計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大作業(yè)

1、20152016 學(xué)年 第 二 學(xué)期研究生課程考核（讀書報(bào)告、研究報(bào)告）考 核 科 目：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造學(xué)生所在院（系）：機(jī)電工程學(xué)院 學(xué)生所在學(xué)科：機(jī)械工程 姓 名：張娜娜學(xué) 號(hào)：1502210093題 目：應(yīng)用三維建模軟件構(gòu)建一個(gè)零件模型，描述建模過(guò)程。針對(duì)該零件的具體情況（比如相關(guān)模型的表示方法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、顯示操作情況等），就涉及到的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行論述。12問(wèn)題1. 應(yīng)用三維建模軟件構(gòu)建一個(gè)零件模型，描述建模過(guò)程。針對(duì)該零件的具體情況（比如相關(guān)模型的表示方法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、顯示操作情況等），就涉及到的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行論述。2. 計(jì)算機(jī)是如何幫助我們完成設(shè)計(jì)任務(wù)的？你了解哪些CAD系統(tǒng)？結(jié)合你應(yīng)

2、用過(guò)的軟件加以論述。問(wèn)題1:應(yīng)用Pro/E對(duì)平口虎鉗的固定鉗身進(jìn)行三維建模。1. 啟動(dòng)Pro/E，新建文件，選擇零件設(shè)計(jì)。2. 選擇俯視基準(zhǔn)面，繪制如圖1-1所示的截面。l 知識(shí)點(diǎn)：由于矩形已經(jīng)形成了特征，所以經(jīng)過(guò)確定矩形的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)即可確定矩形，完成后修改對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)寬即可完成草圖的繪制。四叉樹。二維圖形是以四叉樹的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。它的基本思想是將平面劃分為四個(gè)子平面，這些子平面任可以繼續(xù)劃分，通過(guò)定義這些平面的“有圖形”和“無(wú)圖形”來(lái)描述不同形狀的物體。圖1-1 草繪截面圖1-2 拉伸的實(shí)體3. 退出草圖繪制，單擊拉伸命令，其參數(shù)的設(shè)置如圖1-2所示。單擊對(duì)勾，完成的拉伸實(shí)體如圖1-2所示。l

3、 知識(shí)點(diǎn)：八叉樹。拉伸厚度是以八叉樹的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。八叉樹用以描述三維物體，它設(shè)想將空間通過(guò)三坐標(biāo)平面XY、XZ、ZX劃分為八個(gè)子空間。八叉樹中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著每一個(gè)子空間。圖1-3 拉伸草圖圖1-4 拉伸實(shí)體l 知識(shí)點(diǎn)：參數(shù)化設(shè)計(jì)。根據(jù)自己設(shè)計(jì)要求，建立約束關(guān)系。4. 在俯視基準(zhǔn)面繪制如圖1-3所示的截面，完成草圖。選擇拉伸命令，設(shè)置拉伸深度為30，完成葉片輪廓曲面特征的創(chuàng)建，其效果圖如圖1-4所示。l 知識(shí)點(diǎn)：求和運(yùn)算。用前一步建立的模型與剛生成的模型做求和運(yùn)算獲得所需的效果。5. 繪制葉片表面形狀曲線，創(chuàng)建一條樣條曲線，并進(jìn)行尺寸調(diào)整，尺寸調(diào)整后的形狀如圖1-5所示。完成葉片表面形狀

4、曲線的創(chuàng)建，退出草繪器。圖1-5 表面形狀曲線圖1-7 葉片上表面曲線6. 繪制拉伸截面，單擊“草繪器”工具欄中的“通過(guò)邊創(chuàng)建圖元”工具，選擇上一步創(chuàng)建的葉片表面形狀曲線創(chuàng)建葉片上表面曲線，如圖1-7所示。單擊“通過(guò)偏移一條邊創(chuàng)建圖元”工具，選擇上一步創(chuàng)建的葉片上表面曲線，并根據(jù)圖1-8箭頭所示，在系統(tǒng)提示的“于箭頭方向輸入偏距”文本框中輸入1（葉片厚度），如圖1-9所示。完成葉片下表面曲線的創(chuàng)建，如圖1-10所示。單擊“創(chuàng)建2點(diǎn)線”工具，在兩條曲線的一端創(chuàng)建一條直線，如圖1-11所示。采用同樣方法，在另一端創(chuàng)建一條直線，完成葉片表面拉伸截面的創(chuàng)建。設(shè)置拉伸深度。單擊“拉伸”操控板中的“指定深

