CAD技术与机械制图关键技术分析

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2024年3月3日发(作者：)

CAD技术与机械制图关键技术分析■ 万卫峰

引言：随着科学技术的不断发展,CAD技术日渐成熟与完善，并广泛应用于机械制图环节中，在一定程度上促进了机械行业的发展。在给机械制造行业带来发展契机的同时，CAD技术的应用也给机械制造行业带来了新的挑战。传统的机械制图主要依靠铅笔、直尺、图板等工具利用手工绘图方式进行制图，工作效率低。而CAD技术可以利用其各项功能、指令绘制出企业所需要的图形，具有高效率、高质量的特点，因此，需要合理应用并充分发挥CAD技术的优势，来推动机械制造质量的提升。机械制图作为设计者与制造者交流的沟通工具，同时也是衔接两者工作关系的纽带。传统的机械制图以手工制图为主，主要绘制机械的形状参数。在引入CAD技术之后，逐步代替了传统制图方式，不但缩短了制图时长，有效提升了制图效率，还赋予机械制图复制功能，使得不同项目能够共享制图参数与资料。因此，将CAD技术融入机械制图中，利用CAD应用软件的关键制图技术能够设计出最佳的机械图形，有利于推动机械行业的快速发展。1 CAD技术的关键技术1.1 CAD造型技术无论是对机械产品的设计环节还是制造环节，在应用CAD技术时都会涉及与几何形状相关的制图技术，比如形状描述、工艺分析、结构分析等。目前，三维造型理论不再受制于传统制图模式，而且此观念越来越深化，加之传统制图模式的描述性能较差，而且所绘制的线框模型不具备完整性，在这些缺点越来越明显的情况下，机械制图越来越重视实体造型，并广泛应用于实际机械制图中。下面笔者从线框造型和实体造型两方面进行相关阐述：（1）线框造型线框造型是CAD造型技术的三维模型，也是最早的造型技术，它由直线、空间点、曲线三种图形组合而成。在实际应用CAD技术过程中，不仅需要对产品的三维轮廓外形进行相关描述，还需要生成与之对应的三维图形，以此来对视图进行变换，同时调整产品的空间尺寸。（2）实体造型CAD实体造型技术的理论和算法在应用过程中得以成熟，此项技术最初应用于20世纪70年代后期，历经将近10年的应用过程后，国内外开始涌现各种实用性实体造型系统。实体造型的单元体较为复杂，包涵多个基本体素，比如立方体、环球体、圆柱体、椎体、球体均为实体造型技术大单元体范畴。实体造型具有集合运算功能，运用此项功能可以制造出所需要的几何形状。实体造型内容也具有较强的包容性，可包括各个基本体素的定义与描述，还有不同体素之间的拼合，比如经常应用的集合体素构造法、边界表示法、分割表示法、扫描法、特征造型法，都可归纳为实体造型方法。1.2 工程数据技术虽然在机械制造工程数据库系统管理方面，还没有制订出较为完善的管理系统，但是在多年的实践与研究过程中，机械制造行业也取得了不小的进步与发展。即使数据库管理系统还存在很多不足之处，多项技术也不太成熟，但从整体发展情况来看，还是达成了多数功能的应用目的，比如利用CAD工程数据技术可实现多库多表操作，在修改模式过程中可实现动态修改操作，能对不同版本进行统一管理，还可以具备阅读文本、识别图形等功能，即使遇到较长的文本内容，也能够对其进行精准读写和动态修改，准确表述出文本内容。工程数据库管理系统的未来发展会逐渐趋向智能化，不仅要构建多媒体数据库管理系统、分布式工程数据库管理系统，还需要建立面向对象的工程数据库管理系统，这是工程数据库管理系统的必然走向。1.3 用户界面技术在设计用户界面过程中，必须严格遵守灵活性原则、相似性原则、直观性原则和实用性原则。（1）灵活性原则不同的用户有不同的应用需求，在设计用户界面时，需要关注不同用户的需求来进行优化设计，例如，Windows图形界面是用户进入操作系统的初始阶段，此时需要同时具备键盘选择功能和鼠标选择功能，这样才能满足用户的多种需求，凸显出用户界面的灵活操作性。（2）相似性原则相似性原则不仅要求系统内部程序具备相似性特点，2022.11（下）知识文库187

