1、計算機輔助設計CAD(Computer Aided Design)主講：張國全gquanzh第一章 基本知識CAD技術和 AutoCAD簡介 CAD技術 它是一種利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產(chǎn)品的設計與分析，以達到理想的目的并取得創(chuàng)新成果的一種技木。 CAD技術是伴隨著計算機硬件技術的發(fā)展和計算機圖形學的進步而逐步發(fā)展起來的CAD技術最早產(chǎn)生于20世紀5060年代，從70年代開始得到了廣泛的應用如今CAD技術已經(jīng)廣泛應用于制造業(yè)和工程設計領域。在機械、建筑、結構、裝璜、交通、電氣、電子等領域中，CAD技術巳經(jīng)普遍應用于部件設計

2、、結構性分析、加工制造等各個環(huán)節(jié)。 CAD技術能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能通常包括繪圖（如二維繪囹、三維建模、三維動畫、出圖打印等）、數(shù)據(jù)管理（如與工程數(shù)據(jù)庫結合實現(xiàn)對工程數(shù)據(jù)的存儲、查詢等功能）、數(shù)值分析（如數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、有限元分析、碰撞分析、模擬裝配等）、仿真模擬（如飛行仿真、受力破壞分析、交通狀況模擬等）。 在CAD技術自身發(fā)展的同時它也和具他相關的技術密切結合，獲得了更加廠泛的應用、例如，CAD與計算機輔助制造技術（computer aided manufacturing，CAM）結合形成的CADCAM技術，使得產(chǎn)品的設計和制造兩個環(huán)節(jié)緊密結合，CAD與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術（PDM）結合，使得在進行

3、計算機輔助設汁的同時，能夠利用PDM對產(chǎn)品設計和加工的全過程中的所有數(shù)據(jù)和信息進行宏觀的管理和協(xié)調(diào)，大大提高了工程數(shù)據(jù)管理的效率。 自CAD技術問世以來，產(chǎn)生了許多針對不同的軟硬件平臺和不同行業(yè)需要的CAD應用軟件、這些軟件均以CAD技術為基礎，為工程設計或產(chǎn)品制造提供計算機輔助支持。 比較常用的CAD軟件 Unigraphics(UG)UG是unigraphicssolutions公司的拳頭產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供一個全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結合在一起，這一結合被實踐證明是強有力的，并被大多數(shù)CAD/CA

4、M軟件廠商所采用。UG最早應用于美國麥道飛機公司。它是從二維繪圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等功能發(fā)展起來的軟件。90年代初，美國通用汽車公司選中UG作為全公司的CAD/CAE/CAM/CIM主導系統(tǒng)，這進一步推動了UG的發(fā)展。1997年10月unigraphicssolutions公司與Intergraph公司簽約，合并了后者的機械cad產(chǎn)品，將微機版的Solidedge軟件統(tǒng)一到Parasolid平臺上。由此形成了一個從低端到高端，兼有Unix工作站版和WindowsNT微機版的較完善的企業(yè)級CAD/CAE/CAM/PDM集成系統(tǒng)。 UG Autocad Autocad是Autodesk公司的

5、主導產(chǎn)品。Autodesk公司是世界第四大pc軟件公司。目前在cad/cae/cam工業(yè)領域內(nèi)，該公司是擁有全球用戶量最多的軟件供應商，也是全球規(guī)模最大的基于pc平臺的cad和動畫及可視化軟件企業(yè)。Autodesk公司的軟件產(chǎn)品已被廣泛地應用于機械設計、建筑設計、影視制作、視頻游戲開發(fā)以及web網(wǎng)的數(shù)據(jù)開發(fā)等重大領域。Autocad是當今最流行的二維繪圖軟件，它在二維繪圖領域擁有廣泛的用戶群。Autocad有強大的二維功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發(fā)等功能，同時有部分三維功能。Autocad提供Autolisp、ads、arx作為二次開發(fā)的工具。在許多實際應用領域(如

6、機械、建筑、電子)中，一些軟件開發(fā)商在autocad的基礎上已開發(fā)出許多符合實際應用的軟件。目前，autodesk公司已經(jīng)發(fā)布Autocad2004.Autocad MDTMDT是Autodesk公司在pc平臺上開發(fā)的三維機械CAD系統(tǒng)。它以三維設計為基礎，集設計、分析、制造以及文檔管理等多種功能為一體；為用戶提供了從設計到制造一體化的解決方案。MDT主要功能特點如下：(1)基于特征的參數(shù)化實體造型。用戶可十分方便地完成復雜三維實體造型，可以對模型進行靈活地編輯和修改。(2)基于nurbs的曲面造型，可以構造各種各樣的復雜曲面，以滿足如模具設計等方面對復雜曲面的要求。(3)可以比較方便地完成幾

