第一部分：CAD概述.ppt

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1、第一部分 CAD概述,第一部分 CAD概述,本部分教学内容： CAD的概念 CAD的过程 CAD系统的组成,第一部分 CAD概述,1 CAD技术概论,1.1 CAD概述 1.CAD概念,CAD是以人为主导，利用计算机软硬件辅助进行一项工程设计的建立、修改、分析和优化的一种现代设计方法。,CAD是图形技术、数值分析、计算机软件、机械工程设计方法学、人工智能、优化设计等多学科的综合应用技术。,2.CAD的功能与优越性 设计效率（质量、成本）、修改、存储、保密、可视化等,3.CAD技术的成就 根据美国国家工程学院对人类1964年1989年25年间工程成就的评选，其结果是CAD技术的开发应用是十大成就

2、之一。,第一部分 CAD概述,利用CAD的目的就是实现某种程度的设计自动化，缩短设计周期，降低设计成本，提高设计质量，获得较好的经济效益。CAD技术所产生的经济效益是十分可观的，美国科学院工程技术委员会的统计分析是： （1）降低工程设计成本13%30%； （2）减少产品设计到投产的时间30%60%； （3）产品质量的量级提高25倍； （4）减少加工过程30%60%； （5）降低人力成本5%20%； （6）增加产品作业生产率40%70%； （7）增加设备的生产率23倍； （8）增加工程师分析问题的广度和深度的能力335倍。,第一部分 CAD概述,据国外资料分析表明，从19世纪70年代到20世纪8

3、0年代这100多年里，加工过程的效率提高了200%；生产管理效率提高了80%120%，而产品设计效率仅提高了20%左右，后两者的效率以成为生产进一步发展的制约因数。CAD技术为实现设计于制造自动化提供了重要手段。,4. CAD设计过程 任何设计都表现为一个过程，每一个过程都由一系列的设计活动组成。这些活动既有串行的设计活动，也有并行的设计活动。大多数设计活动由CAD技术来实现，但也有一些尚难用CAD技术来实现，如设计的需求分析、设计的可行性研究等。,第一部分 CAD概述,设计 结果,设计 分析,设计 优化,设计建模 和仿真,概念 设计,设计需求 分析,可行性 研究与分析,设计过程,CAD过程,

4、市场信息,制造,CAD设计过程,第一部分 CAD概述,CAD过程模型,1.2机械CAD设计方法概述 1.机械设计 根据用户要求确定产品应该具备的功能，构 想出产品的工作原理、运动方式、力和能量的 传递、结构形状、以及所用材料等事项，并转 化为具体的描述，如图纸和设计文件等，以此 作为制造、安装、检验的依据。 机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和 生命周期的第一个和最重要的环节，因为产品的 成本 75%在设计阶段决定的，产品的性能80%是 在设计阶段决定的。 机械设计是一个“设计评价再设计”的 反复迭代、不断优化的过程。,第一部分 CAD概述,2.机械CAD设计方法 机械CAD就是在机械设计

5、领域采用CAD设计方法。机械设计CAD是CAD技术应用重要领域。 3.机械CAD的工作方式 CAD技术的应用从根本上改变了传统设计的过程，改变了人们的思维方式，工作方式和生产管理方式。原因是载体发生了变化，已不再是图纸了。CAD工作方式体现在： 并行设计。进行产品设计的各部门，可平行地进行各自地工作，同时，还可共享到他人的信息，从网络上获得产品总体结构形状和尺寸、各部门的设计结果、分析计算结果和试验测试数据，并能对共同感兴趣的进行讨论和协调。在设计中，这种协调是必不可少的。 在设计阶段就可模拟零件加工装配，以及早发现加工工艺性方面的问题，甚至运动部件的相碰、相干涉的问题。 在设计阶段可以进行性

6、能仿真，这将大幅度地减少试验工作量和费用。,第一部分 CAD概述,4.机械CAD涉及的基础技术 CAD是一门综合性应用技术，涉及到以下基础技术： 图形处理技术。 如二维交互图形技术、三维几何造型、图形仿真及其他图形输入输出技术。 工程分析技术。 如有限元分析、优化设计方法、物理特性计算（如面积、体积、惯性矩等）、模拟仿真及面向各种专业的工程分析软件等。 数据管理与数据交换技术。 如数据库管理、产品数据管理、产品数据交换规范及接口技术等。 文档处理技术。 如文档制作、编辑及文字处理等。 软件设计技术。 如窗口界面设计、软件工具、软件工程规范等。,第一部分 CAD概述,5 机械CAD的主要应用及存

