机械CAD及CAD技术概述

合肥工业大学机械与SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING机械CAD教程Mechanical Computer Aided Design授课人：夏链Lecturer: Xia Lian机械CADSchedule for this course:Total hours: 40 (Lecture:24, Practice: 16)Credits: 2.5Duration: from the 9th week (April 22,2008) to the 14th week (May 31 2008)Lectures: Time: Tuesday (5,6 14:30-16:30)Thursday (5,6 14:30-16:30)Location: East 201West 2 204Practice: Time: Wednesday (14:30-18:30 0315-0389)Saturday (18:00-21:30 0390-0448 and 2002 related)Location:机汽学院计算机房(机械二楼406室)合肥工业大学精品课程机械CAD机械CAD1、本课程包含哪些内容（What）？ CAD基本理论和基础知识 CAD软件应用 Solidworks2、为什么要学习本课程（Why）？ CAD是机械与汽车工程学院面向各专业的一门重要的技术基础课程，为后续的专业课程学习、课程设计和毕业设计打下良好的技术基础。 Solidworks是目前非常流行的CAD三维实体造型软件，易学上手快，为其他高端CAD软件的学习奠定基础。3、如何学好本课程（How）？重视基本理论和基础知识的学习，充分理解CAD在产品开发周期中的核心作用；重视实践环节，熟练掌握CAD软件三维建模的方法。做好课后资料的查阅，把握先进制造技术的发展前沿。合肥工业大学精品课程机械CAD机械CADCAD学科CAM学科自动化几何建模CAD设计计算机图形学设计CADCAM制造CAD自动化几何建模CAD/CAM计算机图形学制造CAD与CAM学科合肥工业大学精品课程机械CAD机械CAD参考书(Bibliography) :1Computer Integrated Manufacturing James A. Rehg,Herry W. Kraebber2CADCAMChris McMahon, Jimmie Bronne3机械CAD与Solidworks三维计算机辅助设计黄康等,中国科技大学出版社4 Solidworks 2001 Plus基础及应用教程何煜琛等,电子工业出版社合肥工业大学精品课程机械CAD机械CADCAD/CAE/CAM网络资源合肥工业大学精品课程机械CAD机械CADMechanicalComputer Aided合肥工业大学精品课程机械CADDesign第1部分 CAD技术概述1.1制造企业、设计模型和产品开发过程1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及产品的PDM1.3 CAD系统1.4 CAD技术在机械工业中的应用1.5 CAD技术发展趋势合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述1.1制造企业、设计模型和产品开发过程合肥工业大学精品课程机械CAD合肥工业大学精品课程机械CAD（6）制造基础结构（5）料产资源品生命（4）营定义周期转（3）系信统计共享的知识（2）（1）用户组织系统装配社区和测试制造零部件制造职责规划作业规章管理SME新型制造企业轮概念化概念化综合过滤综合分析设计的丰富面向装配的设计面向制造的设计评价分析文档编制评价设计模型文档编制新设计模型构思、市场调查1.市场调研2.管理审核3.设计工程4.生产工程否设计成本和生产目标工程设计制造审核满足成本目标？是产品设计过程:概念化综合分析评价文档编制确定主要组件5.制造生产工程设计6.客户使用产品开发周期制造客户文档传统的产品开发过程市场调查产品构思并行工程组生产工程设备供应商确定成本和生产目标设计工程生产控制CNC程序员夹具设计人员质量控制零件供应商工具设计人员全企业范围内的并行设计过程产品设计过程：概念化综合分析评价文档编制采购市场满足目标成本？否需要重新设计是满足目标制造系统开发和安装制造系统作业改进的产品开发过程设计过程综合设计要求设计说明，规范及要求分析收集相关设计信息以及可行性研究计算机辅助设计过程设计信息与存档设计评估最优化设计设计分析设计建模与仿真概念化设计制造过程计算机辅助制造过程生产规划设计和获取新的工具工艺规划材料订单生产质量控制包装运输数控编程市场销售典型生产周期第1部分 CAD技术概述1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及产品的PDM合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述从原始人类制造第一件石器的那个时刻起，就产生了设计这一活动。社会化大工业生产的形成过程中，设计逐渐分离成为相对独立的生产部门，继而成为专门的科学学科。由于自然和科学发展的客观规律，由于人类追求完美的本能，设计过程从来就是一个“设计评价再设计再评价”的反复迭代、不断优化的过程。合肥工业大学精品课程机械CAD科学的发展、特别是计算机技术的发展和应用，使机械设计技术本身迅速发展起来：从经验设计到科学设计；从可用（adequate）设计到优化（optimal）设计；从静态设计到动态设计；从手工设计到计算机辅助设计。第1部分 CAD技术概述提高产品质量缩短生产准备时间降低制造成本提升企业市场竞争力环境友好提高售后服务合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述100755025OverheadLaborMaterialDesign0Final manufacturingcostInfluence on finalmanufacturingcostDesign influence on manufacturing cost合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述知识、经验、创造力存储能力计算能力图形处理能力可编程序人的最佳特性计算机和计算机软件的最佳特性最终的CAD系统最终的CAD系统硬件 +软件CAD的特点合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD is a software systemthat uses computer graphicsto assist in the creation,modification, and analysis ofa design.