毕业设计（论文）-应用CAD软件构建新型衣架过程的研究.doc

本科毕业论文（设计）（2013届本科毕业生）题目：应用CAD软件构建新型衣架的研究学生姓名： 邱丽艳 学生学号： 09171009 学院名称： 物理科学与技术学院 专业名称： 应用物理学 指导教师： 陈秀艳 2013年5月26日应用CAD软件构建新型衣架过程的研究摘要:本论文着重叙述了应用CAD软件的各种功能构建新型衣架的过程。在图形的绘制过程中，主要利用AutoCAD2009版本进行图形的绘制。在构建新型衣架的过程中，首先绘制了普通衣架的结构图形，从中汲取优点和不足，从而进行新型衣架的研究绘制。新型衣架主要在普通衣架的基础上，将衣架的左右臂设计为折叠结构，增强了衣架的整体质量。与此同时，在衣架的右臂上添加的小型衣挂可以悬挂小型的衣物。最后，总结了新型衣架的缺点和不足。关键词：CAD软件 普通衣架 新型衣架 Research on Building a New Type of Clothes-rack by CAD SoftwareAbstract: In this paper states the multifunction of the application of CAD software to build a new clothes-rack. In the graphics rendering process, the main advantage of the AutoCAD2009 version of the graphics rendering. First draw in the process of building a new hanger, the ordinary hanger structure graphics to learn from the strengths and weaknesses of the new hanger draw. The new hanger on the basis of the ordinary hanger, the right and left arms of the hanger is designed for folding structure, to enhance the overall quality of the hanger. At the same time, add small clothes hanging on the right arm of the hanger can save space. Finally, summed up the shortcomings and deficiencies of the new hanger.Key words: CAD software normal clothes-rack new type of clothes-rack目 录中文摘要IABSTRACTII前言1第一章 绪论2第1节CAD软件的简介2第2节CAD技术的发展历程及现状4第二章 CAD软件的功能6第1节 绘图功能6第2节 图形编辑的基本命令8第3节 图形尺寸的标注11第三章 应用CAD软件构建新型衣架的过程15第四章 小结与展望21第1节 小结21第2节 不足之处及未来展望21参考文献22致谢23前 言本论文主要应用CAD软件进行辅助设计，研究探索了新型衣架的构建过程。CAD软件为计算机辅助设计软件，全称为Computer Aided Design。最早产生于上世纪50年代末期，约有半个世纪的发展历程。CAD软件的研发，打破了传统的手工绘图方法，不仅加快了绘图的速度，而且也是图形的精准度有了很大的提高。到目前为止，CAD技术应用非常广泛，在电气、机械、航空航天、建筑等领域有相当大的应用。与此同时，对CAD技术的熟练掌握也成为许多公司技术人员必不可少的技能之一，以此来提高公司的竞争力。