7、百甚至上千個零件的大型裝配。(4)MDT提供相關聯(lián)的繪圖和草圖功能，提供完整的模型和繪圖的雙向聯(lián)結。該軟件的推出受到廣大用戶的普遍歡迎。由于該軟件與Autocad同時出自Autodesk公司，因此兩者完全融為一體，用戶可以方便地實現(xiàn)三維向二維的轉(zhuǎn)換。MDT為Autocad用戶向三維升級提供了一個較好的選擇MDT SolidworksSolidworks是生信國際有限公司推出的基于windows的機械設計軟件。生信公司是一家專業(yè)化的信息高速技術服務公司，在信息和技術方面一直保持與國際CAD/CAE/CAM/PDM市場同步。該公司提倡的“基于windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系

8、統(tǒng)”是以windows為平臺，以Solidworks為核心的各種應用的集成，包括結構分析、運動分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等，為中國企業(yè)提供了夢寐以求的解決方案。Solidworks是微機版參數(shù)化特征造型軟件的新秀，該軟件旨在以工作站版的相應軟件價格的1/41/5向廣大機械設計人員提供用戶界面更友好，運行環(huán)境更大眾化的實體造型實用功能。Solidworks是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好，用戶上手快。該軟件可以應用于以規(guī)則幾何形體為主的機械產(chǎn)品設計及生產(chǎn)準備工作中，其價位適中。Solidworks P

9、ro/engineerPro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術公司(parametric technology corporation，簡稱PTC)的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM/的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM/領域的新標準。利用該概念開發(fā)出來的第三代機械CAD/CAE/CAM/產(chǎn)品Pro/engineer軟件能將設計至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產(chǎn)品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。Pro/engineer系統(tǒng)主要功能如下:(1)真正的全相關性，任何地方的修改都

10、會自動反映到所有相關地方。(2)具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。(3)具有強大的裝配功能，能夠始終保持設計者的設計意圖。(4)容易使用，可以極大地提高設計效率。Pro/engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。Pro/engineer建立在工作站上，系統(tǒng)獨立于硬件，便于移植。Pro/engineer I-deasI-deas是美國sdrc公司開發(fā)的CAD/CAM軟件。該公司是國際上著名的機械CAD/CAE/CAM公司，在全球范圍享有盛譽，國外許多著名公司，如波音、索尼、三星、現(xiàn)代、福特等公司均是sdr

11、c公司的大客戶和合作伙伴。I-deasmasterseries5是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。它幫助工程師以極高的效率，在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設計、仿真分析、測試直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程。I-deas是全世界制造業(yè)用戶廣泛應用的大型CAD/CAE/CAM軟件。I-deas在CAD/CAE一體化技術方面一直雄居世界榜首，軟件內(nèi)含諸如結構分析、熱力分析、優(yōu)化設計、耐久性分析等真正提高產(chǎn)品性能的高級分析功能。I-deas高華cad高華cad是由北京高華計算機有限公司推出的cad產(chǎn)品。該公司是由清華大學和廣東科龍(容聲)集團聯(lián)合創(chuàng)建的一個專門從事cad/cam/pdm/mis集

12、成系統(tǒng)的研究、開發(fā)、推廣、應用、銷售和服務的專業(yè)化高技術企業(yè)。公司與國家cad支撐軟件工程中心緊密結合，堅持走自主版權的民族軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展道路，以“用戶的需要就是我們的需要”為承諾，在科研成果商品化方向邁出了可喜的一步。 高華cad系列產(chǎn)品包括計算機輔助繪圖支撐系統(tǒng)ghdrafting、機械設計及繪圖系統(tǒng)ghmds、工藝設計系統(tǒng)ghcapp、三維幾何造型系統(tǒng)ghgems、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)ghpdms及自動數(shù)控編程系統(tǒng)ghcam。其中ghmds是基于參數(shù)化設計的cad/cae/cam集成系統(tǒng)，它具有全程導航、圖形繪制、明細表的處理、全約束參數(shù)化設計、參數(shù)化圖素拼裝、尺寸標注、標準件庫、圖像編輯等

