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2.2計算機圖形處理技術(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：

了解CAD系統(tǒng)的組成及分類。掌握圖形變換、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。了解CAD系統(tǒng)的智能化和優(yōu)化技術(shù)。學(xué)習(xí)重點：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

CAD系統(tǒng)必須具備硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件主要由計算機主機、外存儲器、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)庫和應(yīng)用軟件。CAD系統(tǒng)的硬件

硬件主要由計算機主機、外存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)幾部分組成。

主機

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

硬盤存儲器，是主要的外存設(shè)備，反映硬盤工作質(zhì)量的主要技術(shù)參數(shù)是硬盤存儲容量、讀寫速度及傳輸數(shù)據(jù)的速度。外存儲器光盤存儲器磁帶存儲器軟盤存儲器和閃盤存儲器輸入設(shè)備鍵盤鼠標著名日本外設(shè)廠商Elecom，新款無線便攜式鼠標，采用發(fā)射器內(nèi)置式設(shè)計IBM專業(yè)指紋認證鍵盤數(shù)字化儀掃描儀數(shù)碼相機和數(shù)碼攝像頭其他，觸摸屏、語音輸入設(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。打印機與繪圖機

針式打印機、激光打印機、噴墨繪圖機、筆式繪圖機。打印機HP750C噴墨繪圖機（2臺）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器（NetworkAdapter）又稱網(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、光纜無線網(wǎng)絡(luò)：無線電波、紅外線調(diào)制解調(diào)器用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號或把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，是利用電話線撥號上網(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）較高的運行速度（3）足夠的外部存儲空間（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)庫及應(yīng)用軟件四個部分。操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)軟件主要負責管理硬件資源及各種軟件資源，是計算機的公共性底層管理軟件，即系統(tǒng)開發(fā)平臺。系統(tǒng)軟件大都是由計算機制造商或軟件公司開發(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行在系統(tǒng)軟件之上，是實現(xiàn)CAD各功能的通用性應(yīng)用基礎(chǔ)軟件，是CAD系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺。

支撐軟件主要指那些直接支撐用戶進行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）計算機圖形處理（2）三維產(chǎn)品建模（3）有限元建模與分析（4）機構(gòu)運動分析（5）數(shù)據(jù)信息交換（6）工程數(shù)據(jù)庫管理（7）方便完善的二次開發(fā)工具常見CAD/CAM系統(tǒng)支撐軟件簡介AutoCAD

AutoCAD系列軟件是Autodesk公司的產(chǎn)品，也是最早進入國內(nèi)市場的CAD軟件之一，AutoCAD軟件最早是針對二維設(shè)計繪圖而開發(fā)的，隨著其產(chǎn)品的日益成熟，而且隨著產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展需要，而且隨著版本的不斷更新三維設(shè)計的部分也在越來越多的發(fā)展。該軟件存在一些的不足之處，比如，該軟件在二維設(shè)計中無法做到參數(shù)化的全相關(guān)的尺寸處理；三維設(shè)計中的實體造型能力不足。但是由于該軟件進入國內(nèi)市場較早，價格較便宜，對使用的微機要求較低，使用比較簡單，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)域主要是針對產(chǎn)品的三維實體模型建立、三維實體零件的加工、以及設(shè)計產(chǎn)品的有限元分析。該軟件的價格相對較高，但由于功能很強大，國內(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版，微機版對計算機的性能要求較高，而且由于它的動態(tài)實體造型功能，相對要求的內(nèi)存及硬盤空間都要較大，比如，內(nèi)存就要求至少128M。UG

UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源于航空、汽車企業(yè)（美國麥道航空公司），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大，一般認為UG是業(yè)界最好、最具有代表性的數(shù)控軟件，它提供了功能強大的刀具軌跡生成方法。它的銷售也和Pro/E相似，采用分模塊銷售的辦法，目前我國很多的航空企業(yè)都在使用這種軟件。同樣UG軟件的安裝對微機的要求較高。UG使用起來比較復(fù)雜，軟件相對較難掌握。