CAD的功能强大，集一维绘图、二维绘图、三维绘图于一体。本文主要利用CAD一维绘图的功能，在普通衣架的基础上进行了创新研究。首先绘制了普通衣架的结构图形，其次设计绘制了新型衣架的分解结构图形，最后将两种衣架进行了对比，发现新型衣架在很大程度上方便了人们的日常生活，弥补了普通衣架在某些方面的不足。第一章 绪论第1节 CAD软件的简介1CAD软件的英文全称是Computer Aided Design-即计算机辅助设计,在设计方案和技术阶段，CAD的应用及其的广泛。计算机辅助设计系统是指在进行CAD工作时，所需要的软件和硬件两部分的集合2。一、CAD系统组成31、CAD硬件系统组成 CAD技术主要用于体现设计思想、加速产品以及工程设计。CAD系统是用户可利用CAD 作业独立的硬件环境。配有主机、图形显示器、数字化仪、自动绘图机等。其基本构成如图1.1所示。图1.1 CAD硬件系统的基本组成 2、CAD硬件系统分类 计算机技术和通讯技术的发展，为建造多样化的CAD系统创造了条件。CAD系统按其采用的计算机形式、外围设备和它们之间的 联系方式，其硬件系统可分为：集中式大型机CAD系统、独立型成套CAD系统、CAD工作站系统、微机CAD系统以及网络型分布式CAD系统。 3、CAD软件系统组成 CAD的软件系统分为三个层次：系统软件、支撑软件、 应用软件。CAD系统的三层结构如图1.2所示 。计算机软件指的是控制计算机运行，并使计算机发挥其最大功效的各种程序、数据及文档。这里所说的文档指的是有关程序的各种规格说明书，文档是程序设计的依据，其设计及编制水平在极大程度上决定了软件的质量。 图1.2 CAD系统的三层结构 二、CAD工作过程CAD工作过程如图1.3所示。CAD的工作内容主要有如下几方面。1、产品数据库的建立 产品数据库用于存储各种信息，以便于在设计某类产品时所需要。数据库提供CAD作业时的检索、调用、数据的管理和数据共享等。图1.3 CAD工作过程 2、向CAD系统输入设计要求，依据设计要求建立产品模型。其中包括几何模型和非几何模型，非几何模型如材料处理、制造精度等。一起并存与数据库中。3、利用交互式图形数据库，以人机交互作业的方式对初步设计的图形进行修改，最终由设计人员确认设计结果。4、运用图形处理以及动画技术，对产品模型进行图形仿真，为评估设计方案提供依据。第2节 CAD技术的发展历程及现状4CAD的研究历史要追溯到20世纪50年代。在当时，科研项目中用计算机进行运算，在工作时使用计算机来做数据处理等已经比较常见。比较而言，在工程技术中，尤其是具体设计工作当中运用计算机则相对较晚。主要是因为在设计工作中，信息的传递方式还是传统的工程图纸，要使用计算机描述一个几何图形需要大量的数据才能完成，而且还要将图形输入到计算机当中在输出到图纸上。倘若没有相应的硬件和软件是很难实现的。美国麻省理工学院对CAD作了开创性的开发探索，1950年首台作为计算机附件的图形显示器诞生，该显示器可以显示一些简单的图形。1963年美国麻省理工学院这样描述CAD：设计师坐在荧光屏的控制台前，操作光笔就可以实现从概念设计到生产设计的人机交互，即设计师可以自如的对计算机显示的图形进行修改。20世纪60年代，由晶体管计算机到集成电路计算机，在运行速度和内存容量上有了较大的提高，为能在更广的范围内应计算机奠定了基础。此时，CAD技术正处于蓬勃发张阶段。20世纪70年代，CAD技术被广泛的使用。计算机硬件也从集成电路发展成为大规模集成电路。70年代末，美国安装的CAD工作站达到12000台，使用人数更超过2.5万人，在这一时期，中小型企业也开始关注并使用CAD技术。20世纪80年代，CAD技术发展的更为迅猛，尤其是小型机和微型机的性能不断的提高，价格也在并不断的降低。此阶段，美国安装的CAD系统达到了63000多套。