機械CAD第二章

1、機械機械CAD講義講義第二章第二章 計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)第二章第二章 計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)第二章第二章 計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng) l. 系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)的基本功能 l. CAD系統(tǒng)的構(gòu)成與分類系統(tǒng)的構(gòu)成與分類 l. CAD系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的硬件 l. CAD系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件 l. CAD系統(tǒng)的設(shè)計與選擇系統(tǒng)的設(shè)計與選擇 .系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)的基本功能CAD系統(tǒng)的功能，是由硬件和軟件的合理組織及功能的匹配來體現(xiàn)的。要求CAD系統(tǒng)中計算機有較強的計算能力,來實現(xiàn)要求的高速數(shù)值計算和圖形處理能力。CAD系統(tǒng)要有較大存儲量,以滿足圖形信息存儲和有限元分析

2、信息的存儲空間要求。要強。通過人機對話(交互)作用進行各種操作，以實現(xiàn)修改、定值及拾取等活動，來達到理想的設(shè)計要求。二、二、CAD系統(tǒng)中軟件應(yīng)具有的基本功能系統(tǒng)中軟件應(yīng)具有的基本功能線框造型、曲面造型、實體造型、特征造型等。如機械零件的強度、振動計算；熱傳導(dǎo)和熱變形的分析計算；流體動力學(xué)分析計算等。產(chǎn)品設(shè)計實際上是一個尋優(yōu)的過程。工程數(shù)據(jù)庫CAD/CAM集成,由APT編程到交互圖象編程技術(shù). CAD系統(tǒng)的構(gòu)成與配置形式系統(tǒng)的構(gòu)成與配置形式計算機主機：計算機主機：和內(nèi)存儲器；外存儲器：外存儲器：硬盤類、軟盤類、光盤類和磁帶類存儲器；圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖形輸入板、圖形

3、掃描儀等；圖形輸出設(shè)備：圖形輸出設(shè)備：圖形顯示器、繪圖機和打印機等；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)、調(diào)制解調(diào)器等。輸入設(shè)備輸入設(shè)備圖形終端圖形終端鼠標(biāo)、鍵盤鼠標(biāo)、鍵盤數(shù)字化儀數(shù)字化儀掃描儀掃描儀圖形輸入板圖形輸入板外存儲器外存儲器硬盤、軟盤、光盤、磁硬盤、軟盤、光盤、磁帶帶計算機主機計算機主機中央處理器中央處理器內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器通信設(shè)備通信設(shè)備串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口串行接口、網(wǎng)絡(luò)接口輸出設(shè)備輸出設(shè)備圖形終端圖形終端繪圖機繪圖機打印機打印機圖圖2-1 硬件系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)組成2 2、計算機類型、計算機類型l根據(jù)主機性能，計算機可分為大中型機、小型大中型機、小型機、工程工作站機、工程工作站和微機微

4、機四種類型。1)大中型計算機：大中型計算機：2)小型計算機：小型計算機：3)工程工作站：工程工作站：4)微機：3 3、CADCAD系統(tǒng)的配置形式系統(tǒng)的配置形式 CAD系統(tǒng)的配置形式有以下幾類：主機終端形式主機終端形式分布式臺式計算機形式分布式臺式計算機形式客戶客戶/服務(wù)器形式服務(wù)器形式瀏覽器瀏覽器/服務(wù)器形式服務(wù)器形式1 1）2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代的主機終端形式年代的主機終端形式主主 機機繪圖機繪圖機打印機打印機磁盤機磁盤機磁帶機磁帶機 .用戶工作站用戶工作站2 2用戶工作站用戶工作站1 1.字符終端字符終端圖圖2-2 2-2 主機終端形式主機終端形式優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：微型機微型機繪圖機繪

