机械制造中的机械设计技术分析

王灵珠

（湖南财经工业职业技术学院，湖南 衡阳 421002）

在“中国制造2025”背景下，机械制造产业快速发展，促使机械制造企业发展速度加快，并在激烈的市场竞争中站稳脚跟。机械设计为机械制造中最重要的环节，机械制造设计质量对机械制造高质量发展产生直观影响，为提高机械制造设计质量，转变传统机械设计方法，可采用计算机辅助设计，即CAD 设计。计算机辅助机械设计可提升机械设计的工作效率，对降低机械设计难度、减轻设计人员的工作压力有积极影响。相较于传统手绘设计，计算机辅助机械设计可实现大量设计参数的保存与计算，为机械制造提供可靠的数据支持。同时，利用计算机辅助机械设计，能完成机械零件的多样化处理，避免出现设计误差及影响机械制造零部件的精准性，从而提高机械制造的质量。因此，在“中国制造2025”中应积极运用计算机技术，不断加强对计算机辅助机械设计的研究力度，深化计算机辅助，确保机械设计与实际需求相符合，进而提高机械制造企业的市场竞争力，并对机械制造领域的可持续发展提供支持。

1 机械设计技术在机械制造领域中的发展现状

传统形式的机械设计技术十分单一，仅仅通过人工手绘的方式来完成。在此情况下，机械设计技术就难免存在着诸多缺陷，如设计周期长、各机构协调性差等，进而影响到机械产品的生产质量。随着科学技术的发展，机械制造领域也开始不断进行新的机械设计技术研发与应用。尤其是在计算机技术以及相关制图设备、软件等的辅助作用下，机械设计技术更是实现了突飞猛进的发展[1]。

2 机械设计技术在机械制造中的具体应用分析

在当今的机械制造领域中，机械设计技术均借助于相应的计算机辅助设计软件来实现，从而促进设计效率与精准度的显著提升。目前，应用到机械设计中的技术主要包括4 个方面：一是二维图样设计技术；二是三维建模设计技术；三是二次开发设计技术；四是逆向工程设计技术。以下对这4 种机械设计技术在机械制造领域的具体应用进行分析。

2.1 二维图样设计技术的应用

机械设计涉及内容较多，需进行图样设计，因此二维图样设计技术的应用最为广泛。而在该设计技术的具体应用中，AutoCAD 是其常用设计软件，其主要功能包括：文本设定、标注、中心线与圆心标记、表格、修订云、视图、布局、字段、数据连接、数据提取、动态块、阵列和参数化约束。该软件的交互界面所具备的功能较为全面，对设计人员的操作技术要求不高，可在多种文档形式的设计环境中广泛应用。因此，要重视二维图样设计技术的优化，并以此提升机械图样设计的质量，为机械零件的生产奠定基础。

在机械设计中，二维图样的绘制所涉及的关键要素较多，且重复性较高。以表示零件表面粗糙度的符号、表示零件质量的符号为例，其在机械设计中大量存在。机械设计人员在利用AutoCAD 软件绘制图样时，设计人员为了提升工作效率，应将常用符号、常用零件的图形进行规范化设计，以通用符号为准，保证二维图样设计的准确性。在对二维图样进行实际绘制的过程中，如果需要进行图形和符号的重复应用，设计人员可借助AutoCAD 软件对其中的相应图块直接进行调用，不需要重新进行绘制，直接插入图纸中即可。在将相应的图块插入到图纸的过程中，设计人员也可以按照实际的设计要求来进行图块的合理调整，这样就提升了二维图样绘制中的便捷性，提高其绘制效率。

通过AutoCAD 软件设计机械二维图样，既能实现对机械图样设计工作可靠性的高效判断，又能确保机械零件型号满足机械实际所需。设计人员需要不断完善模型，从而实现对机械零件的完美绘制与制造，且机械零件需要进行承载试验，以确保其质量[2]。通过此方式，可有效确保机械设计的可靠性。另外，借助于AutoCAD 软件中所具备的网络功能，设计人员也可以对机械零件的设计数据进行共享，以此来加强设计与制造部门的协调沟通，从而提升机械设计效果，优化部门与部门之间的沟通，并保障了机械制造的质量性。

2.2 三维建模设计技术的应用

目前，机械制造领域正在不断发展，在此情况下，市场对于产品设计也有了高质量与精细化等要求。为适应行业发展，满足市场需求，机械产品也开始逐渐朝着更加复杂、精细的方向发展。在此过程中，如果仅仅采用二维图样设计技术来进行机械零件的设计，那么机械设计与制造方面的实际需求也就难以得到有效满足。基于此，三维建模机械设计技术便开始在机械制造领域中得到了广泛应用。使用该技术进行机械设计的过程中，通常不能通过一次性的设计来达到机械设计与制造的实际要求，因此，其三维模型需要通过设计、仿真以及再设计3 个阶段来进行构建，这样才能有效地确保机械设计的可靠性，为后续的机械制造奠定良好基础。

在对机械零件进行三维建模设计的过程中，计算机辅助技术被广泛运用，以CAD 建模、CAE 仿真为常用技术。在设计中，应根据实际情况与设计需求进行机械零件的建模设计，且需要对机械零件进行虚拟装配，以保障实现机械零件的组装，确保零件的精准度，保证机械质量。这样才能有效保障机械产品的科学、合理设计，并确保其实用性。