这一时期，适用于小型和微型机的软件技术也在不断的提高，数据库技术得到了较大的发展。由于很多软件以商品的形式出现，因此推进了CAD技术的广泛使用，使其得到了进一步的发展与提高。第二章 CAD软件的功能第1节 绘图功能AutoCAD2009的绘图界面如图2.1所示。绘图界面中包含了标题栏、快速访问工具栏、菜单浏览器、功能区、绘图区、命令提示窗口、状态栏、光标、UCS图标、坐标显示、菜单栏。绘图区位于界面中间的一个矩形区域，用来显示、绘制以及编辑图形。在绘图区的左下角，有一个箭头指向图标，叫做UCS图标或坐 图2.1 AutoCAD2009绘图界面标系图标，表示当前绘图使用的坐标系和坐标方向。UCS图标的主要作用是，为每一个在绘图区的点的坐标确定一个参考系。光标在绘图区中每经过一个点，左下角就会出现当前点相对于坐标系的坐标。绘制图形的过程中，首先应设置辅助绘图功能，这样有利于更加精确方便的绘制图形。在AutoCAD图形文件中一般包含多个图层，方便不同对象的区分和管理。图层是用于有效管理图形的一种特殊工具。图形中一般含有多个图层，每个图层都代表了一种图形对象的特性，如颜色、线型以及线宽等，根据图形特性的不同选择在不同的图层中绘制图形，这样不仅有利于图形的管理和修改，而且还加快了绘图速度。 图层的相关操作可以在图2.2所示的【图层特性管理器】选项版中进行5,6。 图2.2 【图层特性管理器】选项版一、简单图形的绘制7,8,91、绘制水平和垂直线绘制水平和垂直直线有很多种方法，以下为其中的三种：（1）鼠标左键状态栏上的“正交”按钮；直接启动绘制直线命令即可，在这样的情况下，绘制出的直线被约束在垂直或水平方向，其他方向的直线则绘制不出来了。（2）将F7、F9按钮打开，在栅格捕捉的状态下，按照水平或竖直的方向画线即可。（3）在正交或者栅格捕捉的状态下，启动画线命令，由鼠标控制水平或竖 直方向，输入长度，则能绘制长度较精确的直线。2、画圆 画圆系统提供了两种画圆的方法，以下为其命令操作：（1）2P,P1，P2(两点内径圆，以直径两个端点为直径的圆)。（2）t,第1目标，第2目标，R(两个切点目标、一个半径圆)。3、画椭圆 画椭圆系统提供了三种方法，以下为其命令操作：（1）三点定椭圆：P1，P2，P3第1、2点是椭圆一个轴上的两个端点，第3个点是另外一个半轴长度点（2）一个中心两个点椭圆：C,P1,P2 椭圆中心点C、P1、P2两个点为两个半轴长度点（3）两点一个转角椭圆：P1，P2，r,角度值P1，P2为椭圆一个轴上的两个端点，r为角度提示参数；在这种情况下类似于以P1，P2为直径的圆，绕着该直径旋转一周后得到的椭圆。4、简单写字简单写字系统提供了三种写字方法，以下为最常用的Mtext命令操作:左键文字方框的两个角点，弹出对话框，在字体下拉框中设置字体名称，键入字高，最后输入文字，输入完毕左键确定。5、画多边形从三角形到1024边形，系统提供了多种方法，以下为其中的三种：（1）边数，中心点，I,半径I的含义是从中心点到多边形角点的距离，简称点角距；此即为内切圆；（2）边数，中心点，C，半径C的含义从中心点到多边形边的距离，简称点边距；此即为外切圆；（3）边数，e,P1，P2e含义给出多边形的边长，P1，P2是通过输入两点给出边长10。第2节 图形编辑的基本操作10绘制图形既能使用修改操作，也能利用AutoCAD中的图形修改操作来绘制复杂的图形。与此同时， AutoCAD提供了常见的编辑功能，利用这些编辑功能，绘制的图形会变得更加精确，而且可以提升绘图速度。一、对象的选择和删除1 在对图形进行编辑之前，首先要选择编辑的对象。选中对象后，按删除命令按钮就可以将对象删除。AutoCAD提供了多种选择对象的方式，以下为其中常用的三种：1、单击选择对象直接单击选择对象是最简单、最常用的一种方法。