7、在的问题 1). CAD技术在机械工业的主要应用有： (1)二维绘图。 最普遍、最广泛。“甩图板” (2)图形及符号库。 使图形设计工作更方便。 (3)参数化设计。 标准化或系列化的零部件具有相似的结构，但尺寸经常需要改变，采用参数化设计的方法建立图形程序库，调出后赋以一组新的尺寸参数就能生成一个新的图形。 (4)三维造型。 采用实体造型设计零部件结构，经消影及着色等处理后显示物体的真实形状，还可作装配及运动仿真，以便观察有无干涉等。 (5)工程分析。 常见的有：有限元分析、优化设计、运动学及动力学分析等。还有具有针对性的如注塑模设计中的塑流分析、冷却分析、变形分析等。 (6)设计文档或生成报

8、表。 许多设计属性需要制作成文档说明或输出报表，有些数据需要用直方图、饼图或曲线图来表达，这就需要一些专门的软件来完成，如文档处理软件（Word、WPS等）和数据库软件（Excel、PB等）。,第一部分 CAD概述,2).目前CAD应用中存在的问题： CAD系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。 产品及零部件的标准化不足。 集成化程度不高，信息交换标准不统一。 对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统。 缺乏完善的数据管理和过程管理系统。,1.3 机械CAD的发展历程及发展趋势 1.标准化 2.集成化 3.智能化 4.网络化 5.可视化,第一部分 CAD概述,2 计算机辅助设计系统,2.

9、1 概述 1.CAD系统的组成,CAD系统由硬件和软件组成，软件是CAD技术的核心，决定着CAD系统的功能。机械CAD系统的软件分为系统软件、应用支撑软件和用户软件。,第一部分 CAD概述,2CAD系统的分类,1.按硬件组成分类 主机系统 小型机系统 工作站系统 微机系统 基于网络的微机工作站系统 2.按工作方法及功能分类 检索型CAD系统 自动型CAD系统 交互型CAD系统 智能型CAD系统,第一部分 CAD概述,单机系统,第一部分 CAD概述,网络系统,第一部分 CAD概述,22 CAD系统的硬件,第一部分 CAD概述,CAD软件层次关系,1CAD的软件层次),发展趋势,1.功能不断加强

10、2. 应用领域加大 3.标准化和开放性加强,23 CAD系统的软件,第一部分 CAD概述,2.系统软件 对硬件和配置的软件进行全面控制和管理。 主要包括： 操作系统； 计算机语言处理系统； C/C+；FORTRAN； Auto LISP/VLISP及DCL语言；VB 文件处理系统； 数据库管理系统（DBMS） 网络系统,第一部分 CAD概述,3.CAD的应用支撑软件 支撑专用软件的通用性和软件开发环境。 机电产品CAD的支撑软件主要包括： 几何造型软件； 图形处理软件； 工程分析及计算软件； 计算方法库；有限元建模与分析软件；优化设计软件；仿真软件；机构分析及综合；机械系统动态分析。 CAD/

11、CAM信息处理软件。,第一部分 CAD概述,AutoCAD通用绘图软件包 AutoCAD是美国AUTODESK公司推出的基于微机的通用绘图软件包。AutoCAD是目前国内外应用最为广泛的微机绘图软件之一，是一种十分有必要掌握的工具软件。 AutoCAD具有人机交互式图形输入和输出功能、辅助作图、编辑修改及尺寸文字标注等功能；除二维绘图外，能够实现三维实体建模并能得到具有真实感的透视及彩色浓淡效果图；通过设备驱动程序可以同多种外设连接。 AutoCAD是一个开放式的图形系统。可以方便地实现菜单、线型、文字字型、填充图案的用户化。提供完善的二次开发功能，如Autolisp、ADS等开发工具，提供与

12、高级语言的接口，实现与数据库系统的通讯，通过DXF、IGES等标准图形接口文件与其它绘图软件实现图形数据共享。具有动态连接嵌入（OLE）能力，可方便地与WORD、VISIO等软件实现通讯。,4.几种常用图形处理软件简介,第一部分 CAD概述,Mechanical Desktop（MDT） 三维绘图软件包 Mechanical Desktop是AUTODESK公司在AutoCAD基础上开发的集三维建模与二维绘图于一体的集成软件包，用户可以利用它构思和设计自己的产品并形成文档。Mechanical Desktop的主要功能有： 通过尺寸驱动系统创建参数化模型。 用特征建立零件模型从而构成零件的基本