还需要相同类型的不同应用软件也具有相同或者相似制图操作功能。（3）直观性原则所有应用程序所输出的信息不仅要具备准确性，还需要做到条理清晰，用户界面可根据用户需求提供所需要的服务信息，并且能够清晰地显示出当前信息的运行状态，从而体现出应用程序的直观性。（4）实用性原则实用性原则是用户界面技术的基本原则，意指经济实用性。比如，Windows图形用户界面具有多项特征，其中的公共用户界面是微软公司针对Windows用户界面定义的基本规范，可在一定程度上简化界面的操作步骤，有效降低了用户在使用过程中的操作难度；图形用户界面在Windows系统中起着关键作用，能够帮助Windows系统最大限度的发挥图形功能。另外，用户界面还具备网络支持功能，比如文件服务、打印服务、电子邮件、图文信息和数据信息的存储和管理等。2 CAD技术在机械制图中的优点2.1 提高精度随着科学技术的逐渐提高，模具部件越来越精密，建筑设计也越来越精准，而这些情况的出现使得传统机械制图无法满足机械制造行业的制图需求，因此就需要将CAD技术应用到机械制图中，来保证机械制图的精密准确性。传统机械设计一般标注到毫米即可满足普通机械制造的精度要求，对结构计算方面的精度要求也不高，施工过程也没有较高的精度要求。但是遇到规模较大且复杂程度较高的机械设计，如果没有三维CAD技术的支撑，设计难度将会大幅提升，不仅无法保证设计速度，机械制图的精准性也会受到重大影响。因此，CAD技术在机械制图中的应用，可以有效保证制图效率与精度。2.2 方便设计CAD技术的应用需要借助计算机设备，在设计过程中计算机屏幕可以作为绘图板，不仅帮助设计人员告别了传统机械制图方式，不再受限于铅笔、支持、图板等工具，还使得机械制图更具智能化。比如手工绘制一张大小为A3的图纸，需要花费2～3天的时间，如果在绘制过程中出现偏差需要反复修改，有可能导致整张图纸作废。而CAD技术的应用比传统机械制图相比不仅设计比较方便，还能提供图形视图功能，一旦发生绘制错误或者偏差可以直接进行修改，保证了工作效率，还降低了设计成本。2.3 功能强大机械制图涉及众多机械部件，比如轴承、螺栓、螺母、螺钉、垫圈等，在绘制这些部件图形的过程中需要保证符合国家标准要求。CAD制图能将符合国家标准要求的部件图形聚集在一起，从而构建成完整的部件图形库。当制图过程中需要使用这些图形时，设计人员可以直接从图形库中调取相关图形信息，只要稍加调整优化便能用于机械制图中。在图形制作完成后，可应用CAD技术的打印功能或者存储功能进行妥善管理，无论是打印出来的图纸，还是保存在硬盘上，均是传统机械制图无法实现的效果。2.4 三维演示在应用CAD技术过程中，如果仅靠二维图像功能来绘制图形是难以取得预想的制图效果的。CAD三维技术赋予了机械制图色彩性，使得机械产品的颜色、质地、体积、重心、转动频率等性能直观地呈现在人们面前，即使是不懂机械原理的“局外人”也可以通过三维制图轻松地了解制图信息，从而帮助设计人员传递设计理念。2.5 规范标注CAD制图技术可以根据用户需求添加标注和参数，但是所添加的内容需要符合机械制图规范。传统机械制图方式在添加标注和参数时不具备规范性，且需要一图对应一标注，而应用CAD制图技术就可以解决以上问题。应用CAD制图技术可将各个部件的参数规范的标注在设计图纸中，这些参数可直接决定实际生产产品的尺寸大小和型号，比如半径、长度、角度等。3 CAD技术的未来发展方向及其在机械制图中的应用3.1 CAD技术的未来发展方向（1）智能开发CAD技术的应用越来越智能化，这是机械制图软件系统的必然发展趋势。智能化的CAD技术具有处理数据、应用信息等多项功能，可降低机械制图的烦琐性，而且应用CAD技术可进行推理、优化、判断等，从而体现出CAD技术在机械制图应用过程中的专业性。（2）全面发展CAD技术可对机械制图软件进行集成开发，使之成为统一的集成设计链接，比如文档编辑链接、管理链接等，实现信息集成和资源交换的目的。CAD系统包括微机系统和工程工作站系统，因此CAD系统具有诸多优点，不仅能降低机械制图的设计价格，增强机械制图设计的各项性能，还能扩大网络系统容量，为后续的系统维护提供各种便利条件。目前国外应用CAD系统的情况来看，已经一半以上的工程工作站系统开始应用CAD软件，而且40％以上的微机系统188知识文库2022.11（下）

