CAD技術(shù)-第二章-1-CAD系統(tǒng)組成

第二章材料加工CAD技術(shù)基礎(chǔ)2.1CAD系統(tǒng)的組成與分類(lèi)2.2計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)2.3CAD系統(tǒng)的三維造型技術(shù)2.4CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換2.5CAD系統(tǒng)的智能化技術(shù)與優(yōu)化分析技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：

了解CAD系統(tǒng)的組成及分類(lèi)。掌握?qǐng)D形變換、CAD系統(tǒng)的三維造型技術(shù)，CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換。了解CAD系統(tǒng)的智能化和優(yōu)化技術(shù)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：圖形變換、CAD系統(tǒng)的三維造型技術(shù)，CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換。CAD系統(tǒng)的組成2.1CAD系統(tǒng)的組成與分類(lèi)

CAD系統(tǒng)必須具備硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件主要由計(jì)算機(jī)主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)幾部分組成。軟件一般包括操作系統(tǒng)、支撐軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用軟件。CAD系統(tǒng)的硬件

硬件主要由計(jì)算機(jī)主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)幾部分組成。

主機(jī)

主機(jī)是計(jì)算機(jī)的主體，由中央處理器（CPU）、內(nèi)存儲(chǔ)器及其聯(lián)接主板組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的核心。

硬盤(pán)存儲(chǔ)器，是主要的外存設(shè)備，反映硬盤(pán)工作質(zhì)量的主要技術(shù)參數(shù)是硬盤(pán)存儲(chǔ)容量、讀寫(xiě)速度及傳輸數(shù)據(jù)的速度。外存儲(chǔ)器光盤(pán)存儲(chǔ)器磁帶存儲(chǔ)器軟盤(pán)存儲(chǔ)器和閃盤(pán)存儲(chǔ)器輸入設(shè)備鍵盤(pán)鼠標(biāo)著名日本外設(shè)廠商Elecom，新款無(wú)線便攜式鼠標(biāo)，采用發(fā)射器內(nèi)置式設(shè)計(jì)IBM專(zhuān)業(yè)指紋認(rèn)證鍵盤(pán)數(shù)字化儀掃描儀數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像頭其他，觸摸屏、語(yǔ)音輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)手套等輸出設(shè)備

顯示器和顯示卡

顯示器是CAD系統(tǒng)的重要輸出設(shè)備之一。顯示器主要有陰極射線管、液晶和等離子等類(lèi)型。

顯示卡是CPU與顯示器之間的接口，其性能好壞直接影響圖形顯示的速度及效果。打印機(jī)與繪圖機(jī)

針式打印機(jī)、激光打印機(jī)、噴墨繪圖機(jī)、筆式繪圖機(jī)。打印機(jī)HP750C噴墨繪圖機(jī)（2臺(tái)）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器（NetworkAdapter）又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）或網(wǎng)卡。傳輸介質(zhì)

有線網(wǎng)絡(luò)：雙絞線、同軸電纜、光纜無(wú)線網(wǎng)絡(luò)：無(wú)線電波、紅外線調(diào)制解調(diào)器用于將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)或把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，是利用電話線撥號(hào)上網(wǎng)的接口設(shè)備。CAD系統(tǒng)的硬件要求：（1）性能要求較高的圖形輸入及輸出設(shè)備

（2）較高的運(yùn)行速度（3）足夠的外部存儲(chǔ)空間（4）較好的網(wǎng)絡(luò)性能CAD系統(tǒng)的軟件

軟件可分為操作系統(tǒng)、支撐軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用軟件四個(gè)部分。操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)軟件主要負(fù)責(zé)管理硬件資源及各種軟件資源，是計(jì)算機(jī)的公共性底層管理軟件，即系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。系統(tǒng)軟件大都是由計(jì)算機(jī)制造商或軟件公司開(kāi)發(fā)，通常作為商品軟件出售，如目前流行的Windows、Linux、UNIX等系統(tǒng)軟件。支撐軟件支撐軟件運(yùn)行在系統(tǒng)軟件之上，是實(shí)現(xiàn)CAD各功能的通用性應(yīng)用基礎(chǔ)軟件，是CAD系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

支撐軟件主要指那些直接支撐用戶進(jìn)行CAD工作的通用性功能軟件，一般可分為集成型和單一功能型。

單一功能型的支撐軟件如AutoCAD、ANSYS和ORACLE等。集成型的支撐軟件如Pro/E、UG。CAD系統(tǒng)的圖形支撐系統(tǒng)一般應(yīng)具有如下主要功能：（1）計(jì)算機(jī)圖形處理（2）三維產(chǎn)品建模（3）有限元建模與分析（4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（5）數(shù)據(jù)信息交換（6）工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理（7）方便完善的二次開(kāi)發(fā)工具常見(jiàn)CAD/CAM系統(tǒng)支撐軟件簡(jiǎn)介AutoCAD