13、形状，其中大多数特征可以由草图创建。 在单一零件环境中创建单个零件；在零件/部件环境中可以创建多个零件和部件。 对于标准化的零件可使用电子表定义其不同版本。 可以创建三维曲面模型。 可在工程图中显示如何进行装配。 可创建俯视、正交、等轴测、剖视图和局部视图。,第一部分 CAD概述,UG（Unigraphics）CAD/CAM软件 UG是美国EDS公司推出的主要基于工作站的CAD/CAM系统。UG是大型计算机绘图软件中的佼佼者，是目前国际CAD/CAM市场上占主导地位的软件之一。UG在10.0版本以前的硬件平台为工作站，操作系统为UNIX。在此之后，随着微机性能的迅速提高以及Windows NT

14、 32位操作系统的出现，微机对复杂图形的处理能力已今非昔比。为此，EDS公司推出了UG的微机版本，从而使硬件成本大幅度下降，市场竞争力大大提高。在UG软件中，设计、绘图、分析、制造和信息管理的工具极好地集成到一起，其优势尤其体现在三维复合造型、装配、仿真加工能力上。 在复杂曲面造型上有优势，如塑胶制品设计等。更适合于大型产品设计。,第一部分 CAD概述,SolidWorks软件 目前国内最常用的三维机械设计软件是SolidWorks软件了，在SolidWorks 中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型

15、装配体，SolidWorks 的性能得到极大的提高。 solidwork的曲面设计能力比较差(相比于PRO/E，UG，CATIA)，但界面友好，比较好学。,第一部分 CAD概述,CATIA软件 CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功

16、能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。 软件系统庞大、复杂,第一部分 CAD概述,Mastercam软件 Mastercam是美国CNC Software NC公司研制与开发的CAD/CAM一体化软件。 对硬件的要求不高，在一般配置的计算机上就可运行；操作灵活，界面友好，易学易用，适用于大多数用户，能使企业迅速使用并取

17、得很好的经济效益。另外，Mastercam的性价比高。 Mastercam包括4大模块：Design、Lathe、Mill和Wire。Design模块用于被加工零件的造型设计，Mill模块主要用于生成铣削加工刀具路径，Lathe模块主要用于生成车削加工刀具路径，Wire模块主要用于生成线切割刀具路径。 mastercam主要用于数控加工，设计功能不是它的强项。,第一部分 CAD概述,Solid Edge UGS公司的Solid Edge是一款功能强大的三维计算机辅助设计软件，提供制造业公司基于管理的设计工具，在设计阶段就溶入管理，达到缩短产品上市周期，提高产品品质，降低费用的目的。Solid

18、Edge Insight技术是目前唯一的直接嵌入CAD系统的设计管理工具，提供设计管理、增加设计协同能力。帮助用户节约修改和工序更改时间，最大程度地满足日益增长的复杂产品的设计需要，以适应不断变化的市场需求。Solid Edge在全世界范围内拥有由成千上万公司、大学中的设计人员构成的广泛用户团体，他们来自世界各地，包括Alcoa、NEC Engineering、Volvo等。Solid Edge Voyager Program实现的整合超过200个，包括工程软件应用和计算机硬件解决方案。,第一部分 CAD概述,Pro/Engineering CAD/CAM软件 Pro/Engineering软

19、件系统是美国PTC（Parameter Technology Corporation）公司推出的大型CAD/CAM系统。该系统的最大特点是三维参数化设计功能强，并具有良好的开放性，因此得到了广泛的应用。 是比较优秀的适合于机械CAD/CAM的集成软件系统。 proe 的性能是很强的，包括钣金，装配，模具设计。还有运动仿真，有限元分析，这个功能比ansys差点，毕竟ansys是专门有限元的，等等。 特别适合于钣金加工和模具设计。,第一部分 CAD概述,常用的有限元分析软件 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC。 ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构循

20、环优化方面比较有优势，但目前还只是局限于线性方面，非线性方面功能很差而且基本没有； ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐式非线性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能； ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面非常出色，是全球非线性功能最强大的有限元软件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。 MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。,第一部分 CAD概述,PhotoShop图像处理软件 3DMax动画制作软件,图像处理软件,目前国内国外流行的CAD/CAM软件,商品化的支撑软件介绍： 高端产品：具有强大的三维图形处理功能、分析功能、制造功能及网络功能的大型CAD支撑软件 ，如IBM公司的CATIA，EDS公司的UG、PTC公司的Pro/E等； 低端产品：二维工程图绘制及简单的三维造型功能，如：AutoCAD等； 中端产品：具有高端产品的三维零件设计、装配功能，但曲面造型功能较弱，一般不具备分析功能和高级专用功能。如EDS公司的SolidEdge、IBM公司的CATIA微机版、SRAC公司的SolidWorks等。,