计算机辅助设计大作业.doc

20152016 学年 第 二 学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考 核 科 目：计算机辅助设计与制造学生所在院（系）：机电工程学院 学生所在学科：机械工程 姓 名：张娜娜学 号：1502210093题 目：应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。12问题1. 应用三维建模软件构建一个零件模型，描述建模过程。针对该零件的具体情况（比如相关模型的表示方法、数据结构、显示操作情况等），就涉及到的所学知识进行论述。2. 计算机是如何帮助我们完成设计任务的？你了解哪些CAD系统？结合你应用过的软件加以论述。问题1:应用Pro/E对平口虎钳的固定钳身进行三维建模。1. 启动Pro/E，新建文件，选择零件设计。2. 选择俯视基准面，绘制如图1-1所示的截面。l 知识点：由于矩形已经形成了特征，所以经过确定矩形的两个对角点即可确定矩形，完成后修改对应的长宽即可完成草图的绘制。四叉树。二维图形是以四叉树的形式存储数据的。它的基本思想是将平面划分为四个子平面，这些子平面任可以继续划分，通过定义这些平面的“有图形”和“无图形”来描述不同形状的物体。图1-1 草绘截面图1-2 拉伸的实体3. 退出草图绘制，单击拉伸命令，其参数的设置如图1-2所示。单击对勾，完成的拉伸实体如图1-2所示。l 知识点：八叉树。拉伸厚度是以八叉树的形式存储数据的。八叉树用以描述三维物体，它设想将空间通过三坐标平面XY、XZ、ZX划分为八个子空间。八叉树中的每一个节点对应着每一个子空间。图1-3 拉伸草图图1-4 拉伸实体l 知识点：参数化设计。根据自己设计要求，建立约束关系。4. 在俯视基准面绘制如图1-3所示的截面，完成草图。选择拉伸命令，设置拉伸深度为30，完成叶片轮廓曲面特征的创建，其效果图如图1-4所示。l 知识点：求和运算。用前一步建立的模型与刚生成的模型做求和运算获得所需的效果。5. 绘制叶片表面形状曲线，创建一条样条曲线，并进行尺寸调整，尺寸调整后的形状如图1-5所示。完成叶片表面形状曲线的创建，退出草绘器。图1-5 表面形状曲线图1-7 叶片上表面曲线6. 绘制拉伸截面，单击“草绘器”工具栏中的“通过边创建图元”工具，选择上一步创建的叶片表面形状曲线创建叶片上表面曲线，如图1-7所示。单击“通过偏移一条边创建图元”工具，选择上一步创建的叶片上表面曲线，并根据图1-8箭头所示，在系统提示的“于箭头方向输入偏距”文本框中输入1（叶片厚度），如图1-9所示。完成叶片下表面曲线的创建，如图1-10所示。单击“创建2点线”工具，在两条曲线的一端创建一条直线，如图1-11所示。采用同样方法，在另一端创建一条直线，完成叶片表面拉伸截面的创建。设置拉伸深度。单击“拉伸”操控板中的“指定深度拉伸”按钮，并根据图1-12中箭头所示调整拉伸方向，输入拉伸深度150，如图1-13所示。完成叶片表面特征的创建。图1-8 “偏移”方向图1-9 叶片下表面曲线图1-10 直线图1-11 拉伸截面图1-12 拉伸方向图1-13 叶片表面7. 按住键，用鼠标左键分别单击上述两曲面，然后单击菜单栏中的“编辑”“合并”命令，弹出“合并”操控板。单击“改变方向”按钮，根据图1-14箭头所示方向，调整要保留曲面的部分。单击“建造特征”按钮，完成合并特征的创建，如图1-15所示。图1-14 保留曲面部分图1-15 合并特征l 知识点：求和运算。将前两步生成的模型做求和运算获得所需的效果。8. 选取合并特征，然后依次单击“文件”工具栏中的“复制”工具和“选择性粘贴”工具，弹出“复制”操控板。单击“复制”操控板中的“旋转特征”按钮，并输入旋转角度“360/5”（叶片数），如图1-16所示。图1-16 叶片表面9. 在绘图区中选取已创建的第二个叶片特征，使其以加亮显示状态。单击“编辑特征”工具栏中的“阵列”工具，在绘图区中双击上一步复制叶片的旋转角度（72.00）作为第一方向上要阵列的尺寸，并接受原有的尺寸值，在“阵列”操控板中输入第一方向上要阵列的特征数4，完成所有叶片特征的创建。如图1-17所示。图1-17 叶片表面l 知识点：阵列变换。阵列实质上是相对于上视基准面做变换。三维模型的阵列变换矩阵可用的行列式表示。10. 在绘图区中选取已创建的叶片特征，使其以加亮状态显示。单击菜单栏中的“编辑”“实体化”命令，弹出“实体化”操控板。单击“建造特征”按钮，完成叶片实体化特征的创建。l 实体建模：实体建模是定义一些体素，通过体素的集合运算或变形操作生成复杂形体的一种建模技术，三维立体的表面与实体同时生成，实体建模可以定义物体内部的结构形状，因此能完整的描述物体所有几何信息和拓扑信息。11. 参数化建模技术早期构造的几何模型只是点、线、面等几何图素的简单堆积，只给出了模型的几何形状而不包含几何图素间的约束关系，因此，每次设计的驱动，必须删除原有的图形，构造新图形。