AutoCAD系列軟件是Autodesk公司的產(chǎn)品，也是最早進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的CAD軟件之一，AutoCAD軟件最早是針對(duì)二維設(shè)計(jì)繪圖而開(kāi)發(fā)的，隨著其產(chǎn)品的日益成熟，而且隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展需要，而且隨著版本的不斷更新三維設(shè)計(jì)的部分也在越來(lái)越多的發(fā)展。該軟件存在一些的不足之處，比如，該軟件在二維設(shè)計(jì)中無(wú)法做到參數(shù)化的全相關(guān)的尺寸處理；三維設(shè)計(jì)中的實(shí)體造型能力不足。但是由于該軟件進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較早，價(jià)格較便宜，對(duì)使用的微機(jī)要求較低，使用比較簡(jiǎn)單，是目前世界上應(yīng)用最廣的CAD軟件.Pro/Engineer

ParametricTechnologyCrop公司（PTC）的Pro/Engineer以其參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等概念聞名于CAD界。該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是針對(duì)產(chǎn)品的三維實(shí)體模型建立、三維實(shí)體零件的加工、以及設(shè)計(jì)產(chǎn)品的有限元分析。該軟件的價(jià)格相對(duì)較高，但由于功能很強(qiáng)大，國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)依然是它的主要用戶。另外，值得一提的是該軟件分為工作站版和微機(jī)版，微機(jī)版對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求較高，而且由于它的動(dòng)態(tài)實(shí)體造型功能，相對(duì)要求的內(nèi)存及硬盤(pán)空間都要較大，比如，內(nèi)存就要求至少128M。UG

UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源于航空、汽車(chē)企業(yè)（美國(guó)麥道航空公司），它的應(yīng)用范圍基本和Pro/E相似，采用基于約束的特征建模技術(shù)和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù)。該軟件的功能也非常的強(qiáng)大，一般認(rèn)為UG是業(yè)界最好、最具有代表性的數(shù)控軟件，它提供了功能強(qiáng)大的刀具軌跡生成方法。它的銷(xiāo)售也和Pro/E相似，采用分模塊銷(xiāo)售的辦法，目前我國(guó)很多的航空企業(yè)都在使用這種軟件。同樣UG軟件的安裝對(duì)微機(jī)的要求較高。UG使用起來(lái)比較復(fù)雜，軟件相對(duì)較難掌握。

CATIA

由法國(guó)DassaultSystems（達(dá)索）公司開(kāi)發(fā)，后被美國(guó)IBM公司收購(gòu)的CATIA是一個(gè)全面的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)，CATIA具有一個(gè)獨(dú)特的裝配草圖生成工具，支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零件之間的連接定義，可以進(jìn)行快速的概念設(shè)計(jì)。CATIA該軟件具有很強(qiáng)的曲面造型功能，CATIA也可進(jìn)行有限元分析，特別的是，CATIA能夠進(jìn)行四維空間的觀察，也就是說(shuō)該軟件能夠模擬觀察者的視野進(jìn)入到零件的內(nèi)部去觀察零件，并且它還能夠模擬真人進(jìn)行裝配。這套軟件的價(jià)格也不便宜。哈爾濱飛機(jī)制造公司的飛機(jī)、汽車(chē)等產(chǎn)品就是應(yīng)用CATIA軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。美國(guó)波音飛機(jī)公司的波音777飛機(jī)便是其杰作之一。I-DEASSDRC公司的IDeasMasterSeries是高度集成化的CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)。在單一數(shù)字模型中完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析、測(cè)量直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過(guò)程，附加的CAM部分可以方便地仿真刀具及機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，并可以對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制和優(yōu)化：采用VGX（VaiationalGeometryExtended，即超變量化幾何）技術(shù)，VGX技術(shù)擴(kuò)展了變量化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，允許用戶對(duì)一個(gè)完整的三維數(shù)字產(chǎn)品從幾何造型、設(shè)計(jì)過(guò)程、特征到設(shè)計(jì)約束，都可以實(shí)時(shí)直接設(shè)計(jì)和修改，在全約束和非全約束的情況下均可順利地完成造型。工程分析是它的特長(zhǎng)。I-DEAS國(guó)外很多大型的制造企業(yè)都是使用兩種設(shè)計(jì)軟件，一種是IDeasMasterSeries，用它來(lái)完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)；另一種是UG，用它來(lái)完成設(shè)計(jì)產(chǎn)品的制造。國(guó)外許多著名公司，如波音、索尼、三星、現(xiàn)代、福特等公司均是SDRC公司的大客戶和合作伙伴。SolidwoksSolidwoks公司的Solidwoks系列軟件是一套功能相當(dāng)強(qiáng)大的三維造型軟件，三維造型是該軟件的主要優(yōu)勢(shì)，該軟件完全采用Windows的窗口界面，操作簡(jiǎn)單，支持各種運(yùn)算功能，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的全相關(guān)性的參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)。該軟件價(jià)位適中，因此使用的單位及個(gè)人較多，比如國(guó)內(nèi)相當(dāng)多的中小型企業(yè)都在使用Solidwoks軟件?？偟膩?lái)說(shuō)，Solidwoks系列產(chǎn)品作為三維的造型、設(shè)計(jì)軟件還是相當(dāng)方便靈活的。Cimatron以色列Cimatron軟件有限公司的Cimatron是基于CAD/CAM/PDM的產(chǎn)品，這套軟件針對(duì)性較強(qiáng)，更多應(yīng)用到模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中。該軟件能夠給應(yīng)用者提供一套全面的標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)，方便進(jìn)行模具設(shè)計(jì)中的分型面、抽芯等工作，在操作過(guò)程中都能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢查。該軟件在模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域是非常出色的，國(guó)內(nèi)南方的一些模具企業(yè)都在使用這套軟件，但由于它的專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，因此Cimatron更多的被應(yīng)用于模具的生產(chǎn)制造業(yè)，而其他行業(yè)的使用者較少，另外該軟件的價(jià)格相對(duì)較貴。