13、功能模塊。ghgems5.0曾獲第二屆全國自主版權cad支撐軟件評測第一名。 高華cadcaxa電子圖板caxa-me制造工程師caxa電子圖板和caxa-me制造工程師軟件的開發(fā)與銷售單位是北京北航海爾軟件有限公司(原北京航空航天大學華正軟件研究所)。該公司是從事CAD/CAE/CAM軟件與工程服務的專業(yè)化公司。caxa-me是面向機械制造業(yè)的自主開發(fā)的、中文界面、三維復雜形面cad/cam軟件。caxa制造工程師1.0版于1996年推出，caxa-me2.0版于1998年3月發(fā)布，caxa-me2000版也已發(fā)布。caxaGS-cad98 GS-cad98是浙江大天電子信息工程有限公司開發(fā)

14、的基于特征的參數(shù)化造型系統(tǒng)。該公司是國家科委高技術研究發(fā)展中心、浙江大學和中國航天總公司cad/cam中心在杭州聯(lián)合創(chuàng)建的高新技術研究、開發(fā)和應用企業(yè)。大天公司集軟件開發(fā)、工程應用、信息系統(tǒng)集成和計算機類產(chǎn)品銷售為一體，是從事cad/capp/cam工程數(shù)據(jù)庫和mis/oa的開發(fā)、應用、銷售和服務的專業(yè)化高技術公司。GS-cad98是一個具有完全自主版權、基于微機、中文windows95/NT平臺的三維cad系統(tǒng)。該軟件是在國家“七五”重大攻關及863/CIMS主題目標產(chǎn)品開發(fā)成果的基礎上，參照Solidworks的用戶界面風格及主要功能開發(fā)完成的。它實現(xiàn)了三維零件設計與裝配設計，工程圖生成的

15、全程關聯(lián)，在任一模塊中所做的變更，在其他模塊中都能自動地做出相應變更。GS-cad98 金銀花系統(tǒng) 金銀花(lonicera)系統(tǒng)是由廣州紅地技術有限公司開發(fā)的基于step標準的cad/cam系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國家科委863/cims主題在“九五”期間科技攻關的最新研究成果。該軟件主要應用于機械產(chǎn)品設計和制造中，它可以實現(xiàn)設計/制造一體化和自動化。該軟件起點高，以制造業(yè)最高國際標準ISO-10303 (step)為系統(tǒng)設計的依據(jù)。該軟件采用面向?qū)ο蟮募夹g，使用先進的實體建模、參數(shù)化特征造型、二維和三維一體化、sdai標準數(shù)據(jù)存取接口的技術;具備機械產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃設計和數(shù)控加工程序自動生成等功能

16、;同時還具有多種標準數(shù)據(jù)接口,如step、dxf等;支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(pdm)。目前金銀花系統(tǒng)的系列產(chǎn)品包括:機械設計平臺mda、數(shù)控編程系統(tǒng)ncp、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理pds、工藝設計工具mpp.機械設計平臺MDA(mechanical design assistant)是金銀花系列軟件之一，是二維和三維一體化設計系統(tǒng)。目前，mda1.7版已投放市場，mda99版也已發(fā)布?！敖疸y花”mda在國內(nèi)率先實現(xiàn)商品化，并向國外三維cad軟件發(fā)出了強有力的挑戰(zhàn)。金銀花系統(tǒng) 開目cad 與天喻cad開目cad是華工科技開目公司開發(fā)的具有自主版權的基于微機平臺的cad和圖紙管理軟件，它面向工程實際，模擬人的設計繪

17、圖思路，操作簡便，機械繪圖效率比autocad高得多。開目cad支持多種幾何約束種類及多視圖同時驅(qū)動，具有局部參數(shù)化的功能，能夠處理設計中的過約束和欠約束的情況。開目cad實現(xiàn)了cad、capp、cam的集成，適合我國設計人員的習慣，是全國cad應用工程主推產(chǎn)品之一。 開目cad 與天喻cadAutoCAD AutoCAD是由美國AutoDesk公司開發(fā)的交互式什算機輔助設計軟件包。自1982年AutoDesk公司推出AutoCAD的第一個版本AutoCAD1.0開始, AutoCAD歷經(jīng)了十余次升級從一個簡單的二維繪圖軟件逐漸發(fā)展為一個功能完善的通用CAD技術應用平臺。目前，AutoCAD已

18、經(jīng)有20多種語言的版本，擁有數(shù)百萬正式用戶。 從AutoCAD R12到AutoCAD 2002，雖然應用程序的執(zhí)行效率、實現(xiàn)功能和用戶界面發(fā)生了很大的變化，但AutoCAD的基本命令集、參數(shù)輸人方式、對象捕捉等都保持了一致的鳳格。讀者熟悉了其中任何一個版本的使用方法，完全可以通過自學掌握其他版本的AUTOCAD的使用。AutoCAD的基本功能作為以CAD技術為內(nèi)核的軟件，AutoCAD具備了CAD技術能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能作為一個通用的工程設計平臺, AutoCAD還擁有強大的人機交互能力和簡便的操作方法，十分便于廣大用戶使用。 AutoCAD軟件提供的基本功能如下:繪圖功能 這是任何一個CAD

