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CAD原理及软件应用 陈渭润滑理论及轴承研究所2009 11 课程概述 课程共包括12章 1 CAD技术及发展简介2 计算机软件与硬件3 绘图坐标系4 几何变换与投影a 2D 3D几何变换b 平行投影5 Pro ENGINEER设计建模系统介绍a Pro ENGINEER基础及基于特征的实体建模CAD系统b Pro E用户界面及零件 装配模型的生成 课程概述 6 2D截面绘制1 了解驱动尺寸与参数化截面的概念 2 掌握2D几何图素绘制与编辑操作 3 掌握尺寸标注与修改操作 4 掌握几何约束条件与设定操作 7 3D造型基础1 了解特征与特征造型的概念 2 掌握3D造型的基本方法3 掌握工程特征生成方法4 掌握特征的阵列与复制操作 课程概述 8 高级造型设计掌握高级造型方法掌握特征操作与设计变更操作 掌握各种曲线曲面设计方法 9 工程图 文件及文件变换10 设计优化简介11 CAD数据组织a 数据结构及数据库b 图形标准和CAD CAM数据转换12 复杂零件建模 复杂装配 课程要求 作业练习 项目课堂考试 评分标准 项目可以以小组形式上交 小组成员最多为3 作业上交规则 作业 每次限定交作业时间 迟交不记分 最好以报告形式 切记 不要只给方程 请解释你的推导 别跳过你的计算过程 写出全部的过程 交作业 作业 电子版或纸质邮箱地址 chenw 第一章CAD技术及发展简介 1 1CAD定义 1 1CAD定义 什么是设计什么是CADCAD的主要目标机械工程中的CAD 1 2设计的定义 设计是一种有目地的创作行为 设计是在我们要达到什么和我们如何达到它之间的互动 设计是把一种计划 规划 设想通过视觉的形式传达出来的活动过程机械设计是根据使用要求对机械的工作原理 结构 运动方式 力和能量的传递方式 各个零件的材料和形状尺寸 润滑方法等进行构思 分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程 1 3CAD的定义 定义一CAD是一种用机算机硬 软件系统辅助 人们对产品或工程进行设计的方法与技术 包括设计 绘图 工程分析与文档执著的设计活动 定义二以计算机为工具 通过人机交互 处理产品设计过程中的图形和数据信息 辅助完成整个产品设计过程的一门综合技术 1 4CAD基本功能 几何建模用基本几何实体及其相互关系构造零件或产品三维几何模型 工程分析进行运动学 动力学 有限元分析 优化设计等 工艺编程自动决策生成加工方法 工艺路线 工艺参数和加工设备 数控编程选择所需要刀具和工艺参数 确定走刀方式 生成刀具轨迹 后置处理 生成NC程序 模拟仿真预测产品工作性能 检查NC代码正确性 检查制造过程几何干涉和物理碰撞 分析产品可制造性 数据管理提供有效的工程数据管理手段 支持产品设计与制造全过程数据信息流动和处理 1 4CAD系统组成 1 5CAD的主要目标 减少人的工作量 错误缩短设计时间降低开发成本给不同的团队 平台之间提供交流 工具总之 解放了人 提高了效率 降低了成本 1 6机械工程中的CAD 最有活力的领域最多的成果最成熟的市场 1 7CAD CAE简单历史 60年代几个几何约束机构设计设计参数优化决定2 D绘图70年代线框模型建模自由曲面建模 大型计算机70年代后期实体建模80年代早期CAD CAM集成一个CAD数据库机械特征识别 80年代中期基于特征的CAD系统 小型计算机参数化设计 PC机系统 Pro Enineer 80年代晚期为了制造的设计为了自动装配的设计90年代早期并行设计集成设计 分析 优化目前集成设计 分析 优化虚拟样机和自动设计优化基于互联网设计自动化 1 8CAD CAM技术的发展 单元技术的发展和应用阶段60 70年代如图形软件 数控编程 CADAM CATIA UNITGAPHICS IDEAS等CAD CAM系统 ADAN ANSYS NASTRAN工程分析系统 阶段特征 各功能模块基本形成 数据结构尚不统一 不具备集成性 CAD CAM的集成阶段20世纪80年代实体造型成熟 特征建模 工程数据库发展 超级微机 工作站占领市场 阶段特征 CAD CAE CAM集成性好 应用向三维 集成化发展 面向并行设计制造环境的CAD CAM阶段自20世纪90年代由面向零件集成向面向产品并行设计发展 要求产品设计一次成功 阶段特征 面向产品全生命周期建模 企业PDM 计算机网络 协同工作模式 