5、度拉伸”按鈕，并根據(jù)圖1-12中箭頭所示調(diào)整拉伸方向，輸入拉伸深度150，如圖1-13所示。完成葉片表面特征的創(chuàng)建。圖1-8 “偏移”方向圖1-9 葉片下表面曲線圖1-10 直線圖1-11 拉伸截面圖1-12 拉伸方向圖1-13 葉片表面7. 按住<Ctrl>鍵，用鼠標(biāo)左鍵分別單擊上述兩曲面，然后單擊菜單欄中的“編輯”“合并”命令，彈出“合并”操控板。單擊“改變方向”按鈕，根據(jù)圖1-14箭頭所示方向，調(diào)整要保留曲面的部分。單擊“建造特征”按鈕，完成合并特征的創(chuàng)建，如圖1-15所示。圖1-14 保留曲面部分圖1-15 合并特征l 知識(shí)點(diǎn)：求和運(yùn)算。將前兩步生成的模型做求和運(yùn)算獲得所需

6、的效果。8. 選取合并特征，然后依次單擊“文件”工具欄中的“復(fù)制”工具和“選擇性粘貼”工具，彈出“復(fù)制”操控板。單擊“復(fù)制”操控板中的“旋轉(zhuǎn)特征”按鈕，并輸入旋轉(zhuǎn)角度“360/5”（葉片數(shù)），如圖1-16所示。圖1-16 葉片表面9. 在繪圖區(qū)中選取已創(chuàng)建的第二個(gè)葉片特征，使其以加亮顯示狀態(tài)。單擊“編輯特征”工具欄中的“陣列”工具，在繪圖區(qū)中雙擊上一步復(fù)制葉片的旋轉(zhuǎn)角度（72.00）作為第一方向上要陣列的尺寸，并接受原有的尺寸值，在“陣列”操控板中輸入第一方向上要陣列的特征數(shù)4，完成所有葉片特征的創(chuàng)建。如圖1-17所示。圖1-17 葉片表面l 知識(shí)點(diǎn)：陣列變換。陣列實(shí)質(zhì)上是相對(duì)于上視基準(zhǔn)面做變

7、換。三維模型的陣列變換矩陣可用的行列式表示。10. 在繪圖區(qū)中選取已創(chuàng)建的葉片特征，使其以加亮狀態(tài)顯示。單擊菜單欄中的“編輯”“實(shí)體化”命令，彈出“實(shí)體化”操控板。單擊“建造特征”按鈕，完成葉片實(shí)體化特征的創(chuàng)建。l 實(shí)體建模：實(shí)體建模是定義一些體素，通過(guò)體素的集合運(yùn)算或變形操作生成復(fù)雜形體的一種建模技術(shù)，三維立體的表面與實(shí)體同時(shí)生成，實(shí)體建?？梢远x物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形狀，因此能完整的描述物體所有幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ?1. 參數(shù)化建模技術(shù)早期構(gòu)造的幾何模型只是點(diǎn)、線、面等幾何圖素的簡(jiǎn)單堆積，只給出了模型的幾何形狀而不包含幾何圖素間的約束關(guān)系，因此，每次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)，必須刪除原有的圖形，構(gòu)造新圖形。參

8、數(shù)化設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)方法，采用尺寸驅(qū)動(dòng)的方式改變幾何約束構(gòu)成的幾何模型，在求解幾何約束模型時(shí)，采用順序求解的方法，一般要求全約束。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)意圖很方便地建立設(shè)計(jì)零件內(nèi)部各設(shè)計(jì)元素之間的約束關(guān)系，這樣設(shè)計(jì)者在修改或更新的時(shí)候可以方便通過(guò)建立起來(lái)的用于求解設(shè)計(jì)參數(shù)的方程式來(lái)重新或得正確的幾何形狀。對(duì)于通用的零件或者標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品，比如齒輪、軸承、標(biāo)準(zhǔn)件等，根據(jù)齒輪的齒數(shù)與模數(shù)來(lái)建立參數(shù)化的三維實(shí)體模型，更改模型與齒數(shù)，系統(tǒng)能自動(dòng)改變所有與之相關(guān)的其他尺寸，與無(wú)約束造型系統(tǒng)相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品造型過(guò)程精確化和自動(dòng)化的關(guān)鍵。參數(shù)化設(shè)計(jì)的輪廓是由若干