CATIA

由法國DassaultSystems（達索）公司開發(fā)，后被美國IBM公司收購的CATIA是一個全面的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)，CATIA具有一個獨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，可以進行快速的概念設(shè)計。CATIA該軟件具有很強的曲面造型功能，CATIA也可進行有限元分析，特別的是，CATIA能夠進行四維空間的觀察，也就是說該軟件能夠模擬觀察者的視野進入到零件的內(nèi)部去觀察零件，并且它還能夠模擬真人進行裝配。這套軟件的價格也不便宜。哈爾濱飛機制造公司的飛機、汽車等產(chǎn)品就是應(yīng)用CATIA軟件開發(fā)設(shè)計的。美國波音飛機公司的波音777飛機便是其杰作之一。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、仿真分析、測量直至數(shù)控加工的產(chǎn)品研發(fā)全過程，附加的CAM部分可以方便地仿真刀具及機床的運動，并可以對數(shù)控加工過程進行自動控制和優(yōu)化：采用VGX（VaiationalGeometryExtended，即超變量化幾何）技術(shù)，VGX技術(shù)擴展了變量化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，允許用戶對一個完整的三維數(shù)字產(chǎn)品從幾何造型、設(shè)計過程、特征到設(shè)計約束，都可以實時直接設(shè)計和修改，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。I-DEAS國外很多大型的制造企業(yè)都是使用兩種設(shè)計軟件，一種是IDeasMasterSeries，用它來完成產(chǎn)品的設(shè)計；另一種是UG，用它來完成設(shè)計產(chǎn)品的制造。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強大的三維造型軟件，三維造型是該軟件的主要優(yōu)勢，該軟件完全采用Windows的窗口界面，操作簡單，支持各種運算功能，可以進行實時的全相關(guān)性的參數(shù)化尺寸驅(qū)動。該軟件價位適中，因此使用的單位及個人較多，比如國內(nèi)相當多的中小型企業(yè)都在使用Solidwoks軟件。總的來說，Solidwoks系列產(chǎn)品作為三維的造型、設(shè)計軟件還是相當方便靈活的。Cimatron以色列Cimatron軟件有限公司的Cimatron是基于CAD/CAM/PDM的產(chǎn)品，這套軟件針對性較強，更多應(yīng)用到模具開發(fā)設(shè)計中。該軟件能夠給應(yīng)用者提供一套全面的標準模架庫，方便進行模具設(shè)計中的分型面、抽芯等工作，在操作過程中都能進行動態(tài)的檢查。該軟件在模具設(shè)計領(lǐng)域是非常出色的，國內(nèi)南方的一些模具企業(yè)都在使用這套軟件，但由于它的專業(yè)性強，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，另外該軟件的價格相對較貴。

MasterCAM軟件是美國CNCSoftwareINC研發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM系統(tǒng)。這是專為復(fù)雜外形及曲面加工所設(shè)計的最經(jīng)濟有效的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)，包括美國在內(nèi)的各工業(yè)大國皆一致采用此系統(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），并可以通過設(shè)置刀具路徑及參數(shù)來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國內(nèi)的CAD/CAM系統(tǒng)

比如具有自主版權(quán)的清華大學(xué)開發(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)開發(fā)的GS—CAD；具有參數(shù)化功能和裝配設(shè)計功能的華中理工大學(xué)開發(fā)的開目CAD，該軟件也是CAD/CAM/CAPP結(jié)合的軟件，目前在國內(nèi)的市場中使用也較多；北航海爾的CAXA系統(tǒng)是基于STEP的CAD/CAM集成制造系統(tǒng)，在國內(nèi)市場中出現(xiàn)較早，其功能也相對比較強大，在國內(nèi)的應(yīng)用也較為廣泛。以上種種國內(nèi)的應(yīng)用軟件大都符合中國人的繪圖習(xí)慣，符合中國的制圖、制造標準，而且是全中文的界面，符合中國人的使用習(xí)慣。數(shù)據(jù)庫（1）獨立性（2）共享性（3）可靠性（4）保密性建立數(shù)據(jù)庫的目的和要求:數(shù)據(jù)庫是存儲在計算機系統(tǒng)里的、由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合，它可以為多個用戶使用。

CAD中的數(shù)據(jù)有圖形和非圖形之分，其數(shù)據(jù)庫與一般事務(wù)處理數(shù)據(jù)庫不同。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，類型復(fù)雜，動態(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)過二次開發(fā)的專用軟件。它是在系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，或用高級語言編程，或基于某種支撐軟件，針對特定的問題設(shè)計研制，既可為一個用戶使用，也可為多個用戶使用的軟件。常用的編程語言，如C++、Fortran、Basic等。CAD二次開發(fā)實例CAD系統(tǒng)的分類信息檢索型CAD系統(tǒng)人機交互型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)計已定型的、標準化和系列化程度很高的產(chǎn)品。例如：電動機、汽輪機、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)計者檢索訂貨規(guī)格選擇最佳標準圖計算機檢索設(shè)計繪圖參數(shù)設(shè)計者確認？YNNY自動繪圖設(shè)計者確認？輸入初始數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程標準圖形庫設(shè)計數(shù)據(jù)庫工藝數(shù)據(jù)庫CAD工程數(shù)據(jù)庫決定工藝流程及生產(chǎn)計劃人機交互型CAD系統(tǒng)區(qū)別：人機交互型CAD系統(tǒng)以設(shè)計者為中心適用于解決企業(yè)遇到的各類設(shè)計問題，新產(chǎn)品開發(fā)，難以用函數(shù)來定量描述的問題。靈活性高，普遍適用。輸入/輸出裝置人機交互型CAD系