MasterCAM軟件是美國(guó)CNCSoftwareINC研發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM系統(tǒng)。這是專(zhuān)為復(fù)雜外形及曲面加工所設(shè)計(jì)的最經(jīng)濟(jì)有效的CAD/CAM工具軟件，它在造型功能、加工功能、仿真模擬、顯示屏幕以及數(shù)據(jù)接口等領(lǐng)域均有上乘表現(xiàn)，包括美國(guó)在內(nèi)的各工業(yè)大國(guó)皆一致采用此系統(tǒng)。

MasterCAM它可以幫助用戶輕松構(gòu)建2D或3D圖形（例如：舉升曲面、3D掃描曲面、3D曲面修整、曲面投影及曲面接合和圓角處理），并可以通過(guò)設(shè)置刀具路徑及參數(shù)來(lái)加工出用戶需要的成品。它所構(gòu)建的圖形全部適用于MasterCAM中的兩軸至五軸銑削模塊、車(chē)銑復(fù)合加工模塊以及線切割等模塊，也可以與其他的CAD軟件的輸出圖形兼容，例如DXF、IGES、STL、STA文件等。MasterCAM國(guó)內(nèi)的CAD/CAM系統(tǒng)

比如具有自主版權(quán)的清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的GHGEMSCAD（高華CAD）；具有三維功能并與有限元分析、數(shù)控加工集成的浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的GS—CAD；具有參數(shù)化功能和裝配設(shè)計(jì)功能的華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的開(kāi)目CAD，該軟件也是CAD/CAM/CAPP結(jié)合的軟件，目前在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)中使用也較多；北航海爾的CAXA系統(tǒng)是基于STEP的CAD/CAM集成制造系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中出現(xiàn)較早，其功能也相對(duì)比較強(qiáng)大，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也較為廣泛。以上種種國(guó)內(nèi)的應(yīng)用軟件大都符合中國(guó)人的繪圖習(xí)慣，符合中國(guó)的制圖、制造標(biāo)準(zhǔn)，而且是全中文的界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣。數(shù)據(jù)庫(kù)（1）獨(dú)立性（2）共享性（3）可靠性（4）保密性建立數(shù)據(jù)庫(kù)的目的和要求:數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的、由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合，它可以為多個(gè)用戶使用。

CAD中的數(shù)據(jù)有圖形和非圖形之分，其數(shù)據(jù)庫(kù)與一般事務(wù)處理數(shù)據(jù)庫(kù)不同。要求具有處理圖形和非圖形數(shù)據(jù)的能力，且數(shù)據(jù)量多，類(lèi)型復(fù)雜，動(dòng)態(tài)地生成。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是根據(jù)用戶具體要求，在支撐軟件基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用軟件。它是在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，或用高級(jí)語(yǔ)言編程，或基于某種支撐軟件，針對(duì)特定的問(wèn)題設(shè)計(jì)研制，既可為一個(gè)用戶使用，也可為多個(gè)用戶使用的軟件。常用的編程語(yǔ)言，如C++、Fortran、Basic等。CAD二次開(kāi)發(fā)實(shí)例CAD系統(tǒng)的分類(lèi)信息檢索型CAD系統(tǒng)人機(jī)交互型CAD系統(tǒng)智能型CAD系統(tǒng)信息檢索型CAD系統(tǒng)主要用于設(shè)計(jì)已定型的、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化程度很高的產(chǎn)品。例如：電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、泵、變壓器、減速器等。速度快，效率高。不足之處：使用范圍較窄、通用性差、修改困難。信息檢索型CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)者檢索訂貨規(guī)格選擇最佳標(biāo)準(zhǔn)圖計(jì)算機(jī)檢索設(shè)計(jì)繪圖參數(shù)設(shè)計(jì)者確認(rèn)？YNNY自動(dòng)繪圖設(shè)計(jì)者確認(rèn)？輸入初始數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)CAD工程數(shù)據(jù)庫(kù)決定工藝流程及生產(chǎn)計(jì)劃人機(jī)交互型CAD系統(tǒng)區(qū)別：人機(jī)交互型CAD系統(tǒng)以設(shè)計(jì)者為中心適用于解決企業(yè)遇到的各類(lèi)設(shè)計(jì)問(wèn)題，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，難以用函數(shù)來(lái)定量描述的問(wèn)題。靈活性高，普遍適用。輸入/輸出裝置人機(jī)交互型CAD系