9、首尾相連的直線或曲線組成，輪廓上的所有直線段或曲線段相互之間連接成一個(gè)封閉的圖形，輪廓線之間不能斷開、錯(cuò)位或者交叉。參數(shù)化設(shè)計(jì)都具有數(shù)據(jù)相關(guān)性，可以由系統(tǒng)自動(dòng)生成的二維模型與零件的三維模型是智能雙向關(guān)聯(lián)的，即當(dāng)修改三維膜型時(shí)，對(duì)應(yīng)的二維模型會(huì)自動(dòng)更新，反之亦然。問(wèn)題2:1. 利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。CAD/CAM技術(shù)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)，是現(xiàn)代制造技術(shù)的核心技術(shù)。CAD/CAM的應(yīng)用涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、幾何造型、圖形顯示、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、科學(xué)可視化、計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)控加工、機(jī)器人和人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。CAD技術(shù)：即工程技術(shù)

10、人員在人和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中，以計(jì)算機(jī)為輔助工具，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、繪圖、分析、優(yōu)化與文檔制作等設(shè)計(jì)活動(dòng)，以達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品的成本的目的。它有四個(gè)方面的功能：幾何模型、工程分析、動(dòng)態(tài)仿真、和自動(dòng)繪圖。CAM技術(shù)：計(jì)算機(jī)輔助制造是指利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)值控制方法控制數(shù)控機(jī)床和其他數(shù)字控制生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)行產(chǎn)品的制造的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過(guò)程中的自動(dòng)加工、裝配、檢測(cè)和包裝等制造過(guò)程。CAD/CAM集成：即把CAD、CAE、CAM、CAPP等各種功能軟件有機(jī)集成起來(lái)，用統(tǒng)一的執(zhí)行程序來(lái)控制和組成各功能軟件的提取、轉(zhuǎn)換和共享，從而達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)部信息的暢通和系統(tǒng)各功能模

11、塊協(xié)同運(yùn)行的目的。2. CAD系統(tǒng):Pro/Engineer，是美國(guó)PTC公司研制和開發(fā)的軟件，它開創(chuàng)了三維CAD/CAM參數(shù)化的先河?？捎糜谠O(shè)計(jì)和加工復(fù)雜零件，還具有零件裝配、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程和模具自動(dòng)化應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。該軟件也具有較好的二次開發(fā)環(huán)境和數(shù)據(jù)交換能力。由于該軟件具有基于特征、全參數(shù)、全相關(guān)和單一數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，以廣泛應(yīng)用于模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、玩具等行業(yè)，并在國(guó)際CAD/CAM/CAE市場(chǎng)占有很大份額。Mastercam，是由美國(guó)CNC Software公司率先開發(fā)基于PC平臺(tái)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)。它具有二維幾何圖形設(shè)計(jì)、三維線框多種使用

12、的曲面造型、實(shí)體造型、可對(duì)零件圖形直接生成刀具路徑、刀具路徑模擬、加工實(shí)體模擬、可拓展的后置處理及較強(qiáng)的外界接口等功能。由于它對(duì)硬件要求不高，并且操作靈活、易學(xué)易懂易用，具有良好的價(jià)格性能比等特點(diǎn)，因而深受廣大企業(yè)用戶和工程技術(shù)人員的歡迎，在國(guó)內(nèi)外中小企業(yè)得到非常廣泛的應(yīng)用，在眾多CAD/CAM軟件中，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的CAD/CAM軟件之一。UG，是由美國(guó)UGS公司的主要產(chǎn)品之一。面向制造業(yè)且以CAD/CAM/CAE一體化而著稱。它具有強(qiáng)大的曲線功能、草圖功能、實(shí)體建模、曲面建模、鈑金建模、注塑模設(shè)計(jì)與分析、裝配建模、工程圖制作、分析和數(shù)控加工等模塊及標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)。被廣泛應(yīng)用于航空航天

13、、汽車、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。在中國(guó)已成為許多汽車公司、模具設(shè)計(jì)制造公司和高校的首選設(shè)計(jì)軟件。SolidWorks，是由美國(guó)SolidWorks公司開發(fā)的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，號(hào)稱世界上最快的建模軟件。CATIA，是由美國(guó)IBM 公司和法國(guó)Dassault Systems公司聯(lián)合開發(fā)的CAD/CAM/CAE一體化應(yīng)用軟件。AutoCAD，是由美國(guó)Autodesk公司與二十世紀(jì)八十年代初為微機(jī)上應(yīng)用CAD技術(shù)而開發(fā)的繪圖軟件，它一般以二維繪圖為主。Pro/Engineer軟件系統(tǒng)的核心技術(shù)具有以下特點(diǎn):基于特征建模，將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可變參數(shù)，進(jìn)而形成實(shí)體以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更為復(fù)