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1、第1章 计算机辅助设计与Inventor简介,本章导读 计算机辅助设计（CAD）技术是现代信息技术领域中设计以及相关部门使用非常广泛的技术之一。Autodesk公司的Inventor做为中端三维CAD软件，具有功能强大、易操作等优点，因此被认为是领先的中端设计解决方案。本章对CAD和Inventor软件做简要介绍。,1.1计算机辅助设计（CAD）入门,计算机辅助设计又简称为CAD，是英文Computer Aided Design(计算机辅助设计)的缩写，是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。 CA
2、D技术集计算机图形学、数据库、网络通讯以及对应的工程设计方面的技术于一身，现在已经被广泛的应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。 CAD技术的研究始于20世纪50年代后期，最初的CAD技术只是二位计算机绘图技术，发展至今，CAD技术已经从二维时代走进了三维时代，三维CAD具有二维CAD无法比拟的优势，在 曲面造型、实体造型 、物质质量特性计算 、 三维机构的分析和仿真功能 、三维几何模型的显示处理功能 、有限元法网络自动生成的功能 、优化设计功能 、数控加工功能 、信息处理和信息管理功能 等几个方面，三维CAD的表现十分卓越。,1.2 参数化造型简介,CAD三维造型技术的发展经历了线框造型
3、、曲面造型、实体造型、参数化造型以及变量化造型几个阶段。 1. 线框造型 最初的是线框造型技术，即有点、线集合方法构成的线框式系统，这种造型方式数据存储量小，操作灵活，响应速度快，但是由于线框的形状只能用棱线表示，只能表达基本的几何信息，因此在使用中有很大的局限性。 2. 曲面造型 70年代，法国人提出了贝赛尔算法，人们开始使用计算机来进行曲面的设计，法国的达索飞机公司首先进入了第一个三维曲面造型系统“CATIA”，是CAD发展历史上一次重要的革新，CAD技术有了质的飞跃。 3. 实体造型 SDRC公司于1979年发布了第一个完全基于实体造型技术的大型“CAD/CAE”软件“I-DESA”。实
4、体造型技术完全能够表达实体模型的全部属性，给设计以及模型的分析和仿真打开方便之门。实体造型技术代表着CAD技术发展的方向，它的普及也是CAD技术发展史上的一次技术革命。 4. 参数化实体造型 80年代中期，CV公司内部提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法参数化实体造型方法。从算法上来说，这是一种很好的设想。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。,1.3 Autodesk Inventor的产品优势和发展历程,“Autodesk Inventor”是美国AutoDesk 公司于1999 年底推出的最新三维参数化实体模拟软件。 “Inventor”建立在ACI
5、S 三维实体模拟核心之上。在基本的实体零件和装配模拟功能之上, Inventor 提供了一系列的更为深化的模拟技术,如下所述： （1）Inventor中二维图案布局可用来试验和评估一个机械原理； （2）有了二维的设置布局更有利于三维零件的设计； （3）Inventor首次在三维模拟和装配中使用自适应的技术； （4）通过应用自适应的技术，一个零件及其特征可自动去适应另一个零件及其特征，从而保证这些零件在装配的时候能够相互吻合； （5）在Inventor中可用扩展表来控制一系列实体零件的尺寸集。实体的特征可重新使用，一个实体零件的特征可转变为设计清单中的一个设计元素而使其可在其他零件的设计过程中得
