等領(lǐng)域。在曲面造型、數(shù)控加工方面是強(qiáng)項(xiàng)，但在分析方面較為薄弱。(2)Pro/Engineer軟件是一個(gè)全參數(shù)化、基于特征和全相關(guān)的系統(tǒng)。它把所有的功能模塊在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)下聯(lián)系起來(lái)，使其在同一數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)下工作，提供了所有工程項(xiàng)目之間的全關(guān)聯(lián)。

    4.三維CAD技術(shù)在目前應(yīng)用中的不足

    在機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，可以有效地提高產(chǎn)品技術(shù)含量和質(zhì)量，縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期，從而提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，但目前在其使用推廣過(guò)程中，在有些地方、有些企業(yè)，尚存在一些不足之處：

    （1）軟件的選擇上存在一定誤區(qū)，盲目追求功能強(qiáng)大的軟件。對(duì)于一般的中小企業(yè)而言，高端的三維CAD軟件，并不一定是最佳的選擇，因?yàn)檫@些軟件雖然功能強(qiáng)大，但不易掌握，并且價(jià)格不俗，因此在選擇軟件時(shí)應(yīng)該從企業(yè)當(dāng)前的實(shí)際需求和近期的發(fā)展目標(biāo)出發(fā)，以功能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求為原則，同時(shí)兼顧到性價(jià)比、軟件商的技術(shù)支持、服務(wù)等因素。（2）缺乏精通三維CAD技術(shù)的人才，不能充分發(fā)揮三維CAD的功能。三維CAD技術(shù)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，很多大學(xué)生畢業(yè)后還不會(huì)使用三維CAD軟件，許多企業(yè)工程師也不會(huì)使用，雖然企業(yè)也花很多資金和精力培訓(xùn)，但人才流動(dòng)性大，培訓(xùn)成本高，導(dǎo)致企業(yè)積極性不高，造成精通三維CAD技術(shù)的人才不足。

    5．結(jié)束語(yǔ)

    從制造到創(chuàng)造是任何科技發(fā)達(dá)國(guó)家都要經(jīng)歷的一個(gè)發(fā)展過(guò)程，隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)的不斷發(fā)展、壯大，中國(guó)制造將逐漸轉(zhuǎn)變成中國(guó)創(chuàng)造，而創(chuàng)造過(guò)程中的機(jī)械設(shè)計(jì)就不再是為了解剖或生產(chǎn)某一個(gè)零部件而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，而是整體設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，單憑二維設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，三維自然必不可少。先進(jìn)的設(shè)計(jì)能力才會(huì)產(chǎn)生先進(jìn)的制造企業(yè)，三維CAD勢(shì)必會(huì)取代二維CAD，國(guó)家應(yīng)該大力提倡開(kāi)發(fā)、研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、符合設(shè)計(jì)習(xí)慣、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)文化的、面向行業(yè)的應(yīng)用模塊，同時(shí)加強(qiáng)三維CAD技術(shù)人才的培養(yǎng)，推動(dòng)我國(guó)整個(gè)制造行業(yè)技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展。