1 8CAD 绘图技术简单历史 2D绘图系统三视图算法 贝塞尔算法应用3D曲面造型系统 特征参数化技术参数化实体技术 变量化设计技术 实体造型技术 1 9CAD系统的特征 CAD系统的功能特征CAD系统的几何辅助设计CAD系统的信息嵌入CAD系统的数据组织CAD系统通用工具 CAD系统的功能特征 主要能力 生成完善的工程图 2维和3维准确比例的线框图 装饰表面的模型 物体实体模型 这能力使CAD与计算机的其他应用区分其他不同的能力 3维形状与模式的艺术创造 自动生成设计数据库 进行工程分析 提供制造过程的输入 监测 仿真及控制 CAD系统的功能 几何辅助设计 设计几何规范1 计算机辅助绘图 交互式绘图编程及用户界面 2 个性化的CAD系统几何建模与重示1 零件与装配体计算机模型 数据结构与数据库设计 虚拟1 设计的艺术效果图2 计算机游戏与教育节目面向制造的数据库生成1 基于特征的设计2 参数化设计 CAD系统的功能 几何辅助设计 仿真及动画1 机构2 CNC加工3 机器人路径4 汽车碰撞公差重示和自动赋公差1 尺寸关系分析2 公差分析 公差累加 3 公差合成 公差设计 公差规范 CAD系统的功能 几何辅助设计 输入给有限元分析程序的汽车碰撞前 后界面1 自动生成单元2 应力分布的图形显示设计自动化1 优化设计2 为了制造的设计3 为了自动装配的设计4 并行工程设计虚拟 软件 样机反求工程 CAD系统的信息嵌入 几何与拓扑信息 零件的几何 装配体的关系文字信息 尺寸 公差 几何及尺寸 材料 表面光洁度 CAD系统的数据组织 过去的访问几何图形信息以低层的图形元素比如点 线 弧等表示文字型信息以原文 注意事项和符号附加在图上理想的访问零件以高层的简单特征如孔 槽 箱型等表示 组成工程物体 并以尺寸 公差和光洁度等的表示成含义明确的设计数据 CAD系统的共性特征 显示几何形状 计算机绘图 2D 几何造型 3D 交互绘图编程 不同的平台编程 图形用户界面管理及存储设计数据 数据结构设计 数据库系统 生成可行的设计 自动的 知识推理 基于知识的系统 模糊逻辑 人工神经网络评估替代设计方案和寻找最优解 数值优化 有限元 成本建模及分析 1 10主要的CAD CAE CAM软件 交互绘图软件 主要完成二维工程图样的绘制 如AutoCAD PICAD高华CAD开目CAD等 三维造型软件 如MDT Solidworks Solidedge等 数控编程软件 如MasterCAM SurfCAM等 工程分析软件 如SAP ADINA NASTRAN ANSYS等 综合集成软件 如I DEAS UGII PRO E CATIA等 具有CAD CAE CAM等综合功能 1 11现代CAD CAE CAM应用及发展 机械设计与绘图的基本工具 全世界超过100万机械工程师与设计者试验3D实体建模技术 另外200万使用2D机械绘图提供生产力的关键 汽车工业 航空工业采用集成的CAD CAE CAM 方式进行设计 使用互联网在世界范围内交换设计数据 以前需要用若干年进入市场的产品能够在若干月内开发出来 产品更可靠 更好满足用户的期望 制造成本更少 应用案例1 装饰表面设计和建模 应用案例2 效果图中的虚拟现实 应用案例3 运动仿真及动画 拖拉机 应力分析 应用案例4 工位空间及顺序仿真 应用案例5 现代CAD CAE CAM工具 专业的CAD CAE CAM工具 CATIA DassaultSystemes IBM UnigrphicsSolutions ElectronicDataSystemdCorp EDS I DEAS EDS Pro ENGINEER PTC 其他CAD和绘图包 AutoCADMechanicalDesktop SolidWorks CATIA SolidEdge EDS MicroStation Intergraph 现代CAD CAE CAM工具 Pro ENGINEER 由 PTC 公司提供的CAD CAE CAM行业领先的软件工具供应商之一80年代后期新的基于特征 参数化设计示范的先驱者 现在为标准用于从概念设计到生产自动开发机械产品的系统提供集成化的软件技术减少产品投放市场的时间 改善工程过程和优化产品质量在机械设计自动化领域增长最快的公司之一最新版本改进用户界面 现代CAD CAE CAM工具 Pro ENGINEER 由IBM专门推出Dassault系统开发的以过程为中心的CAD CAM软件用于设计和制造许多3D复杂产品 今天70 飞机和40 