CAD基本概念精講

第一章

CAD概論CAD的根本概念CAD進展過程與應用CAD硬件系統(tǒng)CAD軟件系統(tǒng)1CAD的根本概念定義：CAD是ComputerAidedDesign(計算機幫助設計)的簡稱。計算機幫助設計是將人和計算機的最正確特性結(jié)合起來，幫助進展產(chǎn)品的設計與分析的一種技術(shù)，是綜合了計算機與工程設計方法的最新進展而形成的一門新興學科。CAD狹義片面的定義：用計算機進展科學計算用計算機把握繪圖機繪制出工程圖紙2CAD特點計算機的特點是：具有速度快、精度高、不疲乏、儲量大、不易出錯的特點。人的特點是：規(guī)律思維力氣強，具有自我學習完善的智力，通過視聽產(chǎn)生聯(lián)想思維，有制造性，能自我把握心情和興趣。在絕大多數(shù)狀況下，人和計算機的力氣正好互補。通過人機對話，人和計算機可充分進展溝通，發(fā)揮各自特性，到達最正確合作效果。3CAD的根本功能科學計算與分析功能：如產(chǎn)品常規(guī)設計、物理特性計算、優(yōu)化設計、有限元分析、牢靠性分析、動態(tài)分析及數(shù)字仿真模擬等科學計算。圖形處理功能：如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型、圖形仿真模擬及其圖形輸入輸出功能等。數(shù)據(jù)治理與數(shù)據(jù)交換功能：如數(shù)據(jù)庫治理、不同CAD系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和接口功能等。文檔處理功能：如文檔制作、編輯及文字處理等。軟件設計功能：如人機接口界面、軟件工程標準及其工具系統(tǒng)的使用等。網(wǎng)絡功能：如Internet/Intranet網(wǎng)絡和并行、高性能計算及事務處理，異地、協(xié)同、虛擬設計及實時仿真等。4傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設計過程設計任務書任務書分析確定設計任務書同類機械的調(diào)研和資料分析總體結(jié)構(gòu)方案的擬定結(jié)構(gòu)設計、繪圖編寫技術(shù)文件結(jié)束條件協(xié)商方案論證更改設計調(diào)整傳統(tǒng)機械設計方法的特點和局限性：設計方法---主要為類比設計和閱歷設計方案擬定主要取決于個人閱歷難以對設計方案進展優(yōu)化設計手段—主要為手工方式設計計算主要為靜態(tài)、近似計算，設計結(jié)果不能完全反映零部件真實的工作狀態(tài)設計結(jié)果的牢靠性、準確性不佳設計周期長繪制裝配圖、零件圖占整個設計周期的70%左右的時間設計中存在的問題在樣機試制、裝配、調(diào)試時才能覺察5機械產(chǎn)品CAD過程產(chǎn)品模型工程分析動態(tài)模擬自動繪圖NCPCAD應用軟件CAD系統(tǒng)硬件CAD系統(tǒng)基礎軟件設計人員設計經(jīng)驗專家知識決策方法工程數(shù)據(jù)庫知識庫算法圖形庫提出設計任務確定設計目標建立設計模型設計綜合分析計算審核檢驗表達設計結(jié)果CAD過程模型6CAD的優(yōu)越性

