摘要：伴随着信息技术的高速发展，三维CAD技术逐步趋于成熟，在机械工程设计中三维CAD技术起到了很好的辅助作用，对于机械设计工作起到极大的辅助与推动作用。本文结合三维CAD技术的特点，对其在机械设计工作中的应用予以阐述，并揭示其发展趋势。
关键词：三维CAD 机械设计 应用 发展趋势
现代机械设计是面向市场、面向用户的设计，整个设计要体现着以人为本的理念，深入了解市场的需求以及掌握先进的设计理念，传统的二维设计已经不能够在满足市场发展的需求，在传统的机械设计中对于样图中设计错误设计很难直接发现，缺乏直观性，三维CAD技术的引入，大大的缩短了机械设计的产品试制周期，为使用者提供更为直观的设计画面，极大的降低了错误设计的发生率，有效的提高机械设计生产工作的效率，从根本上改变了传统手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理模式，将其变成了在图形工作站上交互设计，用数据文件发送产品的模式。现代CAD技术的发展与应用已经成为了机械设工作的重要衡量标准。
1、三维CAD技术在机械设计中的优势
1.1 与人的思维过程保持一致
机械设计师在设计时总是先构思后表达，在脑海中想成的产品设计图是三维的，因此，如果在实际设计中也能够实现三维的模型图自然是最理想的表达方式，较大的方便了设计工作的进行，让机械设计员的关注力放在产品的设计本身，而不用在费心思的考虑如何将自己头脑中的三维模型通过二维的图纸来表示。三维CAD设计的样图直观易于理解，这也极大的方便了设计者与他人的沟通与交流。
1.2 缩短了机械设计周期
三维CAD技术可以有效的解决机械设计中的一些几何造型问题。将简单的几何实体通过布尔运算等功能组合出各种复杂的几何实体，并能自动生成相贯线和截交线，大大减轻了设计工作量，缩短机械设计周期近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3-5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
1.3 方便了零件设计与修改工作
在三维CAD系统中，设计者可以在装配环境中进行新零件设计工作，设计者可以根据装配环境中箱体的实际形状直接快速的设计所需学的零件，如果零件的设计出现错误，将无法完成装配工作，另外，设计者也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，还可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。
1.4 可对重要零件进行有限元分析与优化设计
对于形状、受力复杂的重要零件，在运用传统的设计方法进行设计时，由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近，为保证零件工作的可靠性，往往要加大安全系数，使设计出的零件粗大笨重。在三维CAD系统对于这一问题可以很好的给予解决，通过系统中的有限元分析软件，将零件的三维造型数据参数输入其中，就会自动生成有限元网格，对其进行应力变形分析、热及热应力耦合分析、振动分析和形状优化，同时可对不同的工作环境进行对比，直至形成最理想的设计，三维CAD系统的这一功能极大的提高了设计工作的效率，降低了消耗的成本，增加了产品和工程的安全性和可靠性，提升了设计工作的水平。
2、CAD技术在机械设计中的应用
2.1 零件的实体建模
在CAD系统中可以实现的三种建模方法分别为线框模型、表面模型和实体模型。系统本身为设计者提供了最基本的六种体系，立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体，对一些简单的零件，可以进行分解拆分成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。针对复杂的零件，在不能直接分解成基本体的情况下，可以在二维的几何元素中先构建零件的截面轮廓，然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”，进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
2.2 新零部件设计检查
通过三维CAD系统可以对新的零部件首先进行模拟检测与受力分析，在节约材料与降低成本的前提下，保证零部件的稳定与正常使用，提高零部件设计的科学性，提高了机械设计的效率。
3、三维CAD技术未来发展趋势
3.1 实现图形交互
随着硬件在触摸屏技术的方面的飞速发展，未来三维CAD技术的发展将与硬件的发展紧密的结合，将开发出更为灵活的设计软件，通过指尖（或触摸笔）在触摸屏上的点击、滑动等动作，可以方便的实现点、线面的设计，从而实现工程师对产品的设计。为设计者提供更加灵活、智能的工作环境，让设计师可以解放思路，将更多的经历同发到创造性的设计工作之中，提高工作的效率与质量。
3.2 智能CAD技术
智能化是信息技术发展的一个总体方向， 智能CAD技术也是未来CAD技术发展的必然趋势，在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库，及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助，智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能，使设计新手也能做出好的设计来，现代设计的核心是创新设计，人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中，用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
3.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术在CAD中已开始应用，设计师可以在虚拟的环境中设计新的产品，并可以从人机工程学角度检查设计的效果，直接操作模拟对象，检验操作是否舒适、方便，及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题，及早看到新产品的外形，从多方面评价所设计的产品。虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程。虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析，以评价其性能、可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等，基于虚拟样机的试验仿真分析，可以在真实产品制造之前发现并解决问题，从而降低产品成本。虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向。
4、结语
机械设计是制造业发展的核心动力，在信息技术融入到机械设计工作中之后，为机械设计提供了更加广阔的发展空间，尤其三维CAD 技术应用在机械设计中，成为了机械设计工作的重要辅助工具，为使用者提供了更多的便利，极大的丰富了设计工作内容。
参考文献
[1]赵艳霞，李军，卢正明.AutoCAD2004中文版[M].北京：高等教育出版社，2002.
[2]黄森彬主编.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2003.
