绘图仪-计算机辅助设计技术基础课件

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1、1,第1章 绪论,2,课程要求 考试形式:平时作业、测验占10%; 上机实验占20%; 笔试占70%。 教材及主要参考书 1、程凯、李任江、李静等编,计算机辅助设计技术基础 2、崔鸿斌、方忆湘等编,计算机辅助设计基础及应用 北京:清华大学出版社 3、王炽鸿、欧宗瑛编,计算机辅助设计.北京:机械工业出版社,3,主要内容,CAD技术的基本概念; CAD技术的发展史; CAD技术的应用; CAD系统的软件; CAD系统的硬件; CAD系统的基本类型; CAD系统的选型原则。,4,引言机械设计定义,机械设计就是根据使用要求确定产品应该具备的功能,构想出产品的工作原理、结构形状、运动方式、力和能量的传递

2、、以及所用材料等事项,并转化为具体的描述,例如图纸和设计文件等,以此作为制造的依据。 机械设计是产品从需求分析、设计、制造、销售、使用和回收整个产品全生命周期中的一个重要环节,对产品成本的影响占80。,5,机械设计主要过程,调查研究、分析用户需求、收集资料, 在此基础上确定产品功能,提出需求 报告,构思方案,分析和论证,获得的原理性方案,确定设计大的框架,主要设计参数分析计算与优化,确定对象的细部结构,完成装配图和零件图的绘制,编写技术文件,6,传统设计工具: 绘图板, 计算器(尺) 产生设计蓝图,7,机械CAD过程,辅助工具、组件,应用,数据库,8,CAD设计工具,各种CAx软件工具: CA

3、D(2D、3D) CAE、CAPP、CAM等,9,对比分析,传统机械设计过程: 每一环节靠手工完成 设计方案靠经验,方案少,不优化 不能进行复杂的力学分析 ,难以按动态的、精确的的方法计算,容易出错 大部分时间在零件图、装配图上,可重用性差 设计周期长、效率低,CAD作业过程: 设计工具软件化(CAx) 强有力的计算、图形、数据处理能力 设计、分析综合,性能选优 提高了设计精度和可靠性 信息共享、资源共享、设计过程共享 设计效率高、周期短,10,1.1 CAD技术的发展及应用 1.1.1 CAD的内涵、功能和任务 1、 CAD定义:Computer Aided Design(计算机辅助设计)的

4、简称。计算机辅助设计是将人和计算机的最佳特性结合起来,辅助进行产品的设计与分析的一种技术,是综合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。 可以定义为:工程技术人员以计算机为工具,用各自的专业知识,对产品进行几何造型、分析计算、绘图和编写技术文件等设计活动的总称。,11,图1-1 CAD系统的功能,2、CAD的功能:工程设计的过程包括设计需求分析、概念设计、设计建模、设计分析、设计评价和设计表示,CAD的功能就是在工程设计的过程中起相应的作用,如图1-1所示。,12,3、CAD技术是一门多学科的综合性应用新技术,它涉及到以下基础技术: 图形处理技术 工程分析技术 数据管理与数据交换

5、技术 文档处理技术 软件设计技术,13,1.1.2 CAD技术的发展历程,提出:1959年美国麻省理工学院(MIT)召开 的CAD规划会议。,实施:1963年MIT小组在美国计算机联合会年 会上发表了CAD方面的五篇论文给工程技 术界以很大的震动,也由此CAD技术得以 出现,并进入了实施阶段。,14,CAD技术自产生以来发展比较迅速,大致经历了以下四个主要发展时期:,1、孕育形成阶段(20世纪40年代50年代末),特点: 真空管计算机; 机器语言; 编制程序设计变压器、电动机、 发电机等; 美国、欧洲、日本;,15,2、成长发展阶段(20世纪50年代末60年代),特点:,晶体管式计算机取代真空