6、以采用；,1.3.1 Autodesk Inventor的产品优势,（6）为了充分利用互联网和自联网的优势，一个设计组的多个设计师可使用一个共同的设计组搜索路径和共用文件搜索路径来协同工作。Inventor在这方面与其它软件相比具有很大的优势。它可直接与微软的网上会议相联进行实时协同设计。在一个现代化的数位工厂中，实体零件及装配件的设计资料可直接传送到后续的加工和制造部门； （7）为了满足在许多情况下设计师和工程师之间的合作和沟通，Inventor也充分考虑到了二维的投影工程图纸的重要性，Inventor 提供了简单而充足的从三维的实体零件和装配来产生工程图纸的功能。 （8）Inventor中
7、的功能以设计支持系统的方式提供，用户界面以视觉语集方式快速引导用户，各个命令的功能一目了然并要求用最少的键盘输入； （9）Inventor 与“3DStudio”和“AutoCAD”等其它软件兼容性强，其输出文件可直接或间接转化成为快速成型“STL” 文件和“STEP” 等文件。,1.3.2 Autodesk Inventor的发展历程,美国Autodesk公司在1999年1月提出了包含17项核心专利技术的“Autodesk Inventor R1”，2000年3月推出了“Inventor R2”（含中文版），同年6月和12月推出了“R3”和“R4”的版本，2001年9月推出了“Invento
8、r R5”的英文版，同年10月“R5”的中文版在中国发行。2002年的5月，“Inventor R5.3”版本推出，根据安装时选用的授权方式的不同，“Inventor R5.3”可分为单机版和网络版两个版本。之后，Autodesk又陆续退出了inventor的“R6”、“R7”版本。2003年10月28日，“Inventor R8”中文专业版面世。2004年6月，“Inventor Professional 9”（专业版）中文版正式发行。2005年6月6日，Inventor 10中文版正式发行。2006年6月10日，“Inventor 11”中文版正式发行。2007年5月8日，Autodesk
9、 Inventor Professional 2008中文版正式发行。2009年3月26日，Autodesk Inventor Professional 2010中文版正式发行。2011年5月25日，Autodesk Inventor Professional 2012中文版正式发行。,1.4 Autodesk Inventor支持的文件格式,每个软件都有一套属于自己的文件系统，Inventor也不例外。Inventor本身主要的文件格式有：零件文件、部件文件、工程图文件、表达视图文件、设计元素文件、设计视图和项目文件。,1.4.1 “Autodesk Inventor”的文件类型,1.4.2
10、 与“Autodesk Inventor”兼容的文件类型,“Autodesk Inventor”具有很强的兼容性，具体表现在它不仅可打开符合国际标准的“IGES”文件和“SEPT”格式的文件，甚至还可打开“Pro/Engineer”文件。另外，它还可打开“AutoCAD”和“MDT”的“DWG”格式文件。同时，Inventor还可将本身的文件转换为其他各种格式的文件，也可将自身的工程图文件保存为“DXF”和“DWG”格式文件等等。,1.5 Inventor 2012工作界面一览,在“Autodesk Inventor”中，绘制草图是创建零件的第一步。草图是截面轮廓特征和创建特征所需的几何图元（
11、如扫掠路径或旋转轴），可通过投影截面轮廓或绕轴旋转截面轮廓来创建草图三维模型。图1-11是草图以及由草图拉伸创建的实体。 图1-11 拉伸创建的实体,1.5.1 草图环境,可由两种途径进入到草图环境下。 1. 由新建零件进入草图环境 新建一个零件文件，以进入到草图状态。运行Inventor 2012，首先出现在图1-12所示的启动界面，然后选择“启动”面板中的新建图标命令，进入到如图1-13所示的【新建文件】对话框，选择【默认】标签下的【Standard.ipt】，新建一个标准零件文件，则会进入图1-14所示的草图环境。 图1-12 Inventor 2012 启动界面,图1-13 “新建文件
