CAD技术在机械设计和加工中的作用和运用
CAD技术在机械设计和加工中的作用和运用
1.引言
随着计算机技术的不断发展，CAD技术的应用范围还在不断扩大，已被应用在辅助设计与绘图、产品设计检验、工程分析与结构优化、模具设计与制作以及逆向转换设计等多个方面[1].CAD技术在提高产品质量的同时，也大幅提高了企业的设计和生产效率，成为机械制造企业提升市场竞争力的重要手段。因此，进行CAD技术在机械设计与加工中的应用研究，对提升我国机械制造水平，促进机械制造企业快速发展具有十分重要的意义。
2.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。
3.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。
4.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。
5.结束语
CAD技术已经给机械设计和加工行业带来了一次技术革命，推动机械制造业进入了一个新的发展阶段。随着计算机技术的不断发展，CAD技术还将不断革新和更加完善，向着系统集成化和智能化方向发展，为机械产品的规模化生产提供更强有力支持，推动机械制造领域继续发展创新。目前，我国机械设计和加工领域的CAD技术应用水平已经取得了很大进步，但和国际先进水平相比仍有很大差距，这就需要我们加大CAD技术的应用研究力度，进一步促进我国机械制造业的发展和壮大。
参考文献
[1]徐小龙。浅析CAD在机械设计中的应用[J].魅力中国，2011（14）。
机械设计制造专业毕业后就业前景较好。但有一点务必要有思想准备：由于该专业的知识面较广，所以在学校学习的知识是远远不够的，还需要在工作中进一步学习来积累经验，这样在毕业参加工作时，头几年的工资就不会高。但是随着经验的增加，工资会逐步增长，一般在5~7年以后经验会非常丰富，这时工作起来会非常得心应手，得到重用。
机械设计与制造主要研究机械制图、电脑辅助制图、机械工件设计等方面的基础知识和专业技能，在机械设计与制造领域进行非标工件设计、标准工件改良、机械零件加工、机械设计装配等。例如：对零件的形状、结构、材料、加工方式等进行设计。
本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握现代机械设计、机械制造工艺、机械制图等基本知识，具备机械设计、机械加工工艺编制、数控编程与加工、机械零件测量及生产管理等能力，从事机械设计与制造、设备生产与安装、调试与维护、生产现场管理等方面工作的高素质技术技能人才。
课程体系
《机械制图》、《机械设计基础》、《计算机CAD绘图》、《公差配合与测量技术》、《工程材料》、《金属切割原理与刀具》、《机械加工工艺方案设计》、《现代加工技术》、《机床夹具设计》、《数控加工技术》、《液压与气动》。
《电工基础》、《三维造模设计》、《SolidWorks软件应用》 部分高校按以下专业方向培养：3D打、智能制造、数控加工技术、阀门设计与制造、机床再制造技术、汽摩零部件制造。
机械设计与制造专业就业需求旺盛，前景很好，主要面向机械制造企业、产品设计及应用企业，在设计、工程、生产及质检管理等岗位群，从事产品的结构设计、机械加工、零件制造工艺编制、产品质量检验、现场管理和技术服务等工作。
随着近些年国家工业的不断发展,社会.上对于精通现代机械设计相关专业的人才需求逐渐增加，尤其是在每所高校中机械设计与制造专业的就业率是非常不错的。需要掌握的能力：1. 具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、机械工程材料、机械设计工程学、机械制造基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识；3. 具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能；4. 具有本专业领域内某个专业方向内所必要的专业知识，了解其科学前沿发展趋势；5. 具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力；6. 具有较强的自学能力和创新意识。
• 能量转换机械，包括将热能、化学能、原子能、电能、流体压力能和天然机械能转换为适合于应用的机械能的的能量变换机械。
• 生产各种产品的机械，例如农业、林业、矿山等需要农业机械、林业机械、矿山机械；冶金和化学工业需要冶金机械、化工机械；纺织和食品加工工业需要纺织机械、食品加工机械；
• 人类生活的应用机械，包括交通运输业需要各种车辆、船舶、飞机等；各种商品的计量、包装、储存、装卸需要各种相应的工作机械。提供家庭和个人生活中应用的机械，如洗衣机、冰箱冷气、吸尘器、钟表、照相机、运动器械、汽车、自行车、缝纫机，等等。
• 各种机械武器。
不论于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，按其工作性质内容可分为几个方向。
• 发展可以实际地和直接地应用于机械的理论基础。
探索应用技术中出现的新理论、新技术、新材料、新工艺，进行必要的新产品试验、试制、评价、鉴定和定型。
• 不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。
分析正在试用的和正式使用的机械存在的缺点、问题和失效情况，并寻求解决措施。
• 新产品的生产。
包括制造工艺；设计和制造工具、模具，装配、试车等；对产品质量进行有效的控制。
• 新产品的应用。
这方面包括设计、制造、安装、调整、维护修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。