合肥工业大学精品课程CAD定义A Definition of CAD：CAD is the application ofcomputers and graphicssoftware to aid andenhance the product designfrom conceptualization todocumentation.机械CAD第1部分 CAD技术概述国际信息处理联合会(IFIP)给出的完整定义为：“CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。”CAD在早期是英文Computer Aided Drafting (计算机辅助绘图)的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步的认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计；真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等。二维工程图设计只是产品设计中的一小部分；于是CAD的缩写也由Computer Aided Drafting改为 Computer Aided Design，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是整个产品的辅助设计。利用计算机强大而快速的数据处理能力和准确而灵活的图文处理能力，帮助设计人员完成繁杂的设计任务，提高设计工作效率和质量。CAD（计算机辅助设计）定义合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD已成为一门综合性应用新技术，它涉及到以下基础技术。（1）图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型及其它图形输入输出技术。（2）工程分析技术。如有限元分析、优化设计方法、物理特性计算（如面积、体积、惯性矩等）、模拟仿真以及各行各业中的工程分析等。（3）数据管理与数据交换技术。如数据库管理、不同CAD系统间的数据交换和接口等。（4）文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等。（5）软件设计技术。如窗口界面、软件工程规范及其工具系统的使用等。合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD计算机辅助设计系统，内容涵盖产品设计的各个方面狭义CAD系统广义CAD系统CAD/CAM系统CAD/CAM/CAE系统合肥工业大学精品课程机械CAD手工设计计算机辅助设计基本操作计算有限元分析、优化设计、计算机仿真绘图三维建模、二维图纸查手册、资料数据库技术、网络技术手工制图二维CAD三维CAD设计意图的表达采用草图进行表示采用二维图表示采用3D模型表示，直观形象设计意图的记录头脑或者文字描述头脑或者文字描述方程式、尺寸与几何关系等、并可根据需要随时调整产品模型的修改困难，容易引起冲突针对单一零件较为方便，但关联性差，容易引起冲突零件之间通过参数化技术保持数据一致性，更改方便平面图绘制速度慢支持捕捉、提供丰富的作图功能、等够生成较为复杂的图纸、速度快支持捕捉、提供参数化技术、速度较快平面图修改困难图素位置、形状改动方便，但是无法同时更新尺寸几何图素形状与尺寸双向驱动、修改十分方便曲面曲线一般采用近似作图方法提供为数不多的方法造型方法多样，较好地适应工程需要产品展示手工绘制轴测图、渲染图、效率十分低下线条清晰的设计图纸，但缺乏立体感和光照效果三维模型、动画演示产品动作过程，生动直观其他因素借助模板绘图提供公差标注等工程支持广泛地支持工程应用、支持数控加工、仿真分析等提供标准件与标准特征、支持设计序列化和设计重用、提供对PDM、并行工程等产品开发模式的支持车间小型计算机制造机器人直接数适应性控制可编程逻辑控制器主计算机大型计算机数控NC计算机数控CNC字控制计算机辅助制造微处理器柔性制造系统车间、工厂CAMCAD/CAM柔性制造单元精简指令集计算机基于PC的CAD和CAM手工制图二维计算机辅助设计CADIBM个人计算机全面集成的系统软件成组技术零件编码设计与制图计算机辅助工艺规划物料需求规划计算机辅助工程CAE三维线实体模型制造资源规划计算机集成制造计划与图标19501960197019801990-2010自动化时间线框图概念化产品设计组评价评价组CAD系统综合分析组分析CAE快速原型运动模型成本模型生产工程CAPP计算机辅助工艺规划制造物料清单生产工程组PDM系统设计物料清单加工图2D模型3D模型实体模型其他文件文档建立产品图产品文档用户信息质量属性分析有限元分析装配干涉制造工程CAM工具设计机器编程制造工程组网络信息文档开发组企业中设计与制造要素的CAD集成第1部分 CAD技术概述CADintegrates the design process and processes used inproduction and manufacturing engineering.Six Teams:product design, analysis, evaluation, documentationdevelopment, production engineering, manufacturingengineering合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD/CAECAM人参考检索几何建模分析模拟图面、规格、零件样品、各种模型数据库工艺设计NC编程机器人编程自动化工厂自动绘图CAD/CAE/CAM集成合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述初几分详几分生工N机生产步何析细何析制产艺C器产加装检设建模设建模图准设编人制工配查品计模拟计模拟备计程编造程CAD CAECAD