5、圖機打印機打印機圖形終端圖形終端圖形輸入設(shè)備圖形輸入設(shè)備. . . .圖圖2-3 2-3 臺式計算機形式臺式計算機形式2）80年代的分布式臺式計算機形式年代的分布式臺式計算機形式見圖2-4b）和見圖2-4c）3）20世紀(jì)世紀(jì)90年代的客戶年代的客戶/服務(wù)器形式服務(wù)器形式4) 20世紀(jì)世紀(jì)90年代后期的瀏覽器年代后期的瀏覽器/服務(wù)器形式服務(wù)器形式l隨著WEB技術(shù)的日益成熟，Browse/Server(簡稱B/S)結(jié)構(gòu)已成為取代Client/Server(簡稱C/S)結(jié)構(gòu)的一種全新技術(shù)。 l系統(tǒng)以Web為中心，采用TCP/IP、HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器以及與Web服務(wù)器

6、相連的后臺數(shù)據(jù)庫。這種模式突破了傳統(tǒng)的客戶/服務(wù)器 (/)兩層模式，它是一種由客戶端（瀏覽器）、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器三層分布結(jié)構(gòu)組成的Web應(yīng)用系統(tǒng)。 圖圖1 1 基于基于WebWeb的的CADCAD應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫WebWeb服務(wù)器服務(wù)器（IIS）（HTML、ASP、Script、ADO）基于Web的CAD系統(tǒng)Internet/Intranethttp請求HTML服務(wù)器端服務(wù)器端遠程用戶瀏覽器瀏覽器端瀏覽器端數(shù)據(jù)服務(wù)器ODBC/OLEDB采用該結(jié)構(gòu)軟件的優(yōu)勢在于：采用該結(jié)構(gòu)軟件的優(yōu)勢在于：l(1)無須開發(fā)客戶端軟件，維護和升級方便；l(2)可跨平臺操作，任何一臺機器只要裝有WWW瀏

7、覽器軟件，均可作為客戶機來訪問系統(tǒng)；l(3)具有良好的開放性和可擴充性；l(4)可采用防火墻技術(shù)來保證系統(tǒng)的安全性。 4 4、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通常采用局域網(wǎng)（LAN：Local Area Network），網(wǎng)上設(shè)備通過傳輸媒介（管線）相互傳送信息。常見有三種：見圖2-4a）見圖2-4b）見圖2-4c）星型網(wǎng)）星型網(wǎng)繪圖機繪圖機工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站計算機計算機）環(huán)型網(wǎng)）環(huán)型網(wǎng)繪圖機繪圖機工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站工作站3 3）總線型網(wǎng)：）總線型網(wǎng)：工作站工作站工作站工作站計算機計算機工作站工作站工作站工作站工作站工作站繪圖機繪圖機總線

8、總線. CAD系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的硬件（或稱主頻）MHZ（微秒）：表示向主存儲器中讀寫數(shù)據(jù)的時間。（10指令/S）：表示每秒處理指令的平均數(shù)，即定點運算加、減、乘、除運算次數(shù)的平均值。2 2、外存儲器：、外存儲器：圖形輸入板及其觸筆、光筆、鼠標(biāo)、操縱桿及跟蹤球等。攝像機、錄像機、掃描儀等1.鼠標(biāo)鼠標(biāo)(mouse)l鼠標(biāo)器是計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中最常見的圖形輸入設(shè)備，移動鼠標(biāo)器可以驅(qū)動光標(biāo)在圖形顯示器的屏幕上運動，用于拾取坐標(biāo)點或選擇菜單命令等。l鼠標(biāo)器結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，定位方便，目前已成為計算機系統(tǒng)的必選外設(shè)。2.數(shù)字化儀數(shù)字化儀l數(shù)字化儀由一塊平面輸入平板和可以在平板上移動的游標(biāo)定位器組成，游標(biāo)