CAD 具有三维建模功能，且种类丰富，可在机械零件建模设计中广泛运用，笔者根据实际情况，结合实际需求选择相应的模型类型。图1 为通过AutoCAD 软件进行机械零件三维模型构建图。从左到右分别是三维线框模型、三维实体模型、三维曲面模型以及三维网络模型。

图1 机械零件三维模型构建图

其中，三维线框模型主要在初始化设计迭代中使用，它具备较好的透视性效果，可用作几何参照图形，进而为后续的模型构建与修改提供帮助。三维实体模型的主要功能是对机械设计产品中的实际情况进行展示，它的效用非常高，可在实际的机械零件设计中达到良好的轮廓拉伸以及图元合并效果。此外，通过该模型，还可以对机械零件中的截面及相应的质量特征加以直观展示[3]。三维曲面模型的主要功能是帮助设计人员对机械零件的曲面设计进行全面分析，并对其进行精准控制。三维网络模型的主要功能是对机械零件进行多样化处理，（即自由雕刻、锐化以及平滑处理）。该模型可有效满足机械零件设计中的需求，保障机械零件的质量。另外，借助于CAD 软件，可将二维图形转化为三维模型，进一步满足机械零件的实际设计需求，对机械零件的生产有积极意义。

CAE 仿真技术能够对机械零件模型进行虚拟装配，设计人员可从机械零件虚拟装配的整个环节直观地了解情况，明确各个机械零件间的关系，并以此为依据进一步完善机械设计，通过该方式可进一步确保机械制造领域中的设计效果与设计质量。在此过程中，为进一步确保机械设计效果与质量，技术人员需确保建模及仿真过程中的计算机辅助效果，以此来满足实际的机械零件设计与制造需求。

2.3 二次开发设计技术的应用

随着机械制造行业的发展与进步，各种机械产品的功能也需要不断优化，这样才能满足实际应用与发展需求。在此过程中，为实现机械产品功能的进一步优化，在满足实际应用需求的基础上进一步实现机械零件设计成本和生产成本缩减，需对机械零件进行二次开发，即在机械零件原有的机械设计上做出相应的定制化修改，以此来改进和优化其原有的功能，并实现设计时间与设计成本良好节约的一种机械设计方法。一般情况下，在对机械产品进行二次开发设计的过程中，并不会对其原有的作用、功能等内核造成改变，仅是在原有的基础上使其得到进一步的优化。

目前，在机械制造领域，计算机辅助形式的设计技术是最为关键和常用的设计技术，同时也是机械零件二次开发设计过程中最为主要的设计技术。在具体的二次改造设计中，常用VAB 及AttoLISP等软件，此类软件具有共同的特性，即操作简单便捷，各种数据信息保存完整快速（图纸及数据等），对提升机械零件设计成效有积极作用。因此，上述软件被广泛运用在机械零件的二次开发中，大大提升了机械零件的设计效率。使用该类软件对机械零件进行二次开发设计时，应全面了解机械零件的设计需求，不同的设计需求，其所需要的计算机辅助系统功能也不尽相同，应在了解设计需求的基础上选择合适的计算机辅助系统功能。特别是在CAE仿真系统的应用过程中，更是存在很多的不同点。基于此，在二次开发设计与仿真操作中，设计人员一定要明确设计需求，结合实际情况，对相应的设计工具和仿真类型进行合理选择。通过此方式才可以让机械零件的二次开发设计效果及其设计质量得以良好保障，满足其实际应用与发展需求。

2.4 逆向工程设计技术的应用

逆向工程设计技术可实现对机械产品的具体设计。通常需确定目标机械产品，并作出合理的逆向分析工作，进而获取机械产品的设计参数，即机械产品技术规格、功能、结构等，并依据机械产品设计的相关参数实现对机械产品的再设计。在机械产品逆向分析中，需借助计算机辅助软件完成逆向分析工作，获取全面数据。CAD 软件、CAE 软件及CAM 软件等计算机辅助软件，则是机械产品逆向分析工作中所需要的软件[4]。借助于这些软件，可对目标产品进行虚拟模型，然后借助目标产品的实际测量扫描来确定其尺寸信息，并逐步对其进行分解与分析。图2 为机械产品逆向工程设计流程图。

图2 机械产品逆向工程设计流程图

在当今的机械制造领域中，Imageware 是最为著名的一个逆向工程设计软件。通过该软件进行机械零件的逆向设计，一是对机械零件中的点阵数据进行采集，并将其导入该软件中；二是将点阵数据作为依据，确定机械零件的曲线类型；三是创建机械零件的曲线，并对其进行合理的修改和优化；四是根据实际需求，结合实际情况，对需构建的机械零件曲面类型加以明确，并对构建出的曲面进行合理优化；五是实现机械零件模型的科学构建。

3 结束语

在机械制造过程中，机械设计是一项最为基础性和关键性的环节，它会对后续的机械制造工作顺利进行以及机械零件生产质量产生直接的影响，同时也会影响到机械零件后续的应用效果。因此在具体的机械制造过程中，制造企业和设计人员一定要注重机械设计技术的合理应用，将相应的计算机设计软件作为辅助工具，替换传统的人工手绘设计模式，让信息化、数字化与智能化的设计技术在机械零件的设计过程中得以科学应用。通过这样的方式，才能有效提升机械零件的设计效率与质量，避免传统设计中人为因素所导致的不利影响，为机械制造领域的进一步发展提供充分的技术支撑。