CAE CADCAD/CAE/CAM广义CADCAM广义CAMCAD/CAE/CAM的范围合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述1.3 CAD系统用户应用图形软件支撑CAD软件操作系统计算机硬件及外围设备言程序设计语其他应用软件CAD系统的组成合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述字母数字键盘计算机显示器（显示屏）功能键盘中央处理器图形输入板绘图仪设计或制图人员手持游标器绘图仪菜单磁盘驱动器打印机光标控制操纵杆存储媒体光笔鼠标跟踪球CAD硬件系统结构图合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述搬运机械操纵杆光笔NC机床机器人自动测试装置绘图仪图形终端计算机数字化仪鼠标（主机）打印机键盘字符终端CAD/CAM系统硬件组成合肥工业大学精品课程机械CAD硬盘机、磁带机第1部分 CAD技术概述CAD系统的三层结构合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述合肥工业大学精品课程机械CAD公司名称高端CAD中端CAD低端CAD (二维)Dassault SystemCATIASolidWorksEDSUG、IDEASSolidEdgePTCPro/EngineerPro/DesktopAutodeskInventor、MDTAutoCAD第1部分 CAD技术概述Pro/ENGINEER40%其他17%Solid Edge4%Euclid6%CATIA11%Unigraphics8%Solid Works9%各品牌的尺寸驱动实体模型系统的销售情况（共430 000个系统）合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述其他16%Solid Edge3%Pro/ENGINEER22%Euclid/Strim5%Solid Works5%CADDS7%AutodeskMechanicalDesktopUnigraphics8%各品牌的3D机械设计软件的销售情况（共750 000个系统）合肥工业大学精品课程CATIA15%机械CAD19%第1部分 CAD技术概述1.4 CAD技术在机械工业中的应用合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述其它14.60%机械36.40%航空19.10%电力 2.80%电子27.10%美国CAD/CAM的市场情况合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几方面：（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：常见的有有限元分析、优化设计、运动学及动力学分析等。（6）设计文档或生成报表。合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述采用CAD技术会带来以下好处：（1）减少手工绘图时间，提高绘图效率。（2）提高分析计算速度，解决复杂计算问题。（3）便于修改设计。（4）促进设计工作的规范化、系列化和标准化。总之，采用CAD技术确实能够提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本，从而加快了产品更新换代的速度，使企业保持良好的竞争能力。合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述Reduce the lead time for new product introductionProducts can be tested more quicklyCostly mistakes in design or production can be avoidedDocumentation can be printed in time and the time tomanufacture can be reducedvarious forms for multiple usersThe quality of designs and the products manufactured fromthem is improved合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述非圆齿轮的数控加工合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述五轴联动数控加工中心合肥工业大学精品课程机械CAD螺旋转子的CAD/CAM和数控加工第1部分 CAD技术概述逆向工程应用与曲面造型3维激光扫描仪生成的曲面扫描获取的点云数据实物生成的曲面实体合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述测量叶轮成品毛坯与夹具五轴联动数控加工中心加工实况合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述螺旋叶轮的CAD模型叶轮刀具轨迹规划叶轮加工所用的夹具设计螺旋叶轮的CAD/CAM与加工仿真合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述数控弯管机整机运动仿真合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述CAD技术应用合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述1.5CAD技术发展趋势1CAD系统应用面向产品的整个生命周期2CAD系统应充分考虑产品信息的继承性3CAD系统应满足并行设计的要求4CAD系统与产品信息标准化相结合合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述1.5CAD技术发展趋势5产品模型的可转换性特别是二维和三维产品模型间的互相转换可满足不同的需要6面向全球的产品信息编码系统7软件系统要具有很好的可移植性和自组织性8智能化9虚拟现实技术合肥工业大学精品课程机械CAD第1部分 CAD技术概述合肥工业大学精品课程机械CAD