提高設計效率，縮短設計周期。承受CAD，能明顯地削減設計計算、圖紙制作和資料檢索的時間，大大提高設計速度。提高設計質(zhì)量。常規(guī)設計中，為了削減計算量，計算的精度受到限制，有些錯誤常常很難在設計階段覺察。但在CAD中，數(shù)學模型一般都比較準確，計算精度大大提高，而且可以進展優(yōu)化設計、有限元分析等計算，使設計結(jié)果準確牢靠。同時，由于設計人員擺脫了繁重、簡潔、重復的勞動，從而能集中精力發(fā)揮制造性思維，設計出高質(zhì)量的產(chǎn)品。各部門信息溝通快速、牢靠。在常規(guī)設計中，設計是通過圖紙作為媒體來傳播的，由于圖紙的設計、制作、存儲和傳遞需要花費較多的時間，影響了各部門信息的溝通。在CAD系統(tǒng)中，信息可以通過電子文檔來存儲和傳遞，因此信息的溝通快捷而牢靠。同時，隨著CAD／CAM技術(shù)的進展，CAD的信息可以直接轉(zhuǎn)化成CAPP和CAM所需的信息，為實現(xiàn)計算機集成制造打下根底。設計與分析工作模式的統(tǒng)一。CAD系統(tǒng)中集成了很多設計分析程序，設計人員可通過實時交互操作，對產(chǎn)品不斷進展設計和分析，從而得到最正確設計結(jié)果。有利于產(chǎn)品標準化、系列化、通用化。設計人員可以利用CAD系統(tǒng)建立標準圖及標準設計庫，也可以修改原有產(chǎn)品設計中的參數(shù)得到新的設計結(jié)果。由于可以充分利用以前的設計結(jié)果，CAD系統(tǒng)在標準化、系列化、通用化方面有突出的優(yōu)勢。7CAD的主要任務(1)完成設計信息的計算機存貯和治理。(2)開發(fā)工程設計的應用程序。(3)建立一個專用圖形系統(tǒng)或利用一個通用圖形系統(tǒng)，完成產(chǎn)品造型和工程圖繪制等任務。(4)將工程數(shù)據(jù)庫、應用程序以及圖形系統(tǒng)等局部有機地組成為一個完整的CAD系統(tǒng)，以適應反復建立模型、評價模型和修改模型這種設計過程的需要。8CAD技術(shù)的產(chǎn)生和進展預備和醞釀時期〔50－60年月初〕：CAD技術(shù)處于被動式的圖形處理階段。蓬勃進展和進入應用時期〔60年月〕：提出了計算機圖形學、交互技術(shù)、分層存儲符號的數(shù)據(jù)構(gòu)造等新思想，從而為CAD技術(shù)的進展和應用打下了理論根底。60年月中期消逝了很多商品化的CAD設備，60年月末，美國安裝的CAD工作站已達200多臺，可供幾百人使用。廣泛使用的時期〔70年月〕：1970年美國Applicon公司第一個推出完整的CAD系統(tǒng)。消逝了面對中小企業(yè)的CAD／CAM商品化系統(tǒng)。70年月末，美國CAD工作站安裝數(shù)量超過12023臺，使用人數(shù)超過2.5萬。突飛猛進的時期〔80年月〕：在這個時期，圖形系統(tǒng)和CAD／CAM工作站的銷售量與日俱增，美國實際安裝CAD系統(tǒng)至1988年進展到63000套。CAD／CAM技術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴展；從興盛國家向進展中國家擴展；從用于產(chǎn)呂設計進展到用于工程設計和工藝設計。開放式、標準化、集成化和智能化的進展時期〔90年月〕：由于微機加視窗95／98／NT操作系統(tǒng)與工作站加Unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)成了CAD系統(tǒng)的主流工作平臺，因此現(xiàn)在的CAD技術(shù)和系統(tǒng)都具有良好的開放性。圖形接口、圖形功能日趨標準化。9有關應用完整的渦輪機繪制和裝配圖〔Autodesk公司供給〕10應用大樓設計的真實感三維繪制〔ThomsonDigitalImage公司供給〕11應用東方地毯圖案〔Lexidata公司供給〕12應用機場透視投影視圖〔Evans&Sutherland供給〕13應用布料的柔性效果〔Rensselaer工業(yè)學院設計爭論中心供給〕14應用15應用動畫短片TinToy〔Pixar供給〕16應用三維函數(shù)的曲面〔WolframResearch公司供給〕17應用18CAD系統(tǒng)的硬件

CAD系統(tǒng)的硬件由主機和外圍設備組成。

圖2.1CAD系統(tǒng)硬件的組成19一．主機中心處理器把握器：解釋指令并把握指令的執(zhí)行挨次主機運算器：執(zhí)行算術(shù)運算和規(guī)律運算內(nèi)存貯器組成。二．外存貯器(1)磁帶。(2)磁盤。(3)光盤。20三．輸入設備輸入設備是向計算機輸入數(shù)據(jù)、信息的設備總稱。(1)鍵盤