在执行绘图命令的过程中，鼠标直接单击所要选择的对象，此时，十字光标会变成蓝色的小方框，选择的对象将变为虚线形式，再按删除按钮删除对象，如果想要取消对象的选择可以按【Esc】键。2、窗选对象窗选指的是当选择对象时，用鼠标拖拽绘制成一个长方形框，位于长方形内或与长方形框相交的图形都被选中。在执行绘图命令的过程中，窗选的对象呈虚线形式。窗选的方式有两种，矩形窗选和交叉窗选。矩形窗选是将鼠标光标拖到所选对象的左侧，鼠标选中，然后在右侧上下拖动鼠标，出现矩形得到方框，再次单击鼠标左键，方框所包围的图形被选择，但与方框交叉的对象不会被选择。矩形窗选的过程和效果如图2-3所示。交叉窗选在图形的右侧单击鼠标。在左侧上下拖动鼠标，出现一个用虚线显示的矩形长方形方框，再次单击鼠标左键，由方框包围的和与方框相交的图形都被选择。 图2.3矩形窗选的过程和效果 二、对象的修剪及分解1 1、 修剪操作修剪命令可以将图形的多余部分剪掉，已达到所要的效果。对图形进行修剪操作，第一选择修剪目标的剪切边，第二选择修剪目标。剪切边的对象可以是多线段、直线、圆、圆弧、构造线、文字等。单击修剪命令，系统将以切边当做边界，将被切图形上处于拾取点旁边的部分剪去。2、分解操作分解命令是将合成对象分解为其部件对象。图形被分解后，线宽、颜色等可能会发生改变，其他结果则依分解的合成对象类型的不同而不同。可以经过分解命令被分解的图形包括：正多边形、矩形、三维实体、引线、图块等。三、对象的偏移和镜像命令11、偏移对象偏移命令又称偏移复制。用于绘制与所选图形对象相同的平行对象。常利用偏移命令构造平行直线或等距离的图形。使用偏移命令，输入偏移长度，单击确定，选中偏移图形，指定偏移方向。能够偏移的图形包括：直线、矩形、圆、圆弧等。在使用偏移命令复制对象时，复制的图形可能与原图形不同，如对圆执行偏移命令后，新圆和旧圆的圆心相同，但半径发生了改变。对于直线和射线则效果和原图一致。2、镜像对象利用镜像命令可以绘制以定轴为对称轴的镜像图形。使用镜像命令对图形的创建有很大的帮助，可以快速准确的绘制半个对象。执行镜像命首先选择镜像的对象，单击确定，然后指定镜像的两个点，选择是否删除原对像，如果想要保留原对象则输入“n”，删除原对象则输入“y”。四、圆角、倒角操作1、圆角命令圆角命令的功能是将两个图形或多段线按指定半径的圆弧连起来。它们可以相交，不相交，也可以平行。进行圆角命令时，先选择第一个对象，按照软件提示选择第二条直线。选择完需要圆角的两个图形后，软件会按照此时输入的半径对两个图形进行连接。2、倒角命令倒角命令的功能是在相交的直线之间创建直线，可以进行倒角命令的图形有：直线、三维实体等。在执行倒角命令过程中，会出现提示选择第一条直线或 放弃（U）/多线段（P）/角度（A）/修剪（T）/方式（E）/多个（M）:多线段（P）：此选项可以对整个二维多线段进行倒角。也可以将二维多线段中相交的两条的顶点构建倒角。角度（A）：指定倒角一端的长度和角度。可以根据以上提供的操作方法，按照需要进行倒角的绘制。第3节 图形的尺寸标注11尺寸的标注是绘图过程中重要的环节，只有通过尺寸标注才能确定图形中各个对象的真是大小和相互位置。尺寸的标注组成如图2.4所示。一般情况下，图形的标注分为三个过程。第一，选择适合该图形的标注样式；第二，对图形进行标注；第三，对图形进行最后的修改和编辑标注。 图2.4 尺寸的标注组成一、标注样式的选择 1、设置当前标注样式 单击格式选择标注样式，单击新建按钮，将出现创建新标注样式。在“新样式名”框中填写新样式名，在“基础样式”选择框中填写基础标注样式，在“用于”选择框中选择需将新样式用于何处，然后单击“继续”按钮即可进入“修改标注样式”对话框，进行进一步设置。 2、设置尺寸线样式单击“标注”选择“样式”，选择修改，选择所要改变的样式，在“修改标注样式”对话框中的“直线和箭头”选项卡上，根据需要修改“尺寸线”下的设置。 