6、管式计算机 高级语言(FORTRAN,ALGOL,COBOL) 文件系统 (数据管理)(60年代初) 磁带、磁鼓、磁盘 (数据存储) CRT+光笔的图形显示系统 交互式图形生成技术 (人机交互,1953) I.E.Sutherland “人机图形通信系统” SKETCHPAD 发展很快,但规模大,价格昂贵 存储管式显示器。,16,3、开发拓展阶段(20世纪70年代80年代),特点:计算机已进入大规模集成电路时代; 数据处理技术已从文件系统发展到数据库系统, 系统具有统一的数据结构和内部数据库; 几何造型技术已经成熟; 有较好的集成,实现了CAD/CAE/CAM的集成; 出现特征建模及二、三维参

7、数化设计系统。,4、应用普及阶段(20世纪90年代以后),特点:广泛采用了特征造型和基于约束的参数化和 变量化造型方法,并向集线框、表面、实体 造型统一表示的非流形形体造型发展; 由单机或局部分布式联网工作方式向基于网 络的设计发展。,17,CAD技术的发展,2D绘图,3D设计,工程分析,数字样机,集成平台,18,目前国际知名CAD软件公司,两大阵营 :CATIA为代表(整体方案) UG 为代表(整体方案) 其它:Pro/E为表(整体方案) AutoCAD为代表 高档:CATIA、UG 中档: Pro/E 低档:Solidworks、Solidedges、Inventor 二维:AutoCAD

8、,19,CAD在我国的发展,清华、华科大、浙大、北航等 华中科技大学:天喻InteCAD、 InteSolid,KMCAD等 清华:TiOpenCAD,TiGEMS等 北航海尔:CAXA,金银花等 浙大大天:ZDDS 新洲软件:Solid 2000 技术、市场份额与国外差距很大,20,1.1.3 CAD技术的应用 CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几个方面: (1) 二维绘图。 (2) 图形及符号库。 (3) 参数化设计。 (4) 三维造型。 (5) 工程分析。 (6) 生成设计文档及报表。,21,1.2 CAD 系统的软件 系统软件 CAD系统的软件可分为三个层次 支撑软件 应用软件,2

9、2,1.2.1系统软件 系统软件指操作系统和系统实用程序等,它用于计算机的管理、控制和维护。 1操作系统。如Windows 2000/xp/NT、 UNIX(工作站,微机)等。 2计算机语言及编译系统。如Basic、Fortran、Pascal、C/C+等,这些高级语言均有相应的编译系统。 3系统实用程序。,23,1.2.2支撑软件 1、图形处理软件。负责CAD的绘图,如AutoCAD。 2、几何建模软件。Pro/E等。 3、数据库管理系统。如FoxBASE,FoxPRO,工程 数据库等。 计算方法库:如解线性方程组 优化方法软件 4、工程分析及计算软件 有限元分析软件:如ANSYS等 机构分

10、析及机构综合的软件 系统动态分析软件 5、文档制作软件。如WPS,WORD等。,24,1.2.3 应用软件 应用软件是用户为解决各类实际问题,在系统软件的支持下而设计、开发的程序,或利用支撑软件进行二次开发形成的程序,如模具设计软件、电器设计软件等。应用软件的功能和质量直接影响CAD系统的功能和质量。,25,1.3 CAD/CAM系统的硬件 CAD系统的硬件组成 实际上也就是CAD系统的计算机硬件配置问题,但CAD系统的硬件配置与通用计算机系统有所不同,主要区别是CAD系统的硬件配置中要求有较强的人机交互设备以及图形输入、输出装置,性能好,主频高,浮点运算能力强的cpu,尽可能大的内存和外存,

11、以及支持标准图形系统且有较大显存的显卡。 典型的CAD系统的硬件 计算机主机、信息存储设备(主要指外存、如硬盘、软盘、光盘等)、图形输入设备(键盘、鼠标、扫描仪等)、图形输出设备(显示器、绘图仪、打印机等)及网络设备、多媒体设备等组成。,26,27,28,下面我们分别介绍这几部分: 1、计算机主机 计算机主机由中央处理器(CPU)和内存储器(简称为内存)等组成,是整个CAD系统的核心。衡量主机性能的指标主要有:CPU性能、字节长度、内存容量。(大中型、小型、工作站、微机) 2、信息存储设备 信息存储设备主要指外存储器,外存储器简称为外存。用来存放暂时不用或等待调用的程序、数据等信息。当使用这些