(2)鼠標器

(3)數(shù)字化儀

(4)掃描儀(5)數(shù)碼相機

掃描儀的工作原理如以下圖。21四．輸出設備(1)打印機：撞擊式打印機：24針點陣打印機打印機激光打印機非撞擊式打印機：噴墨打印機(2)繪圖機：

平板式繪圖機筆式繪圖機繪圖機滾筒式繪圖機噴墨繪圖機非筆式繪圖機激光繪圖機靜電繪圖機

22五．圖形顯示設備

顯示器件有陰極射線管〔CRT〕、液晶顯示〔LCD〕、激光顯示、等離子體顯示等。當前最常用的是陰極射線管顯示器和液晶顯示器。

顯示器所顯示的數(shù)字、字符和圖像是由一個個象素組成的，象素是顯示屏上的最小信息，每個小點稱作一個象素。組成顯示網(wǎng)絡的象素多少準備了圖形的清晰程度，通常用區(qū)分率表示，象素越多，區(qū)分率越高。目前微機顯示器的區(qū)分率通常有中區(qū)分率〔600×350，640×480〕和高區(qū)分率〔800×600，1024×768，1280×1024〕兩類。23CAD系統(tǒng)的軟件

系統(tǒng)軟件CAD系統(tǒng)的軟件可分為三個層次支撐軟件應用軟件一．系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)和系統(tǒng)有用程序等，它用于計算機的治理、把握和維護。1．操作系統(tǒng)。2．編譯系統(tǒng)。3．系統(tǒng)有用程序。

24二．支撐軟件

1．圖形處理軟件。負責CAD的繪圖。2．幾何建模軟件。Pro/E等3．數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)。如FoxBASE，F(xiàn)oxPRO，工程數(shù)據(jù)庫等計算方法庫：如解線性方程組。優(yōu)化方法軟件：4．工程分析及計算軟件有限元分析軟件：如ADINA等機構(gòu)分析及機構(gòu)綜合的軟件：系統(tǒng)動態(tài)分析軟件。5．文檔制作軟件。WPS，WORD2023等。25三．應用軟件應用軟件是用戶為解決各類實際問題，在系統(tǒng)軟件的支持下而設計、開發(fā)的程序，或利用支撐軟件進展二次開發(fā)形成的程序，應用軟件的功能和質(zhì)量直接影響CAD系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。CAD系統(tǒng)的型式一．大〔中〕型機系統(tǒng)二．工作站系統(tǒng)三．微機系統(tǒng)四．網(wǎng)絡型系統(tǒng)26圖形輸入設備用最通常的輸入設備：鍵盤、鼠標協(xié)作CRT顯示器即可組成簡易的交互式圖形系統(tǒng)。但高性能交互式圖形系統(tǒng)可能配備光筆、數(shù)字化儀、掃描儀、語音輸入系統(tǒng)和三維輸入設備等圖形設備。1光筆由光筆檢測到屏幕的光信號，然后傳輸給計算機，從而到達輸入的目的。2數(shù)字化儀是一種能將書寫版面內(nèi)的幾何位置轉(zhuǎn)換為數(shù)字坐標的圖形輸入設備?，F(xiàn)在應用最廣泛的是電磁感應式數(shù)字化儀。電磁感應式數(shù)字化儀原理：基板用非磁性材料制成，在基板下密布了相互絕緣的特殊銅線網(wǎng)格。在X和Y方向輪番以正弦、余弦信號鼓舞網(wǎng)格。在傳感筆或游標傳感器中安裝了接收線圈。接收線圈接收到感應信號后送至處理器，處理器計算鼓舞信號與傳感器內(nèi)接收線圈感應信號的相位差，從而換算出傳感器所在位置的坐標。273觸摸屏容許用手指觸摸屏幕來實現(xiàn)選擇。觸摸輸入有光學的、電子的和聲學的。精度最高的屬聲學的。聲學觸摸屏的原理：沿一塊玻璃板的水平方向和垂直方向產(chǎn)生高頻聲波，觸摸屏幕引起的每個波有一局部被手指反射到放射器，接觸點的屏幕位置由每個波從發(fā)送與反射到放射器的時間間隔的測量來計算。284圖形掃描儀圖形掃描儀是直接把圖形〔如工程紙圖〕和圖像〔如照片、廣告畫〕掃描輸入到計算機中，以象素信息進展存儲的設備。原理：用光源照射原稿，投射光線經(jīng)過一組光學鏡頭射到電荷耦合器件上，再經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像數(shù)據(jù)暫存器等，最終輸入到