计算机辅助设计概论.pdf
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第1章 计算机辅助设计概论 Computer Aided Design,CAD 计算机辅助设计 Computer Aided Manufacturing,CAM 计算机辅助制造 基本术语 广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中 的各项活动,包括工艺过程设计(CAPP)、工装设计、计算机辅助数 控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。 狭义CAM通常是指NC程序编制,包括刀具路径规划、刀位文件生成、 刀具轨迹仿真及NC代码生成等。 指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项 工作,如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等,并达到提 高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。 Computer Aided Process Planning, CAPP 计算机辅助工艺设计 Product Data Management,PDM 产品数据管理 指在工艺人员借助于计算机,根据产品设计阶段给出的信息和产品制 造工艺要求,交互地或自动地确定产品加工方法和方案,如加工方法 选择、工艺路线确定、工序设计等。 Computer Aided Engineering ,CAE 计算机辅助工程分析 利用计算机对设计方案进行分析,包括工程分析、数据管理、试验、仿 真等等。 以软件技术为基础,以产品为管理的核心,以数据、过程和资源为 管理信息的三大要素 1.1 CAD的含义和特点 CAD :Computer Aided Design 计算机辅助设计 CAD是以设计者为主体,设计者利用计算机辅 助设计系统的资源,对产品设计进行规划、分 析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工 程文档的创造性活动。 CAD不是自动设计,而是设计人员在计算机辅助设计 系统的帮助下进行设计的过程。 1.1 CAD的含义和特点 CAD :Computer Aided Design 计算机辅助设计 CAD系统资源: 建立设计对象的模型、实体设计 、与图形设计及图形显示、工程计算及优化、 功能模拟及运动模拟、产品设计所需的标准、 规范及原材料的性能、工艺参数等工程数据, 数据交换标准、方法及工具,设计者与系统交 互作业的用户接口。 概括来说,CAD的设计对象有两大类: 一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品; 另一类是工程设计产品,即工程建筑,国外简称: AEC (Architecture、Engineering Construction)。 而如今,CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动 画、广告和娱乐等领域,产生了巨大的经济及社会效益, 有着广泛的应用前景。 Computer Aided Architecture Design,CAAD 计算机辅助建筑设计 CAD 工作过程 功能设计 功能设计 初步设计 初步设计 详细设计 FEA 详细设计 FEA 加工仿真 加工仿真 运动仿真或功能仿真 运动仿真或功能仿真 对零件进行加工模拟,如注塑、压 铸、锻压或机械加工等过程进行模 拟,从中发现制造的问题,进而提 出对零件设计的修改方案。 进行产品结构的初步设计,产品造 型和外观的初步设计。 从总图派生出零件,对零件的造型 、尺寸和色彩等进行详细设计。 进行功能设计,选择合适的科学原 理或构造原理。 对产品实施运动模拟和功能模拟, 对其性能做出评价、分析和优化, 最终完成零件的结构设计。 机械CAD设计过程 输入产品性能要求 输入产品性能要求 计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计 计算机辅助创新软件及专家系 统的辅助设计下进行方案设计 模型设计 模型设计 物性计算 疲劳计算等 物性计算 疲劳计算等 优化设计 优化设计 工程分析 及校核 工程分析 及校核 运动仿真 装配仿真 运动仿真 装配仿真 满足要求? 工程数据库 工程数据库 修改设计 修改设计 N 完成详细设计 完成详细设计 Y 1.1.1 CAD的特点 提高设计效率 提高设计质量 利于成组设计 修改设计方便 设计与分析统一 易于实现产品数据的标准化 易于实现网络的协同设计 无图纸化生产的前提 为实现产品生命周期管理系统提供基础 用户 用户 1.1.2 CAD系统的结构 以高性能通用大型机做主机,可以分时方式联几十个 或几百个终端,软硬件选择余地小,投资巨大,适合 大型企业使用。在20世纪70年代较为流行,目前已经 不再采用。 (1)集中式主机系统 通信系统 主计算机 用户 (2) 小型机成套系统 是专门定制用户CAD系统,用户购机后,立 即可使用,性能价格比适中,但系统扩展 能力差,适当选配异种机联网技术和标准 数据交换接口,可向分布式网络工作站发 展。这种系统适合中等企业选用。 由于32位微机的发展提高了微机数值处理和图形处理 能力,可以实现 计算机辅助设计(CAD)是一种利用计算机技术帮助工程技术人员进行产品设计的方法。CAD系统不仅用于创建产品的二维和三维模型,还包括图形设计、工程计算、模拟分析、优化和文档制作等多个方面。设计者通过交互式界面与系统配合,进行设计决策和创新。 CAD的主要目标是提高设计质量和效率,它能够辅助设计师快速尝试不同的设计方案,从而缩短产品开发周期,并降低成本。CAD系统还支持成组设计,允许设计者重用和修改已有设计元素,简化了设计流程。同时,CAD系统与分析工具的集成使得设计与分析同步进行,便于发现问题并及时优化。标准化的数据管理和网络协同设计功能则进一步提升了团队合作的效率。 计算机辅助制造(CAM)则是在CAD基础上,将设计数据转化为制造指令,用于控制生产设备。广义的CAM涵盖了工艺过程设计(CAPP)、工装设计、数控编程、生产计划等多个环节。狭义的CAM主要指NC程序的编制,包括刀具路径规划、仿真和代码生成。 计算机辅助工艺设计(CAPP)是工艺人员在计算机辅助下确定加工方法和工艺方案的过程,而产品数据管理(PDM)则涉及产品设计信息的存储、检索和管理,确保设计数据的一致性和完整性。 计算机辅助工程分析(CAE)利用计算机进行工程方案的分析,包括结构分析、流体动力学分析、热力学分析等,以验证设计的可行性和性能。此外,随着技术的发展,CAD技术已广泛应用于建筑(CAAD)、艺术、电影、广告等多个领域。 CAD的工作过程通常包括功能设计、初步设计、详细设计和工程分析等步骤。设计者首先输入产品性能要求,然后利用计算机辅助创新软件和专家系统生成设计方案,接着进行模型设计和物性计算,通过优化设计和工程分析确保设计的可靠性。在确认满足要求后,进行运动仿真和装配仿真,最后完成详细设计。 CAD系统的架构有集中式主机系统、小型机成套系统和微型计算机CAD系统。随着技术的进步,微型计算机CAD系统因其成本效益和灵活性,在中小型企业中得到了广泛应用。这些系统通常配备有高性能的微处理器,能够处理复杂的计算和图形任务,且可通过网络实现多用户协作。 CAD技术是现代产品设计和制造的重要工具,它的应用不仅提高了设计效率和产品质量,还促进了跨学科领域的创新和发展。随着技术的不断进步,CAD将在未来的工业和创意产业中扮演更加重要的角色。
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