汽车用CATIA CADAM设计 使它成为这些市场的标准从用户定制产品到工厂设计和轮船制造应用到很广的软件全球范围内有30万用户 主要是英语市场 现代CAD CAE CAM工具 CATIA 现代CAD CAE CAM工具 CATIA 由StructuralDynamicsResearchCorporation SDRC 开发的全套设计建模 分析 仿真和制造CAD CAE CAM软件最老的和基础良好的CAD CAE系统 有相当的市场份额很强的CAE能力从用户定制产品到工厂设计和汽车制造应用到很广的软件 现代CAD CAE CAM工具 I DEAS 现代CAD CAE CAM工具 I DEAS 由UnigraphicsSolutions开发的全套设计建模 分析 仿真和制造CAD CAE CAM软件最老的和基础良好的CAD CAE系统之一应用到很广的软件 特别是汽车和航空产品开发 现代CAD CAE CAM工具 Unigraphics 现代CAD CAE CAM工具 Unigraphics 强有力的建模工具集成化设计管理大型装配体的生产率容易采用建模快在工程帮助下消除错误绘图工具无比的协同工作能力设计到制造全过程 现代CAD CAE CAM工具 SolidEdge 现代CAD CAE CAM工具 SolidEdge 世界领先的基于微机的3D机械设计包 AutoDesk公司开发过去主要用于微机绘图包由于微机平台及低价它是世界最流行的CAD软件灵活的编程工具 AutoLISP ADS和ARX最新特性 MechanicalDesktop ACIS3 0先进的实体建模发动机 NURBS表面建模 强健的装配建模和自动关联绘图 现代CAD CAE CAM工具 AutoCAD和MechanicalDesktop 通过在AutoCAD中编程的CAD应用 现代CAD CAE CAM工具 AutoCAD和MechanicalDesktop 3D计算机辅助机械设计软件 由SolidWorks公司开发 该公司成立于1993年1997年被Dassault系统公司收购新的低价机械设计软件公司组中领先者用于零件和装配体完全的以3D为中心与自动装配和绘图功能相关的设计与过程系统在Windows95和NT环境下运行的第一个实体建模程序 并且价格低廉 现代CAD CAE CAM工具 SolidWorks COSMOSSolidWoks 一个设计自动化软件包用于生产零件 装配及工程图包含多个功能模块 COSMOSXpress 易用的应力分析工具COSMOSWorks 应力 频率 热 优化分析COSMOSMotion 运动仿真及运动学COSMOSFloWorksn 流体分析COSMOSEMS 3D低频电磁仿真 现代CAD CAE CAM工具 SolidWorks 主要的用于基础结构的CAD软件 主要用于建筑和土木工程 Bently系统公司开发 在工程软件产品 用户服务及总体质量世界范围内的领先是遍布全球的著名建筑 机场 医院 高速公路 桥梁和工业工厂软件基础 被70 美国最大的工程公司采用Bently系统现在服务于25万专业公司 包括建筑 地理工程及机械领域 现代CAD CAE CAM工具 MicroStation 集成的CAD CAE工具 ANSYS ANSYS公司 在CAE和集成设计分析和优化方面领先及扩张的软件 涵盖固体力学 运动学 动力学和多物理场 CFD EMAG HT 声学 与核心CAD软件接口NASTRAN MacNealSchwendler公司 强大的结构分析程序 分析应力 振动 动力学 非线性及热传导特性等 为多领域设计分析 产品性能和制造过程仿真提供了灵活的开放式环境Pro MECHANICA 集成在ProE中 为多领域设计分析 产品性能和制造过程仿真提供了灵活的开放式环境 Mastercam CNC软件公司 生成2 5轴铣床 车床及线切割 激光 模具开发和3D设计及绘图系统VirtualGibbs Gibbs联合公司 功能强大用于NC编程全套CAM系统Varimetrix Varimetrix公司 用于设计建模 CAM 计划 管理和CNC编程 绘图软件Pro MANUFACTURING 集成在ProE中 生成加工代码以生成零件的软件 用于3轴铣床 车床及线切割 集成的CAD CAE工具 典型应用 典型应用 快速成型固体自由制造 典型应用 快速成型固体自由制造 典型应用 大型装配 典型应用 加工高精度表面 典型应用 应力分析 壳和固体单元 典型应用 概念照片效果图或完成的模型