西华大材料成型CAD与CAM基础课件01计算机辅助设计（CAD）技术概论

材料成型CAD/CAM基础西华大学材料科学与工程学院魏刚学习本门课的要求熟悉CAD/CAM的基本概念和基本组成，了解其发展动向。掌握CAD/CAM技术的基本原理和基本方法，以及在材料成型加工领域中的应用实例。基本达到能运用CAD/CAM软件进行工程设计、分析与制造加工。学时安排课堂教学 28软件实践 12学习方法课堂教学与实验教学（软件实践）相结合，辅之以自学。推荐参考教材 －材料加工CAD/CAM基础，陈立亮，机械工业出版社，2001计算机辅助设计技术与应用，殷国富、陈永华，科学出版社，2000CAD/CAM原理与应用，蔡颍等，机械工业出版社，1998第一章计算机辅助设计（CAD）技术概论1-1CAD的涵义及研究内容

计算机辅助设计（CAD）是以计算机为主要研究手段来辅助设计者完成某项工作的设计、计算、分析、评价、优化等信息处理的综合性高新技术。它是60年代以来迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机应用技术，从开始只完成一些计算和绘图以及数控加工，发展到辅助工程设计，模拟加工过程和CAD/CAE/CAM一体化。

CAD技术带来的革命（1）产品设计的模式（2）产品的生产、制造（3）产品质量（4）市场竞争

主要研究内容（1）图形处理是CAD技术的基础，用以表达设计方案，从二维到三维。如实体造型、特征造型、参数化特征造型。（2）优化分析采用数值计算方法（有限差分、有限元、边界元）求解工程设计。如：结构应力应变计算优化（强度计算）；传热和流动分析（模具冷却系统、挤出定型模优化设计、热流道浇注系统的热平衡计算、运用流动分析优化模具成型方案）；求解系统的动态性能。e.g.三维造型软件（PRO/E、UG和I-DEAS）和专用软件（HSC、Z-MOLD…）。在CAD系统中引入“并行工程”的思想，已成为发展趋势。（3）综合评价对完成的设计方案进行校核和评价，包括：尺寸校核；外观分析；碰撞（干涉）试验（e.g.新型液压系统的设计、装配、运动过程）；内部结构剖析（内应力、温度分析、翘曲）和加工中的缺陷预测（e.g.熔体充模状态、气穴位置、挤出模中的熔体流速、吹塑加工中的吹破）（4）信息交换

CAD之间、CAD与CAM之间、CAD与CAE之间、CAD与CAPP之间、CAD与RPM之间以及通过internet进行远程、异地的信息沟通与资源共享。它基于数据交换标准，如IGES、STEP、SAT等；CAD技术应研究如何更合理、更高效、更准确地交换数据。1-2CAD系统的类型及CAD过程1.类型按功能分通用系统：（PRO/E、UG、Solidworks、Euclid、I-DEAS、CADDS5、MDT），通常包括线框、实体和曲面造型模块、装配与零件设计模块、有限元分析模块、数据交换与传输等）专用系统：为特定的应用而开发的系统，通常只能用于一定的专业或用于解决某一类问题。如：冲模CAD/CAM系统、注塑模CAD/CAM系统、建筑装饰CAD软件等）

按运行方式分

交互式系统：以交互方式运行、由计算机检索数据、分析计算、绘图等，用户利用键盘等交互输入参数、选择方案、修改设计、控制运行过程。自动化系统：上述过程基本上不需要人的干预。按硬件角度分

主机系统、工作站系统、微机系统按软件的开放性分

交钥匙系统（turn-keysystem)和可二次开发系统（programmablesystem)

2.CAD过程

设计中的大多数活动都可以用CAD技术来实现，但尚有一些活动难以用CAD技术实现，如设计的需求分析、可行性研究等，下图说明了设计过程与CAD过程的关系：

市场信息设计需求分析可行性研究与分析概念设计设计分析设计优化设计建模和仿真设计评价设计结果CAM加工CAD过程1-3计算机辅助设计与传统人工设计比较

传统人工设计

计算机辅助设计1-4计算机辅助设计的优点人、机设计能力比较

项目 人 计算机逻辑思维能力有很强的设计想像力和判断力，能凭借经验进行创造设计，学习快

已系统化、格式化，一般无学习能力信息的组织和记忆存储能力信息的组织是自觉的，但不正规；信息的记忆保存时间短，容量小

信息的组织是正规的、详细的；存储时间长，容量大工作的适应能力工作时间过长时，效率下降，容易疲劳和出差错特别适合于从事重复性工作，可长期保持高效率，很少出错分析计算能力直观分析能力强，数值运算能力差，速度慢没有直观分析能力，数值运算能力很强，速度快查错和纠错能力能直观地查找设计错误，并及时予以纠正；在纠错上具有很大的灵活性查错方式已系统化，受系统限制，适应性差，很难自动纠正各种错误信息的输入输出能通过各种器官进行信息的传递，形式多样，但速度慢已系统化，格式化，速度快人与计算机在CAD中的作用人：（1）控制设计过程（输入原始参数、方案选择、修改设计、控制设计进程）；（2）人利用数值分析的结果和经验知识，作出决策判断；（3）修改错误、修改设计；计算机：（1）数值计算（优化方法、有限元分析等）；（2）数据存储与管理（从数据库中检索数据，免去人工查询手册）；（3）图形绘制（绘图工作占设计总工作量的60%左右）（4）设计结果以图形或数据形式显示在屏幕上）CAD的优点：工作效率高，可以大大缩短设计周期设计与分析统一，使产品质量在前期就得到保证有利于设计制造的标准化、系列化和通用化为后续工作提供必要的数据1-5CAD技术在材料加工中的应用材料加工（成形）技术铸造、连接、塑性成形、热处理及表面改性、粉末冶金等单元或复合加工（成形）技术的总称。材料加工CAD技术是传统材料加工技术与计算机技术、控制技术、信息处理技术等相结合的产物。包括：铸造成型CAD、塑性成形CAD（包括板成形和体成形）、焊接成形CAD、注射成型CAD、型材挤出模CAD等。1-6计算机辅助设计发展历史五个阶段，P8的表1-21-7计算机辅助设计的发展趋势（1）微型化

软硬件平台向微机工作站转移（2）集成化

CAD/CAE/CAPP/CAM/……的有机结合将促使设计和制造观念的更新。

a.与CAE集成（优化技术的应用）

可以解决产品设计和工艺过程设计中的可靠性差的问题。e.g

发展成型过程的计算机模拟技术，利用有限元和边界元等方法，分析材料加工成型过程。

b.与CAM集成

将CAD的设计结果直接用于数控仿真和生成NC代码，送数控机床进行自动加工。

c.与RPM集成

构成一个闭环快速产品开发系统，在并行工程（CE）环境下，能够对产品设计进行快速评价、修改，以快速响