也在逐渐渗透CAD软件。（3）视觉开发视觉开发通俗来说是指用户界面的可视化特点，视觉开发的发展走向需要建立在用户界面技术之上，目前CAD软件系统对图形设计要求在逐步升高，在制图过程中不仅要保证图纸和图形的真实性，还需要注重制图过程和结果，从而体现出CAD软件系统的可视化功能，并对制图过程实现动态可视化。（4）并行开发并行开发一般指处理技术的并行化。在应用CAD软件过程中，设计人员需要对每个特点应用对象进行深入研究，并分析相应的并行算法，CAD技术的并行处理可有效提高机械制图的工作效率，使得处理数量实现质的提升。另外，系统产品的标准化发展能够为CAD技术指明新的发展方向。随着CAD技术的日渐完善，其被广泛应用于机械制图中，而且随之出现的CAD技术越来越多样化。为了使不同的CAD应用软件实现资源共享，需要制订出规范化的系统产品标准要求，并开发出与之相关的数据信息交换标准，比如STEP和IGES。3.2 CAD技术在画法几何中的应用在实际应用CAD技术绘制几何图形时，需要先确定坐标，并通过坐标方式明确不同的输入点，从而实现精准绘制部件的点线面。CAD应用软件具备视图功能，利用此项功能的“视口”可建立不同的视口，分别为主视、左视、俯视、西南轴测，接着通过“绘图”功能中的“实体”工具建立三维立体图形。在三维立体图形中，需要赋予其不同的色彩，此时就需要选择相应的线面来进行着色处理，保证线和面的色彩饱和度。在上述操作的基础上，设计人员需要对不同位置的线和面进行分析，从中掌握不同角度线、面的投影线特性，并将关于点线面的抽象知识渗透到具体的三维立体图形中，从而对物体进行三维投影，增强几何图形的立体性特征。3.3 CAD技术在剖视图中的应用剖视图大多用于多孔槽的零部件中，需要对零部件进行虚拟剖开，从而得出零部件的剖切面。由于零部件剖开面的虚线较多，其形态也具有一定的复杂性。因此，在绘制剖切面过程中，需要应用到多种线条，由于这些线条错综复杂，导致设计人员难以想象出实际产品的外观性质和特征。在应用CAD技术之后，可构建出相应的零件模型，并利用CAD软件系统的剖切功能对零部件进行虚拟剖切，方便设计人员了解零部件的内部属性，从而掌握零部件的结构特征，有效提高剖视图的精准性。另外，在应用CAD技术绘制剖视图过程中，需要应用多种剖视方法，这样可对零部件实现不同角度的剖切，从而深入了解剖视图结构。3.4 CAD技术在组合体视图中的应用组合体视图是机械制图的重要部分，在绘制组合体视图过程中，需要应用线面分析法和图形分析法来进行图形绘制，这两种方法可以帮助设计人员了解线面的投影特点，掌握基本几何体的投影特征，并在此基础上利用对比方式了解组合体的整体形状，分析、整理出组合体各个部分的关系。应用CAD技术绘制组合体视图时，可以通过三维实体建模功能对组合体进行造型设计。由于具体的造型方式需要由组合方式来决定，因此，需要先明确独立的造型平面，在此平面上构造出基本的几何体，接着，选择合适的坐标轴位置确定不同几何体的旋转方向，并将各个组合部分转移到事先确定好的位置，再对其实施组合操作，以此来绘制出完整的组合体。由此可见，CAD技术的三维建模功能能够快速处理形体庞杂的结构图，并能保证绘制图形的精准性。3.5 CAD技术在基本机械形状中的应用在机械制图过程中需要绘制各种形状的基本图形，比如多边形、椭圆等，虽然这些图像形状不一，但需要对其继续进行规则性排列，而应用CAD技术可以对图形进行有序排列处理。以绘制对角线长100的正五边图形为例，首先，需要绘制两条长度同为100的重合线段，以线段的一头为端点，按照旋转角度理论，将其中的一个线段调整为72度；接着，对两个未相交的点进行衔接，从而形成五边形的边线。然后，按照AR排列命令以环形方式进行排列，使之成为360度并连续旋转5次，并将已经生成的4条直线进行端点衔接，形成环状连接方式，从而构建正五边形图形。在此期间，可通过CAD技术的POLYGON的命令来绘制图形，即输入POLYGON+5（该数字表示多边形的边数），选择其中的一点来确定五边形中点位置。4 结语综上所述，信息技术的飞速发展很大程度上推动了CAD技术的应用与进步，并在多个领域中取得了显著的应用效果。将CAD技术应用在机械制图中，能够较为直观地呈现出所需要设计的图形图像，为设计人员观察、分析、想象、设计提供了便利的条件，在CAD技术的支撑下能够快速绘制出各个零部件的结构形状，大大提高了工作效率，推动了机械制造行业的进一步发展。（作者单位：张家港市第三职业高级中学）2022.11（下）知识文库189

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