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CAD技术在机械设计和加工中的作用和运用
CAD诞生于60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。下面是小编给大家整理的关于CAD技术在机械设计和加工中的作用和运用，欢迎阅读！
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1.CAD技术的概念
CAD（Computer Aided Design）技术，即计算机辅助设计技术，是指利用计算机软件和硬件系统对产品进行设计、绘图、辅助工程分析及技术文档编制等应用技术的总称。CAD技术是一种集计算机科学技术和工程设计方法为一体的计算机应用技术，其诞生于20世纪50年代，并随着计算机技术及电子技术的发展不断发展革新。
CAD技术已被广泛应用于交通、航天、机械、化工、电子以及建筑等多个领域，用来解决产品设计、生产成本及周期等方面的相关问题，大幅提升了这些行业的生产效率。CAD技术在机械设计和加工中的应用解决了传统设计和加工方式的误差大、效率低等问题，使其产品在生产速度和生产质量上都实现了更新换代。因此，CAD技术已成为现代机械设计和加工中一个重要组成部分。
2.CAD技术在机械设计和加工中的作用
CAD技术在机械设计和加工中的作用主要有以下几个方面：
（1）实现设计数字化。
采用CAD技术，可以通过计算机的二维图形绘制、三维实体建模，人机交互和机械模拟仿真等功能，实现机械设计过程的数字化。通过对产品的数字化设计，可以检验零件设计形状和位置，充分保证零件间的精确结合，大大降低设计误差。利用建模组合及模拟仿真，还可以提前检验机械部件的装配问题。利用数字化的部件可以透视到零部件的内部，观察部件的装配关系， 检验各部件是否已达到设计要求，迅速找出装配中可能发生的问题，大幅降低产品的设计报废率。
（2）缩短设计周期。
在机械产品的传统设计过程中，如果对某部件尺寸进行修改，需要重新将所有部件匹配为新的尺寸，从而导致整个机械产品的改型。而借助CAD技术可以大幅缩短这个过程，例如，将某零件的尺寸从150mm改为300mm,仅需要在机械设计软件上改变尺寸，其他相关零件也会相应自动调整尺寸。因此，CAD技术可以将机械设计效率提高3~5倍，大幅缩短了机械设计周期。
（3）提高产品质量和品质。
借助CAD技术，可以采用图形优化、有限元受力分析等技术手段对机械设计进行结构优化，并将机械制造技术与信息技术相融合，在生产过程中引入了与CAD设计方法相结合的CIMS组织生产方式，进一步提高了产品的整体设计质量和品质。
（4）激发创新设计。
在传统的机械设计过程中，机械产品的修改困难且成本过高，导致机械产品多是常规设计，而创新类产品较少，严重限制了机械产品设计上的实质性创新。而借助CAD技术，可以在常规设计数字模型上大胆尝试新理论和新技术，设计出逼真的创新产品，充分激发设计人员的创新灵感，带来全新的创新设计。
3.CAD技术在机械设计和加工中的应用
（1）机械设计和辅助绘图。
用于机械设计的三维CAD系统具有十分强大的设计功能，可以通过其重构功能快速得到一种全新的设计，也可以在特定的装配环境中设计新零件，即利用相邻零件的形状及位置王静锦西工业学校 辽宁葫芦岛 125001设计新零件，既方便、快捷，又避免了单独设计零件可能导致的装配失败，大大提升了设计人员的工作效率，并加强了设计的标准化。在传统的机械设计过程中，手工绘图的工作量非常大，而且准确性和美观性不高。利用CAD软件自带的丰富图形库与功能完备的绘图命令，可以很容易地绘制出高质量的机械工程图，大大减轻了绘图人员的劳动强度。计算机辅助绘图大幅提高了机械制图的质量和效率。
（2）零件与装配图建模。
