论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展

论CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展

摘要：机械制造过程中，设计是其第一步，机械制造所需要的设计图需要使用如点、线、曲线、平面等图形符号进行表示，而CAD则是使用计算机软件来设计和记录产品的设计过程。在机械设计和制造领域，CAD的应用可以为任何组件提供图形形式的详细说明。本文所叙述的则正是CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展。关键词：机械设计；CAD；机械制造；引言CAD，全称ComputerAidedDesign，中文名计算机辅助设计，是在计算机发展以后，可以在多个领域为设计人员提供辅助的系列软件统称。在机械设计领域，CAD同样有着广泛运用。为了追踪CAD在机械设计中的应用以及基于CAD技术的机械制造技术新发展，我们必须回顾CAD的早期历史并深入挖掘其概念基础。1CAD在机械设计中的发展历史简述计算机辅助设计作为一种独立的技术大致发展于上世纪60年代，当时，没有人预见到CAD最终会与机械设计交织在一起并成为如今机械设计行业中不可或缺的力量。在1957年，第一个商业软件计算机辅助制造（CAM）系统Pronto由PatrickJ.Hanratty博士开发出来，这是一种运用于机械数控加工的技术，后来发展成为计算机辅助制造。不久之后，他涉足计算机生成的图形，并于1961年开发出DAC（计算机自动化设计），成为第一个使用交互式图形的CAM/CAD系统，用于设计通用汽车的复杂模具。随后的十来年时间，众多学者、技术人员依托该发明的启示，开始了对CAD技术的探索。但是直到1975年，由CharlesEastman发表的论文中，才首次出现现代CAD技术的雏形，其在论文中描述了一个名为设计描述系统的原型，其讨论了参数化设计的思想，高质量的可计算3D表示模型，以及“用于视觉和定量分析的单一集成数据库”。该篇论文基本上描述了我们现在所知道的CAD技术。其使用了图形用户界面、正交和透视视图。作为历史上首批成功创建机械设计数据库的项目之一，它描述了可以检索并添加到模型中的各个库元素，当时的人们对于这项原始的CAD技术的评价是该技术将提高机械设计的分析效率，并将设计成本降低50％以上。2CAD在机械设计中的应用2.1降低设计难度CAD在机械设计方面最直接的好处是提供更好的设计、更高的质量和更快的出图速度。在当下的机械设计和制造中，通过CAD设计和制造文档是动态链接的，因此可以借此评估更多的替代方案，执行设计更改和生成制造文档所需的时间显着减少。这对机械设计方来说尤其重要，因为CAD设计技术可以帮助缩短设计工期，从而使项目在更可预测的制造时间表内完成。除了对设计人员设计速度的提升之外，CAD设计技术还能通过将可视化、模拟和分析作为设计过程的一部分来促进机械制造项目的优化。2.2提高设计精度和降低设计成本机械制造项目的设计工程师通常设计符合机械制造要求的设计，而不会对成本进行有意识的节约。CAD技术特有的可视化和模型模拟功能可以使设计师对自己的设计更明了，能将设计中可能出现的谬误提前发现，也能进行更精细化的设计。所以在提高精度方面，CAD技术有着其前所未有的优势。然而不仅如此，在将CAD技术由于机械制造项目设计时，还可以有效降低设计过程中需要支付的成本。而这些节省并不会影响到该机械制造的设计精度，并且在今后的制造进度和制造质量中不会造成影响。也就是说，CAD技术应用在机械设计上不仅可以有效的降低相应机械制造项目的设计成本，在机械制造精度上也有相应的提高。