9、也可以由感應(yīng)觸筆代替，游標(biāo)定位器上的十字準(zhǔn)線相當(dāng)于電筆的筆尖。數(shù)字化儀按其工作原理可分成電磁場感應(yīng)式、靜電耦合式、超生式等類型。目前常用的是電磁場感應(yīng)式數(shù)字化儀。3. 掃描儀掃描儀l掃描儀是直接把圖形(如工程圖紙)或圖像(如照片、廣告畫)掃描輸入到計算機中，以象素信息進行存儲。按其所支持的顏色分類，可分為單色掃描儀和彩色掃描儀；按所采用的固態(tài)器件又可分為電荷耦合器件掃描儀、MOS電路掃描儀、緊貼型掃描儀等；按掃描寬度和操作方式可分為大型掃描儀、臺式掃描儀和手動掃描儀。 掃描儀的主要技術(shù)指標(biāo)有：掃描儀的主要技術(shù)指標(biāo)有：l掃描儀的幅面掃描儀的幅面：通常A4。l掃描儀的分辨率掃描儀的分辨率：指在原稿

10、上的單位長度(英寸)上取樣的點數(shù)，單位是點/英寸，常用的分辨率在300點/英寸到1000點/英寸之間。掃描的分辨率越高，所需的存儲空間就越大。l掃描圖形灰度等級掃描圖形灰度等級：指掃描儀支持的顏色、灰度，層次越多，圖像的數(shù)字化表示就越準(zhǔn)確，但同時意味著存儲空間的增加。l掃描速度掃描速度：指最大幅面最大分辨率時每分鐘掃描的頁數(shù)。l掃描儀綜合了光學(xué)機械電子技術(shù)，并通過與向量轉(zhuǎn)換軟件相結(jié)合，提供了一系列光柵格式與向量格式的轉(zhuǎn)換功能，以便存儲和修改。l目前有各種各樣的掃描輸入系統(tǒng)，根據(jù)對掃描圖形性質(zhì)的不同要求，可以分為兩類，一類輸出光柵圖像；另一類輸出矢量化圖形。對于后一類掃描系統(tǒng)必須經(jīng)過矢量軟件轉(zhuǎn)換

11、。圖2-5所示為這類系統(tǒng)的工作流程圖。 后處理后處理掃描掃描圖紙圖紙矢量化矢量化處理處理文件文件文件文件MIS 光柵光柵文件文件圖圖2-5 矢量化掃描系統(tǒng)的工作流程矢量化掃描系統(tǒng)的工作流程矢量文件矢量文件格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)系統(tǒng) 某種格式某種格式矢量文件矢量文件MIS系統(tǒng)工作時，首先用掃描儀掃描圖紙，得到一個光柵文件，接著進行矢量化處理，變成一種格式緊湊的二進制矢量文件，即MIB格式文件，然后再針對某種CAD系統(tǒng)，進行矢量文件的格式轉(zhuǎn)換，變成CAD系統(tǒng)可接受的文件格式，最后輸出矢量圖。顯然采用這種系統(tǒng)可以快速地將大量圖紙輸入計算機，節(jié)省了大量人力與時間。三、三、 圖形輸出設(shè)備圖形輸出設(shè)備1.1

12、.打印機打印機 針式打印機針式打印機l針式打印機是由微型計算機、精密機械和電氣構(gòu)成的機電一體化智能設(shè)備，價格較低，日常消耗成本少，在使用油印機的場合，還可以打印蠟紙。因此，它是經(jīng)濟適用的計算機配套打印設(shè)備，至今仍在大量使用。l但由于其結(jié)構(gòu)原因，打印圖形質(zhì)量較差，因此目前主要用于文本打印，很少用于圖形輸出。 激光打印機激光打印機l激光打印機是激光掃描技術(shù)和電子照像技術(shù)相結(jié)合的非擊打式打印輸出。l激光打印機是目前最先進的打印機，它具有打印速度快、質(zhì)量高、無噪聲等優(yōu)點。l典型的激光打印機提供6頁/ min打印速度(每分鐘打印頁數(shù))和600點/英寸分辨率(每英寸上的點數(shù))。因此，激光打印機是最理想的輸