三维CAD系统有线框模型、表面模型和实体模型三种建模形式，可用于机械产品零件和装配图的实体建模。利用CAD软件中的基本体系和布尔运算，可以完成简单结构零件的三维实体建模。而对于结构复杂的零件，可先用二维几何元素构造大致形状，再对其进行拉伸或旋转等操作实现造型，最后通过计算获得三维实体模型。当机械产品零件的实体建模完成后，设计人员就可以通过CAD软件的三维编辑功能对零件模型进行“装配”,整合出机械装配图。
（3）设计检验。
利用CAD系统软件的零件回放功能，可以通过动画播放的形式，清晰直观地演示机械产品的零部件装配情况。在发现零部件结构或功能上的不合理之处后，可以利用资源查找器对整个机械产品中的某一个零件进行修改，避免零件错误导致整个机械产品的装配失败。在进行新机械产品的设计时，这种零部件设计的自动化检验方法，可以大幅提高机械零部件之间的适配准确性，防止新产品出现质量问题，从而保证了设计的可行性，并且提高了设计效率。
（4）工程分析与结构优化。
对机械产品的力学性能分析和结构优化，是机械设计和加工过程中必不可少的环节。随着有限元分析和动力学分析等现代分析方法的发展，CAD技术在工程分析和结构优化功能上得到了充分拓展。很多CAD软件已具备了与ANSYS等有限元分析软件的接口，设计人员可直接将产品的三维实体模型导入至有限元分析软件中，对产品模型进行工程分析，并根据结果进行产品结构的优化。另外，还可以利用机械CAE软件，对设计的动态特性、碰撞问题、运动特性、结构合理性以及材料强度等方面进行工程分析与结构优化。
（5）模具设计与制造。
随着制造业生产技术的革新，机械制造加工已从传统机床发展为加工中心和数控机床，模具CAD/CAM技术及模具激光快速成型技术的使用越来越广泛。利用CAD技术设计实体模具时，要尽量避免内腔、凹、凸模及加强助等潜在干扰因素，先绘制出数控刀具的路径，再检查加工过程的可行性。要特别注意的是，在设计冲压零件表面时，必须使用专用的曲面设计软件，只有这样才能保证冲压零件表面和模具表面的一致。
（6）逆向转换设计。
借助CAD技术，可以通过多种方法实现产品的逆向转换设计。可通过CAD制图软件的坐标测量方法，将实物转化成虚拟模型；也可以利用数据绘制网格对点进行模拟，进而得到连续曲面，再通过对曲面的修复得到实物模型，或利用SCAN-TOOLS技术对生成的曲面进行裁剪、延伸等操作，将曲面转换为实体；还可以利用相关软件进行参数化设计来完成模型重建。
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1、机械工程设计与CAD技术概述
机械工程设计是机械工程的重要组成部分，要明确了解机械工程设计，首先，要对机械工程有清晰的认知。从社会实践活动角度进行分析，所谓的机械工程具体指的是一项以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性，即以提高人类的利益为目标研制和发展新的机械产品的综合项目。机械工程设计具体指的是为了满足生产实践需要进行的机械设备具体设计。从现实分析来看，机械工程设计对机械工程的具体实施有显著的影响，所以强调设计有突出的现实意义。
CAD在目前的设计制图中有突出的应用，而所谓的CAD，具体指的是在设计人员进行设计时利用计算机或者是图形设备辅助完成设计工作。对目前工程和产品做具体的设计分析会发现，在设计过程中会涉及大量的计算，同时，还会有设计图片或者是其他数据信息的存储需要，计算机可以帮助计算，也可以进行数据存储。
利用计算机的计算结果进行设计分析和完善，设计方案的优化效果会显著地提升。就现实中的设计分析来看，设计中出现的各种信息，具体如图片、文字、数据等都可以在计算机的内部存储或者是外部存储中进行存放，基于存储进行快速的检索，设计信息能够被迅速地利用。比如，在某产品设计时，设计人员可以直接从存储中进行产品草图的检索，然后，基于自身设计产品的参数等进行修改和完善，这样，整个设计工作的实效性会有显著的提升。简而言之，CAD在设计实践中的有效利用可以实现设计工作的规范化和专业化进步，可以实现设计的效率提升。