12、”对话框,图1-14 “ Inventor”草图环境,用户界面主要由ViewCube（绘图区右上部）、导航栏（绘图区右中部）快速工具栏（上部）、功能区、浏览器（左部）、文档选项卡和状态栏以及绘图区域构成。二维草图功能区如图1-15所示， 草图绘图功能区包括绘图、约束、阵列和修改等面板，使用功能区比起使用工具栏效率会有所提高。 图1-15 二维草图功能区,2. 编辑退化的草图以进入草图环境 如果要在一个现有的零件图中进入草图环境，首先应该找到属于某个特征的曾经存在的草图（也叫退化的草图），选择该草图，单击右键，在打开菜单中选择【编辑草图】选项即可重新进入草图环境。如图1-16所示。当编辑某个特征
13、的草图时，该特征会消失。 如果想从草图环境返回到零件（模型）环境下，只要在草图绘图区域内点击右键，从菜单中选择【完成二维草图】选项就可了。被编辑的特征也会重新显示，并且根据重新编辑的草图自动更新。 图1-16 “编辑草图”选项,1.5.2 零件（模型）环境,1. 零件（模型）环境概述 任何时候创建或编辑零件，都会激活零件环境，也叫模型环境。可使用零件（模型）环境来创建和修改特征、定义定位特征、创建阵列特征以及将特征组合为零件。 使用浏览器可编辑草图特征、显示或隐藏特征、创建设计笔记、使特征自适应以及访问“特性”。 特征是组成零件的独立元素，可随时对其进行编辑。特征有四种类型：草图特征、放置特征
14、、阵列特征和定位特征。 （1）草图特征 基于草图几何图元，由特征创建命令中输入的参数来定义。用户以编辑草图几何图元和特征参数。 （2）放置特征 放置特征如圆角或倒角，在创建的时候不需要草图。要创建圆角，只需输入半径并选择一条边。标准的放置特征包括抽壳、圆角、倒角、拔模斜度、孔和螺纹。 （3）阵列特征 阵列特征是指按矩形、环形或镜像方式重复多个特征或特征组。 必要时，以抑制阵列特征中的个别特征。 （4）定位特征 定位特征是用于创建和定位特征的平面、轴或点。,2. 零件（模型）环境的组成部分 在图1-13中选择新建一个标准零件文件，之后进入草图环境。单击【草图】标签中的【完成草图】选项，则进入到模
15、型环境下，如图1-17所示。 模型环境下的工作界面是由菜单栏、快速工具栏、功能区（上部）、浏览器（左部）以及绘图区域等组成。模型功能区如图1-18所示。零件的浏览器如图1-19所示，从浏览器中可清楚的看到，零件是特征的组合。,图1-17 Inventor模型环境,图1-18 模型功能区 图1-19 零件浏览器,1.5.3 部件（装配）环境,1. 进入部件（装配）环境 在Inventor中，部件是零件和子部件的集合。在Inventor 中创建或打开部件文件时，也就进入了部件环境，也叫做装配环境。在图1-13所示的对话框中选择【Standard.iam】项，就会进入部件环境，如图1-20所示。 装
16、配环境是由菜单栏、快捷工具栏、功能区（上部）、浏览器（左部）以及绘图区域等组成。部件（装配）功能区如图1-21所示。,图1-20 “ Inventor”部件环境,图1-21 部件（装配）功能区 2. 部件环境中自上而下的设计方法 使用部件工具和菜单选项，可对构成部件的所有零件和子部件进行操作，这些操作包括添加一个零部件，传统上，设计者和工程师首先创建方案，然后设计零件，最后把所有的零部件加入到部件中。这称之为自上而下的设计方法。 使用Inventor可通过在创建部件时创建新零件或者装入现有零件，使设计过程更加简单有效。这种以部件为中心的设计方法支持自上而下、自下而上和混合的设计流程。,1.5.4 钣金模型环境,1. 钣金环境概述 钣金零件的特点之一就是同一种零件都具有相同的厚度，在“Autodesk Inventor”中，将零件造型和钣金作为零件文件的子类型。用户可在任何时候通过选择点击【转换】菜单，然后选择子菜单中的【零件】选项或者【钣金】选项，将可在零件造型子类型和钣金子类型之间转换。零件子类型转换为钣金子类型后，零件被识别为钣金，并启用【