13、出設(shè)備。但由于價格比較貴，目前仍影響激光打印機的普及。 噴墨打印機噴墨打印機l噴墨打印機是開發(fā)得較晚的一種打印機，由于其噴墨機構(gòu)較復(fù)雜和成本較高，發(fā)展緩慢。但是在最近幾年，由于噴墨技術(shù)的關(guān)鍵性突破，使得噴墨打印機性能價格比大大提高。l在功能、品質(zhì)、速度、效果等方面遠遠優(yōu)于針式打印機，而價格卻低于激光器打印機。因此，得到了大面積的普及，特別在小幅面圖形輸出中得到了很好的應(yīng)用。普通噴墨打印機的分辨率為360720點/英寸。2.筆式繪圖機筆式繪圖機筆式繪圖機是一種高速、高精度的圖形輸出裝置，按其工作方式可分為平板式和滾動式兩種。平板式繪圖機由繪圖平臺、導(dǎo)軌、驅(qū)動機構(gòu)、筆架等組成。平臺板面從200mm

14、3000mm到1800mm5500mm，甚至長達十幾米不等。從驅(qū)動方式來看，平板式繪圖機通常分為兩種，一種是步進馬達驅(qū)動、機械傳動的繪圖機，一種是平面電機驅(qū)動的繪圖機。平面繪圖機的特點平面繪圖機的特點:l繪圖紙平鋪在繪圖平臺上，精度高、速度快。l由于繪圖紙完全平鋪在平臺上，因此全球設(shè)計人員監(jiān)視繪圖過程，而且易于將繪圖筆必為刻圖刀架進行刻圖。l但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價格比較貴。 滾筒式繪圖機滾筒式繪圖機l滾筒式繪圖機由筆架、卷筒、走紙機構(gòu)、驅(qū)動機構(gòu)等幾部分組成，是用兩只步進電機分別帶動繪圖紙和繪圖筆運動從而產(chǎn)生圖形軌跡。l這種繪圖機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、占用空間少；圖紙長度不受限制等特點。3

15、.噴墨繪圖機噴墨繪圖機l隨著噴墨技術(shù)在繪圖機上的應(yīng)用，原來的筆式繪圖機由于各方面的原因，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用不方便、消耗品成本高、維護麻煩等等，已經(jīng)開始退出繪圖機市場。目前的繪圖機與打印機已不再象原先的筆式繪圖機與噴墨繪圖機那樣有比較大的區(qū)別，已經(jīng)是同一個概念，噴墨繪圖機實質(zhì)上就是一臺大幅面的噴墨打印機。l噴墨繪圖機的外形與筆式滾動繪圖機相差不大，幅面為A0和A1兩種，普通噴墨繪圖機的分辨率一般為600點/英寸。機械結(jié)構(gòu)包含六部分：噴頭和墨盒、清潔單元、小車單元、送紙單元、傳感器單元及輔助單元。l目前噴墨繪圖機和激光打印機已經(jīng)全面替代筆式繪圖機，成為主要的繪圖輸出設(shè)備。四、圖形顯示設(shè)備四、圖形顯示

16、設(shè)備1.光柵掃描顯示器圖形顯示設(shè)備（續(xù)）圖形顯示設(shè)備（續(xù)）2.液晶顯示器. CAD系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件用戶應(yīng)用軟件CAD支撐軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)OS用戶接口通訊接口I/O網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)一、系統(tǒng)軟件：一、系統(tǒng)軟件：窗口系統(tǒng)（第二操作系統(tǒng)）窗口系統(tǒng)（第二操作系統(tǒng)）l窗口系統(tǒng)是由窗口、菜單、按鈕等圖形對象組成的一窗口系統(tǒng)是由窗口、菜單、按鈕等圖形對象組成的一個圖形用戶界面，用戶的操作就是對這些圖形對象的個圖形用戶界面，用戶的操作就是對這些圖形對象的操作。有以下特點：操作。有以下特點：1)采用位圖形成圖標(biāo)、窗口、菜單、按鈕等界面組成部采用位圖形成圖標(biāo)、窗口、菜單、按鈕等界面組成部分。分。2)用鼠標(biāo)移動光標(biāo)，直接指點圖形對象完成各種操作。用鼠標(biāo)移動光標(biāo)，直接指點圖形對象完成各種操作。3)用戶可