• 机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染和自然资源过度耗费方面的问题及其处理措施。
这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。
前瞻领域
微机电系统
微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。这些系统的大小一般在微米到毫米之间。比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要小得多。它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造。其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。
奈米技术
奈米科技是一门新兴应用科学，其目的在于研究于奈米规模时，物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用。奈米科技是许多如生物、物理、化学等科学领域在技术上的次级分类。奈米科技的神奇来自于其在奈米尺度下所拥有的量子和表面现象，并因此可能可以有许多重要的应用和制造许多有趣的材质。
未来展望
机械工程与人类的生存环境是息息相关的。
工程技术的发展在提高人类物质文明的同时，也对自然环境起了破坏作用。20世纪中期以来，暴露出来的严重问题有两个方面：资源（其中最严重的是能源）的大量消耗和环境的严重污染。
在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。
PS：以上个人浅见仅供参考
机械设计制造及其自动化这个专业挺好的，就业前景可以说是非常不错的。我是桂林电子科技大学18级的学生，然后我的一个高中同学就是机械设计制造及其自动化专业的，今年他签了一家企业，岗位是高级设备工程师，工资有12k，可以说是相当的可观。平时我们也有一起聊聊专业的问题，下面我就来具体谈一下该专业的一些情况吧：
01——个人感受我觉得这个机械设计、制造行业以后前途还是有大的，国家正在进行制造业转型，以后的高学历，高技术的专业人才，肯定是很需要的，国家现在也在考虑制造业留不住人才的问题，后面肯定会给予这些制造业人才更好的福利政策。
还有，这个机械设计制造及其自动化专业比较适合男生去学，因为学习该专业都是与机械去接触，女孩子很多都不情愿去。并且，该专业的难度属于中上，很考验动手能力、实操能力，不能只停留在理论知识上。就比如在以后的工作中，单单凭借学校学习的知识是远远不够的，还需要在工作中进一步学习来积累经验。
说到学习这个专业的院校选择，那肯定是我国的机械五虎，首选清华大学，接着是上海交通大学、华中科技大学、西安交通大学和哈尔滨工业大学。如果，你真的爱好机械、想进一步了解机械之美，那就选择这个专业吧，不会有错的。
02——专业介绍
机械设计与制造主要研究机械制图、电脑辅助制图、机械工件设计等方面的基础知识和专业技能，在机械设计与制造领域进行非标工件设计、标准工件改良、机械零件加工、机械设计装配等。例如：对零件的形状、结构、材料、加工方式等进行设计。
在大学期间，我们也有过这个金工实习，包括车工，铣工，特殊加工（线切割，激光加工），数控车，数控铣，钳工，砂型铸造等。这对于培养我们的动手能力有很大的意义。而且可以使我们了解传统的机械制造工艺和现代机械制造技术。
03——主修课程
机械设计与制造的主修课程有：机械制图、工程力学、机械设计基础、电工电子技术、液压与气动、机械制造设备、机械制造技术、机械制造工艺学、模具设计、计算机辅助设计与辅助工艺管理、数控加工技术、现代机械制造技术。
还有一个最重要的是实践教学课程：包括军训，金工、电工、电子实习，认识实习，生产实习，社会实践，课程设计，毕业设计。
学习本专业的课程需要有一个清晰的头脑，每一个机械零件都要琢磨清楚，不能有微小的误差，讲求的是一种精确度。还需要掌握专业必须的制图、计算、实验、测试、文献检阅和基本工艺操作等基本技能。
04——就业前景
机械设计制造及其自动化专业毕业后主要从事五个方向：(1)从事机加工工艺设计、制造及设备维修、检测等工作；(2)从事机械设计与制造加工工艺规程的编制与实施工作；(3)从事工艺工装的.设计和制造工作；(4)从事机械设计与制造的现场技术管理工作；(5)从事机械设备及其它产品制造部门的生产、管理和销售等技术管理工作。
中国历年机械设计制造及其自动化专业毕业生就业率高达92%，能够达到这样的就业率，跟国家的发展方向有很大的关系，国家工业发展越来越快，越来越强，这就需要更多的机械设计人才，所以选择机械设计制造及其自动化这个专业不会有错的。
05——小结机械设计制造及其自动化这个专业真的很不错，紧跟国家发展的趋势，是国家重点打造专业，持续为国家的工业发展提供优秀的人才，选择这个专业，为我们的祖国建设贡献自己的一份力量。
机械设计与制造专业课程：
高等数学、大学英语、高等物理、机械制图、工程力学、机械设计基础、电工与电子技术、微型计算机原理应用、c语言、机械工程材料、制造技术基础、液压与气压传动、机械制造工艺学、控制工程、测试技术、数控技术、金属材料、模具设计与制造，特种加工技术、计算机辅助设计与制造、先进制造技术等。
机械设计与制造专业就业方向
由于机械设计是最传统的机械学科，以培养现代机械工程师为目的，很多招聘机械类人才的单位大多倾向于招收机械设计专业的毕业生。据了解，机械设计专业的研究生毕业后可以去国家科研单位如中科院各研究院（所）、飞机设计研究院（所）等，也可以去外资、民营企业的研发、生产制造、销售、售后服务等部门。
主要是在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等工作，目前毕业生就业多在北京、上海、浙江、辽宁、山东等地区。