19、軟件必須具備的基本功能。AutoCAD提供了創(chuàng)建直線、園、曲線、面、文本、尺寸標注等多種圖形對象的功能精確定形定位功能 AutoCAD提供了坐標輸入、對象捕捉、追蹤、柵格等功能，能夠精確地捕捉點的位置，創(chuàng)建出精確位置、精確形狀和精確大小的圖形對象所有的圖形，都具有定量的坐標數(shù)據(jù)。這是AutoCAD區(qū)別于 Window畫圖程序、PhotoSHOP等一般繪圖軟件的不同之處。 編輯和修改功能 AutoCAD提供了拷貝、陣列，修剪、倒角等修改命令，可以利用已經(jīng)存在的基本圖形生成更加復雜的圖形，而不需要每次都重新創(chuàng)建。圖形輸出功能 輸出主要包括屏幕顯示和打印AutoCAD提供了縮放、平移、三維顯示、多視

20、區(qū)顯示等屏幕功能。圖紙空間、布局圖和打印功能極大地方便了使用者出圖。 三維造型功能 AutoCAD提供的高級建模擴展模塊（Advanced Modeling Extension，AME）可以在不改變圖形數(shù)據(jù)的前提下，轉(zhuǎn)換當前圖形文件的圖層名稱和層屬性，使其與其他圖形文件或 DWS標準文件規(guī)定的圖層結構一致 文本標注功能 在原有文本標注命令的基礎上，AutoCAD 2002提供了幾個新的文本標注功能這些功能包括：文本縮放、對正點修改、改進后的文字拼寫檢查、文本在圖紙摸型空間的匹配。 塊屬性操作 AutoCAD提供了全新的塊屬性管理器和增強型的塊屬性編輯器。在塊屬住管理器中，可以方便地修改塊屬性，

21、而且這些修改會在相應的塊實例中動態(tài)更新。屬性提取向?qū)Э梢灾笇в脩籼崛D塊屬性，并輸出為一定格式的外部文件 網(wǎng)絡發(fā)布 AutoCAD提供了更多的WEB頁模板和主題，并提供了I-doop拖放功能，可以用HTML網(wǎng)頁的形式將創(chuàng)建的圖形文檔發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上 AutoCAD 2000的工作界面 AutoCAD2000中文版默認的工作界面，主要包括的部分有：標題行、下拉菜單、繪圖區(qū)、標準工具欄、對象特性工具欄、繪圖工具欄、編輯工具欄、命令提示區(qū)、狀態(tài)欄、滾動條及視窗控制按鈕等。 AutoCAD2000與 Windows其他應用程序一樣，用戶可以根據(jù)需要安排適合自己的工作界面。AutoCAD的命令輸入及終止方

22、式輸入一般命令單擊命令按鈕：用鼠標在工具欄上單擊代表相應命今的圖標按鈕。從下拉菜單中選取：用鼠標從下拉菜單中單擊要輸人的命令項。從鍵盤鍵入：在“命令；”（command：）狀態(tài)下，鍵人命令名，隨后按回車鍵或空格鍵。輸入透明命令 AutoCAD2000中有些命令可以插入到另一條命令的執(zhí)行期間執(zhí)行，如使用 Line命令繪制一條折線到一半時，可以使用ZOOM命令放大顯示實體，類似ZOOM這樣的命令稱為透明命令。常用的輔助繪圖工具命令一般都是透明命今。透明命令常用的操作方法是： 從工具欄或狀態(tài)行直接單擊透明命令，然后操作它。 從鍵盤鍵入，但要在命令名前如單引號，然后操作它，如：“ZOOM”。 在某命令執(zhí)行過程中，用上述方法輸入并操作了透明命令后可繼續(xù)執(zhí)行該命令。 終止命令的執(zhí)行 在執(zhí)行過程中按（Esc）鍵。從菜單或工具欄調(diào)用另一非透明命令時，將自動終止當前正在執(zhí)行的絕大部分命令。當一條命令正常完成后將自動終止。 修改系統(tǒng)配置選項 繪圖時，用戶可根據(jù)需要修改AutoCAD所提供的缺省系統(tǒng)配置內(nèi)容，以確定一個最佳的、最適合白己習慣的系統(tǒng)配置從而提高繪圖的速度和質(zhì)量。修改系統(tǒng)配置是通過操作AutoCAD命令所彈出的“選項”對話框來