参数化设计是一种设计方法，采用尺寸驱动的方式改变几何约束构成的几何模型，在求解几何约束模型时，采用顺序求解的方法，一般要求全约束。在参数化设计中，设计人员可以根据自己的设计意图很方便地建立设计零件内部各设计元素之间的约束关系，这样设计者在修改或更新的时候可以方便通过建立起来的用于求解设计参数的方程式来重新或得正确的几何形状。对于通用的零件或者标准化的定型产品，比如齿轮、轴承、标准件等，根据齿轮的齿数与模数来建立参数化的三维实体模型，更改模型与齿数，系统能自动改变所有与之相关的其他尺寸，与无约束造型系统相比，参数化设计是实现产品系列化设计和产品造型过程精确化和自动化的关键。参数化设计的轮廓是由若干首尾相连的直线或曲线组成，轮廓上的所有直线段或曲线段相互之间连接成一个封闭的图形，轮廓线之间不能断开、错位或者交叉。参数化设计都具有数据相关性，可以由系统自动生成的二维模型与零件的三维模型是智能双向关联的，即当修改三维膜型时，对应的二维模型会自动更新，反之亦然。问题2:1. 利用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术来完成设计任务。CAD/CAM技术是一项涉及多个学科的综合应用技术，是现代制造技术的核心技术。CAD/CAM的应用涉及计算机科学、计算数学、几何造型、图形显示、数据结构、工程数据库、科学可视化、计算机仿真、数控加工、机器人和人工智能等多个领域。CAD技术：即工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，进行产品设计、绘图、分析、优化与文档制作等设计活动，以达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品的成本的目的。它有四个方面的功能：几何模型、工程分析、动态仿真、和自动绘图。CAM技术：计算机辅助制造是指利用计算机系统，通过数值控制方法控制数控机床和其他数字控制生产设备，进行产品的制造的规划、设计、管理，实现产品制造过程中的自动加工、装配、检测和包装等制造过程。CAD/CAM集成：即把CAD、CAE、CAM、CAPP等各种功能软件有机集成起来，用统一的执行程序来控制和组成各功能软件的提取、转换和共享，从而达到系统内部信息的畅通和系统各功能模块协同运行的目的。2. CAD系统:Pro/Engineer，是美国PTC公司研制和开发的软件，它开创了三维CAD/CAM参数化的先河。可用于设计和加工复杂零件，还具有零件装配、机构仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程和模具自动化应用程序及数据库等功能。该软件也具有较好的二次开发环境和数据交换能力。由于该软件具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库的特点，以广泛应用于模具、工业设计、汽车、航天、玩具等行业，并在国际CAD/CAM/CAE市场占有很大份额。Mastercam，是由美国CNC Software公司率先开发基于PC平台的CAD/CAM软件系统。它具有二维几何图形设计、三维线框多种使用的曲面造型、实体造型、可对零件图形直接生成刀具路径、刀具路径模拟、加工实体模拟、可拓展的后置处理及较强的外界接口等功能。由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易懂易用，具有良好的价格性能比等特点，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，在国内外中小企业得到非常广泛的应用，在众多CAD/CAM软件中，是目前世界上应用最广泛的CAD/CAM软件之一。UG，是由美国UGS公司的主要产品之一。面向制造业且以CAD/CAM/CAE一体化而著称。它具有强大的曲线功能、草图功能、实体建模、曲面建模、钣金建模、注塑模设计与分析、装配建模、工程图制作、分析和数控加工等模块及标准件库系统。被广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具、工业设计等领域。在中国已成为许多汽车公司、模具设计制造公司和高校的首选设计软件。SolidWorks，是由美国SolidWorks公司开发的机械设计软件，号称世界上最快的建模软件。CATIA，是由美国IBM 公司和法国Dassault Systems公司联合开发的CAD/CAM/CAE一体化应用软件。AutoCAD，是由美国Autodesk公司与二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图软件，它一般以二维绘图为主。Pro/Engineer软件系统的核心技术具有以下特点:基于特征建模，将某些具有代表性的平面几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，进而形成实体以此为基础进行更为复