3、设置标注箭头 AutoCAD提供了七种标准类型的箭头，对于不同类型的图形选取相适合的箭头。对于角度标注，第二条尺寸界线从第一条尺寸界线按逆时针方向旋转。引线只使用第一个箭头。选择“标注” “样式”，鼠标选中修改按钮，选择“直线和箭头”选项卡中的“箭头”下，为尺寸线的第一个端点选择箭头类型。第二个箭头将自动设置成相同的类型。 4、设置直径标注文字样式 单击“标注”选择“样式”，选中修改按钮，选择文字，会出现文字位置是在标注线的中部或上部，根据需求进行选择。标注不同的直径，如图2.5所示。 图2.5 绘制不同的直径标注 二、标注图形1、线性标注线性标注的标准命令在确定图形端点时有两种方法，一种是直接锁定尺寸界线的两个原点，在指定尺寸线的位置。为确定尺寸测量值的准确，通常使用对象捕捉功能。另一种方法是在线性标注的提示下直接按Enter键，则要求选择要标注的图形。2、对齐标注对齐标注适用于直线类图形平行方向的尺寸标注。标注不规则直线的过程中，线性标注没有办法完成，唯有借助对齐标注才能实现。 3、 直径标注 直径的尺寸标注适用于标注圆或是圆弧所对应的圆的大小，通常大于180的圆弧常使用直径标注。AutoCAD提供自动添加直径符号在标注文字的前面。第三章 应用CAD构建新型衣架的过程在我们的日常生活中，衣架扮演着重要的角色。衣架最早是由一名叫艾伯特帕克豪斯的美国工人发明的,当时他是一家金属丝及小手工制品公司制作灯罩的铁匠，一天他生气的发现工厂衣帽间的挂衣钩全部被占用，他气冲冲的拿出一段铁丝，弯成大衣肩部的形状并在上面加了钩子，衣架由此诞生12。随着科学技术的不断发展，衣挂也被设计成了各种样式，以方便人们的日常生活。一、普通衣挂13普通衣挂的组成简单，造价便宜，在生活中使用比较广泛。但经过长期使用后，由于衣挂本身的结构以及衣挂所采用的材料原因，会出现断裂的情况。以下为普通衣挂的构建过程： 利用AutoCAD的绘图功能，单击【图层】面板中的【图层特性】按钮，打开【图层特性管理器】选项版，新建轮廓线、辅助线和标注三个图层，设置轮廓线、辅助线和标注图层对应的颜色分别为黑色、红色和蓝色；线型分别为Continuous、ACAD_ISO08W100和 ACAD_ISO08W100；线宽分别为0.3、默认和默认。如图3.1所示。将辅助线图层设置为当前图层，调用直线命令，绘制垂 图3.1 图层特性管理器选项版直相交的两条辅助线。调用偏移命令，将水平辅助线向上偏移150和144.39，竖直辅助线向右偏移69.77。将轮廓线设为当前图层，调用圆命令，以水平辅助线和偏移150后的辅助线交点为圆心分别画半径为50和90的同心圆。在以偏移144.39和69.77后的辅助线交点为圆心画半径为20的圆，如图3.2所示。调用修剪命令，对图形进行修剪操作，以修剪后两个同心圆的端点为起点，绘制长度分别 图3.2 偏移线及圆形的绘制为284.64和270的竖直直线，如图3.3所示。图3.3经过直线偏移命令、画圆命令以图3.3 修剪操作及修剪命令得到图3.4。对图3.4中的水平直线进行偏移，在调用直线命令、画圆命令以及修剪命令得到图3.5。以竖直辅助线为镜像线，对衣挂图形的左下部分 图3.4 画圆及修剪操作图3.5 直线及偏移命令进行镜像操作，这样一个完整的普通衣挂图形就绘制完成了。如图3.6所示。 图3.6 普通衣挂经过普通衣挂的绘制过程发现普通衣挂的每一个连结之处都是固定的，不能进行折叠，因此收藏起来不是很方便。下面有一种新型的折叠衣挂，应用塑料材料制成，不仅易于收藏，而且质量也会有一定的保证。这种新型的折叠衣挂在结构上采用了杠杆原理，能够支撑衣服的重量，与此同时，衣挂左臂上增添了三个小衣挂，这样的设计可以使左右臂达到平衡，也为衣物的晾晒增加了空间。