12、数据时,由操作系统根据命令调入内存,接受cpu处理。 外存 优点:容量大。 缺点:存储速度慢。 常见的外存储器有软盘、优盘、硬盘和光盘。,29,3、图形输入设备 在CAD/CAM系统中,经常需要交互地输入和修改产品设计方案和图形,对图形进行各种变换(缩放、平移、旋转)等操作,所以需要高效的图形输入设备。 鼠标:主要用来控制屏幕上光标的位置。 键盘:输入各种参数、命令及字符串。 数字化仪:专门用于二维绘图工作。是由一块尺寸为A4A0的图版和一个类似于鼠标的游标器(定位器)组成。 扫描仪:可以将图像扫描到计算机内存储。,30,4、图形显示设备 图形显示设备(CRT)是CAD系统中最重要的设备,它不

13、仅能随时显示所设计的图形,而且还能让用户对这些图形进行增、删、改、移动等操作。因此,它不单纯是被动地显示图形,而是一种交互式的图形显示。 衡量显示器性能的主要指标是分辨率和显示速度,对于相同尺寸的屏幕,点数越多,距离越小,分辨率就越高,显示的图形越精细。常用光栅扫描式显示器。目前,液晶显示器和等离子显示器的应用越来越广泛,有逐渐取代它的优势。 分辨率 12801024 水平扫描线有1280个点。垂直扫描线有1024条。,31,电子束在CRT屏幕上从左到右做水平扫描,当达到线右终点时,电子束快速回到下一条的起始位置,逐行扫描,当达到屏幕右下角时,回到起始点,开始下一轮的扫描。 5、图形输出设备

14、打印机:针式、喷墨、激光。 绘图仪:笔式绘图仪(平板、滚筒)、喷墨绘图仪。 快速成型机:使三维CAD模型快速成型。,32,1.4CAD系统的组成 1.4.1CAD系统的分类 CAD/CAM系统的分类方法有很多,本节主 要介绍两种分类方式。 1.4.1.1按计算机的配置分类 1、集中式主机型系统(集中式CAD系统,多用户分时处理,多用户共享一台计算机) 这种配置适用于大型CAD/CAM系统,一般以大(中)型机为主机,集中配备某些公用的外部设备。如绘图机、打印机等。同时接出许多用户工作站及字符终端,其中每个用 户工作站有一个图形终端,并配有文本输入设备 (键盘)。,33,优点:主机功能强,能进行大

15、信息量作业,如大型分析计算,复杂模拟和管理等。 缺点:因为这种系统采用的是多用户分时系统结构,所以当终端用户过多时,会使系统过载,响应速度变慢,而且 一旦出现主机发生故障,整个系统不能工作,此外,价格昂贵。,34,2、分布式工程工作站系统 这种系统配置时遵循这样一种思想:一个工程师使用一台计算机,而且还能使用所有计算机,前半句意味着屏弃了多用户分时系统的结构,后半句意味着采用网络技术。由于单用户性质,保证了优良的时间响应,提高了用户的工作效率。这种系统类型具有下列三个显著特点: 分布式计算能力,能支持复杂的CAD/CAM作业 图形智能化程度高 网络能力强,35,3、微型计算机系统 其构成与工作站CAD/CAM系统构成类似。 这种类型的系统主机为微型机配有图形终端、绘图机、打印机等。 微机在运算速度、精度、内外存容量等方面都已能满足CAD/CAM应用的需要。另外,微机上的各种软件、图形软件、工程分析软件及各种应用软件都能满足用户的大部分要求,网络技术的发展使微机CAD/CAM系统也达到资源共享,并且微机的价格越来越便宜,因此,它在中小型企业中得到了广泛的应用,是它们的最佳选择。,36,4、基于网络的微机-工程工作站系统 网络CAD/CAM系统是一种新型的计算机系统,它既具有良好的交互性和快速响应的性能

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