2.3优化设计方案传统的机械设计项目的设计过程可以说是孤立的，从初步设计开始，转向详细设计，然后是制造文档，每个步骤在下一个步骤开始之前完成，其中的协作非常有限，这个设计过程因为协作有限，当需要进行不可避免的设计更改时，需要耗费大量时间，并且在进行更改时还很容易出现手绘图纸的错误，因此传统的设计过程在机械设计的运用中具有其固有的缺陷。将这种传统的机械设计技术与CAD设计技术进行对比，我们可以发现。实施机械设计的CAD流程首先要创建有关机械制造项目的互相协调、可靠的设计信息，这会使机械设计中的三维模型中的设计元素动态地彼此相连——不仅仅是点、面和线的3D动态链接，而是丰富的信息集和与之相关的属性之间的连接。例如，可能在机械设计项目的中途，被设计项目的轮廓需要调整曲线和比例，而运用CAD进行设计可以保证在进行轮廓调整时，所有相关的设计元素都会自动更新，使设计人员能够立即看到轮廓调整之后整个机械设计的所有变化。通过这种方式，CAD有助于设计更多的机械制造设计方案，从而完成对设计方案的优化。3基于CAD的机械制造技术新发展3.1智能化制造不论是国内还是国外都非常重视机械制造的智能化发展战略。智能化在机械制造中的应用，将会使设计、制造、运营管理乃至整个机械制造项目的质量和管理效率得到显着提高。智能化在机械制造中的实际运用涉及物联网、信息化、数据化、模型参数化等先进手段。通过智能化技术体系，机械产品在制造时可以实现设计、制造全方位管理的预期效果，体现智能化的新模式管理。在智能化的机械制造过程中，依靠CAD、CAM的辅助，以及一系列智能加工技术，改变传统的构件加工方法，对现有的机械制造技术加以改进，进一步提升我国机械制造水平。智能化可以为机械制造的全过程提供一套完整的仿真方案，能对复杂的制造方案进行仿真分析、模拟构建，优化制造方案，实现对制造过程的有效控制。智能化的制造可实现对机械制造过程的实时监控，可以监控和评估不同制造方案的实施效果，并进行实时动态监测，确保制造方案的可靠实施。在机械制造的发展中，机械制造技术智能化的实现不仅需要借助相应的传感器、计算机等硬件，还需要构建可用于计算和监测的智能化软件平台，如前文提到的CAD、CAM等。因此，在CAD的帮助下有效地整合了制造各方面的资源和优势的智能化机械制造将成为未来机械制造的发展方向，从而显着提高制造效率，丰富现代机械制造业的内涵。3.2集成化制造机械的集成化制造可以有效减少制造工序、减少资源消耗对周围环境产生的影响，是机械制造业发展的重要方向。机械制造集成化发展不仅要求在机械制造中推进制造工序的集成，还要求从设计过程中就实现机械制造的集成化。众所周知，在机械制造的过程中，不仅其复杂的工序是制造中的难点，其设计的有效性同样是一大难点。以机械制造的复杂性而言，要解决其制造时产生的材料需求、人力需求、工艺需求以及设备需求等纷繁复杂的需求，需要的不仅是制造过程中的流水化制造和实时指挥，还有预先的设计和计算。作为机械制造过程的最初部分，机械设计师除了可以利用CAD技术构建的信息模型进行模拟和分析，以优化可制造性和可持续性外，还能通过CAD流程，直接从信息模型创建设计可交付成果，并且通过CAD技术构建的机械制造信息模型可交付成果不仅包括设计的二维制造文档，还包括模型本身及其包含的所有丰富信息，这就是设计上的一种集成。在机械制造的过程中，集成化的生产无论是对机械制造效率的提高还是对其制造难度的降低都有着莫大的益处。所以，像集成化制造这样能可见的减少制造工序，减少资源消耗的手段将是今后机械制造中的必然方向，我们有必要推进以“集成平台”为载体的机械“集成化”制造作业。4结束语在机械设计和制造的相关行业，对视觉对象的需求早已超越了语言和文字的范畴。而CAD则能以其优秀的绘图能力在机械制造领域表示物理对象和数据之间的关系，这使得在机械设计和机械制造领域，CAD已逐渐成为设计的主流和规范。相信在未来，随着科技的发展，CAD能为机械制造领域带来更大的变革。参考文献：[1]王治海.