二、新型衣挂的构建过程利用AutoCAD的绘图功能，单击【图层】面板中的【图层特性】按钮，打开【图层特性管理器】选项版，新建辅助线、轮廓线0、轮廓线1、轮廓线2以及标注五个图层，设置这五个图层对应的颜色分别为红色、白色、蓝色、绿色和洋红，线性分别为ACAD_ISO08W100、Continuous、Continuous、Continuous和ACAD_ISO08W100，线宽分别为默认、0.3、0.3、0.3和默认。如图3.7所示。将 图3.7 图层特性管理器选项版辅助线图层设置为当前图层，调用直线命令，绘制垂直相交的两条辅助线。将竖直辅助线向左偏移50，向右偏移30、120.83；将水平辅助线向上偏移310、65、247.43、67.25、126.75。调用圆命令以竖直辅助线和偏移后的水平辅助线为圆心，绘制半径分别为80和160的圆，在以偏移后的水平和竖直辅助线为圆心，绘制半径为40的圆。对绘制的直线和圆进行修剪操作。然后调用多线段命令，在挂钩的颈部以剪切点为两个端点，绘制半径为80的两个圆弧。调用椭圆命令，在挂钩的中部和底部绘制椭圆，进行修剪，得到图3.8。在距离挂钩的中部上节点65.61和84.75处，分别绘制与垂直方向成97和65,长度为1069.46和159.36的直线，分别图3.8 新型衣挂的挂钩图形对这两条直线进行偏移命令，向下偏移100，进行修剪操作。如图3.9所示。将水平辅助线向上偏移20，竖直辅助线偏移45.57，对两条线进行修剪，以剪切后的图3.9 直线的绘制和偏移图3.10 椭圆的绘制线段两端点为定轴的端点，绘制长半轴为55的椭圆。进行倒角和圆弧命令，得到的图形如图3.10所示。将水平辅助线向下偏移95，对图中图层颜色为绿色的图形进行镜像操作，以偏移后的水平辅助线为镜像线，得到图3.11。将竖直辅助线向 图3.11 衣挂右臂的绘制左偏移65.19，重复镜像命令，选择图层为绿色的图形上半部分，以竖直辅助线偏移后的直线为镜像线，进行镜像操作，将镜像后图形中的两个椭圆进行删除命令。如图3.12所示。删除图形左臂的闭合圆弧，对两条平行线进行拉伸操作，各向左拉伸66.04，用圆弧闭合。目的是保持衣挂两臂的平衡。在对左臂的右端进图3.12 镜像操作行画椭圆命令，以吻合衣架旋转柱的尺寸。得到的效果如图3.13。图3.13 拉伸操作新型衣挂的基本框架已经形成。但由于它和普通衣架不同，不具有对称结构，这样会造成两端的不平衡，即便在前面的构建过程中，延长了左臂的长度，考虑到使用时的方便问题，延长的长度还不足以抵消右臂的重量。因此，在左臂靠近转轴的位置设计添加了三个挂钩，如图3.14所示。 图3.14 新型衣挂以上为新型衣挂的构建过程。和普通衣挂相比，它具有的旋转功能也可以理解为它具有折叠的功能。在使用过程中，衣服可以随意的进行旋转。除此之外，左臂的小钩子还可以用于钩挂其他小型衣物，但要根据衣挂的平衡而定。使用完后，可以将左臂折叠到右臂，减少了很大的空间，不失为生活中的方便助手。第四章 小结与展望第1节 小结本文首先对CAD软件进行了简单的介绍，其次阐述了CAD的主要功能，最后对应用CAD构建新型衣架的过程进行了探索和研究。本论文具有两大特色。一方面，对小学期中学习过的CAD知识进行了巩固和加强。另一方面，对CAD知识进行了拓展。在构建新型衣架的过程中，主要使用的绘图工具就是CAD，从而使CAD知识得到学以致用。新型衣架的优点如下：（1）应用杠杆原理的结构骨架，使得衣架的质量有很大的提高。（2）在具有旋转轴的前提下，衣架左臂可以进行旋转，旋转到右臂。（3）衣架左臂的小型钩子的设计，可以用于悬挂小型的衣物。（4）衣架采用塑料的材质，不仅节省了制作成本，而且使用起来比较轻便。第2节 未来展望由于对CAD软件掌握的程度有限，图形的绘制过程中有不精准的地方以及不足以阐释设计想法的地方，这是在CAD方面的不足。对于设计构建的新型衣架，虽然具有折叠的功能，但没有并没有达到理想的状态，衣架本身的不对称结构也使得在制作的过程中，要充分计算衣架的尺寸和重量以达到左右