2、机械设计行业使用CAD的优势分析
就目前的机械工程设计分析来看，较多企业在设计实践中使用到了CAD技术，对该技术的具体应用做分析发现其具有以下四个方面的突出优势。
第一是在设计实践中，利用CAD技术后，零件设计更加方便。从目前的案例设计实践分析来看，CAD技术的具体利用不仅可以完成装配环境下的新零件设计，还可以利用装配环境下不同零件的相互关系实现新零件的设计，这样，整个设计工作的效率有了显著的提升，便捷性也有了明显的提升。
统计发现，采用CAD技术进行零件的具体设计，有效地规避了零件单独设计导致的装配失败问题。第二是在设计中，利用CAD技术实现了装配零件的直观性显示。在装配零件时，如果是传统的装配方法，需要对不同的零件进行配装，这会导致工作量的加大，整个工作效率会受到影响。
在利用CAD技术后，装配零件时可以利用资源查找器进行相关零件的查找，这样，零件以及零件的相互关系会更加的明确，具体的装配过程会更加的快捷。
此外，在装配中，零件还可以进行隐藏，所以，在外部零件被隐藏后，内部的装配结构会更加清晰地展现出来，基于装配模型对具体的装配工作进行运动演示，并对运动过程进行监管，确定其达标效果，这样可以为具体的设计更改提供参考，以此达到设计质量提升的目的。
第三是利用CAD技术可以有效地缩短设计的周期，实现设计效率的提升。从目前的资料统计来看，在机械工程设计实践中利用CAD技术，整个设计周期会缩短1/3。利用CAD技术进行具体的机械设计，只需要对其中的零部件进行重新的设计和改造，而具体的零部件设计会集成以往的信息，这有效地节省了数据计算和论证的时间，所以机械设计的效率会有大幅度的提升。目前的数据统计显示，在设计中，利用CAD技术，设计效率会提升3～5倍。
再者，CAD系统具有比较强的高度变型计算能力，可以快速实现设计要求。第四是利用CAD技术进行机械产品的设计，产品的技术含量以及质量会有显著性的提升。
从目前的设计实践来看，CAD在具体设计时会利用到较为先进的方法，就现在的设计分析来看，其使用的方法有有限元受力分析法、产品的虚拟设计法等，这些方法的具体使用明显地提高了产品设计的质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性较好，保证了产品的质量。
3、机械工程设计中的CAD技术应用分析
在目前的机械工程设计中，CAD技术的应用比较广泛，具体的应用表现在如下几个方面。首先，是利用CAD技术进行机械设计绘图。
绘图是机械设计中比较关键的部分，而CAD技术的具体应用也多体现在绘图方面。从现实分析来看，CAD技术具有非常强大的绘图功能，工程师可以利用CAD技术进行，手绘没有办法设计的构想和需求设计，甚至有的工程师会利用CAD技术绘制不可思议的作品。对CAD技术应用基础上的机械绘图进行分析发现，零件尺寸不合规范的情况基本不会发生，而且随着CAD技术研究的深入，其在数据精度控制方面的效果越来越突出，所以，利用CAD技术绘制的机械图精准度有了进一步的提升。
其次，是利用CAD技术继续拧设计建模。从现实分析来看，如果要设计新的机械零部件，需要在产品生产之前进行建模，以此实现对零部件的具体分析和讨论。
对CAD技术的建模做具体的分析发现，其主要有两种方式，分别是机械线框建模和实体建模。建模需要有准确丰富的数据，CAD系统存储的大量数据会成为建模的有效参考，如此一来，建模的科学性和合理性会更加突出，而基于建模的分析结果也可以很好地指导实践工作。
最后，是利用CAD技术完成对机械工程设计的结构优化和可行性分析。从目前的资料统计来看，利用CAD技术可以实现对机械零件的结构分析和力学分析。
从现实分析来看，零部件的结构问题或者是受力问题，即使微小也会对零件的具体应用产生影响，所以在设计实践中，利用CAD技术对具体的零部件结构和受力进行检测分析，实现相应优化，这样，零部件的设计整体效果会进一步提升。