机械autocad技术基础第一章CAD技术概论

表面积、质量、重心位置等；
结构分析中，进行应力、
温度、位移等计算；
图形处理中，进行矩阵变换、 体素之间的布尔运算等。 26
4. 图形处理 机电产品设计涉及大量的图形图像处理任务。 二维绘图、三维实体造型、图像输入输出及识别等。 图形的坐标变换、裁剪、渲染、消隐处理、光 照处理。
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5. 模拟仿真
力学特性的分析计算；最后得到产品的设计
结果。
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1.2.1 从产品设计制造过程理解CAD/CAM
生产准备阶段（CAPP）
工艺规程设计
进行生产准备方面的工作，即对产品的几何形状
和制造要求作进一步分析，设计产品的加工工艺
规程；
工艺装备设计(如刀具、夹具等)
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1.2.1 从产品设计制造过程理解CAD/CAM
利用模拟仿真方法模拟设计对象的动态工作过程。如 模拟执行部件的运动轨迹；机器人动作仿真；装配过 程仿真；加工过程仿真 。
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CAD涉及到的技术：
图形处理技术：二维交互图形技术、三维几何造型 技术、图形输入输出技术。 工程分析技术：有限元分析、优化设计方法、模拟 仿真。
数据管理与数据交换技术：产品数据管理（PDM), 数据库、异构系统间的数据交换和接口。 文档处理技术：文档制作、编辑及文字处理。
提高，计算机硬件的性能价格比不断提高；
三维几何建模技术（线框、曲面）、数据库管理
1.2.3 CAD的基本概念
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1.2 CAD技术内涵 第一章 概论
1.2.1 从产品设计制造过程及方法理解CAD/CAM 传统的产品设计
传统的产品设计与制造过程如下：
市 场 需 求 分 析
产品设计阶段
任概 结 详工 务念 构 细程 规设 设 设设 划计 计 计计 分 析 CAD
工艺设计阶段
毛工 坯艺 设路 计线 规 划 工 序 设 计 工 装 设 计 NC
不接受
评价
初步设计
详细设计
接受
详细设计 制造加工 样机测试 生产 鉴定
销售和使用
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1.1机械设计概述 （1）概念设计：需求分析、功能分析 、构思方案， 获得一组原理方案。 （2）初步设计：选一优化方案，绘制总装图，主要设 计参数的分析、计算与优化。
（3）详细设计：确定详细结构，完 成总装图、零部 件图，编写技术文件。
几何造型:
描述基本几何实体（几何信息）及实体间的关系（拓 扑信息），进行图形图像的技术处理。 几何造型技术 是CAD/CAM 系统的核心， 为产品设计、 制造提供基本 数据和原始信 息
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3.工程计算分析与优化 产品设计制造过程中，涉及大量的分析计算，为系 统进行工程分析和数值计算提供必要的基本参数。 根据几何形状，计算体积、
成长发展阶段：1960s ～ 1970s
实用化期：1970s ～ 1980s
突飞猛进的发展时期： 1980s ～ 1990s
日趋成熟的时期：1990s
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1.3 CAD／CAM技术的发展回顾
CAD技术的准备和酝酿阶段（20世纪50代）
1950年美国麻省理工学院研制成功图形显示终端，实 现了图形的动态显示，从此结束了计算机只能处理字 符数据的历史。→ 计算机图形学诞生。 1958 年 ， Calcomp 公 司 研 制 出 了 滚 筒 式 绘 图 机 ； Gerber公司研制出了平板绘图仪；
课堂讲授----80% 自学-----课程内容20％自学 实践环节——作业、课堂练习、上机
考核方法
期末考试——70％ 作业、课堂练习、出勤——30 ％
无故旷课2次，取消平时成绩
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课程简介
主要内容
CAD技术概论
总 学 时：32

CAD系统 工程设计资料的程序化 CAD中常用的数据结构 信息（数据）存储与管理 图形变换 CAD 二次开发技术 产品建模技术（二维、三维）
70 60 50 40 30 20 10 0
开发设计
生产准备与 加工
原材料与外 购件的采购
管理和销售
对成本的影响 所需的工时成本
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1.1机械设计概述 产品设计与制造过程分析：
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需求分析 提出明确的功能要求 原理性方案及分析
评价
再设计
不接受
产品设计过程一般 经历以下阶段： 概念设计
接受
初步设计及分析
集成化的 CAD/CAM系统借助公共的工程数 据库、网络通信技术以及标准化格式的中性文 件接口把分散的CAD/CAM 高效 集成，实现软、硬件资源共 享，保证系统内信息的畅通。
I-DEAS
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5、集成的CAD/CAM
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35
1.3 CAD技术的发展回顾
CAD技术的发展
五个阶段： 准备和酝酿阶段：1950s～ 1960s
生产阶段（CAM）：
NC编程 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。
在数控机床或加工中心上按NC程序进行零件的加 工。 在制造过程中，对关键的工序、重要的零件尺寸和 精度进行在线或离线的质量控制。
进行产品的总装和检测。
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1.2.2 从产品设计技术理解CAD
转化
通过本课程的学习，建立完整的CAD系统概念，
掌握CAD技术的基本知识、基本原理、基本理论
和基本方法； 通过课程学习及上机实验，培养应用CAD技术从 事产品开发的综合能力； 对计算机辅助设计技术的发展有一个全面的了解 和正确的认识。
4
课程的特点
知识密集，学科交叉 综合性强，实践性强
5
学习方式
生产阶段
加 质装性 编 工 加量 配 能 程 仿 工控 测 真 制 试 分 析 NC CAM 产 品
CAPP
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1.2.1 从产品设计制造过程理解CAD
产品设计阶段的任务（CAD）：
根据市场需求分析的结果确定产品的性能
要求，建立产品的总体设计方案，进行综合
分析论证，设计具体结构；
包括：结构方案的优化、评估，几何参数、
三者的联系
计算机绘图是CG中涉及工程图形绘制的一个分支， 它是一门工程技术。 计算机绘图不是CAD技术的全部内涵，是CAD技术 的基础之一。 CG是一门独立的学科，它的有关图形处理的理论与 方法构成了CAD技术的重要基础。
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CAD/CAM集成
在CAD、CAPP、CAM各模块之间 形成相互信息的自动传递和转化
1.1 机械设计概述 何谓机械设计？？？
机械设计—根据用户的使用要求确定产品应
该具备的功能，构想出产品的工作原理、运
动方式、力和能量的传递、结构形状以及所
用材料等事项，并转换为具体的描述（图纸，
文件等），以此作为制造的基础。
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开发设计工作的重要性
机械设计是产品设计、制造、装配、销售和使用
整个生命周期中的第一个环节，也是最重要的环节。
这些硬件的出现和发展，为CAD的发展提供了坚实 的物质基础。 60年代，麻省理工学院的研究生I.E.Sutherland开发出 第一个交互式图形系统，促使了计算机辅助设计技术 的迅速发展。交互式图形系统对CAD技术的应用起到 了重要的推动作用。 38
汽车工业对计算机辅助设计技术的发明首先做出了 响应。 美 国 通 用 汽 车 公 司 和 IBM 公 司 率 先 开 发 了 DAC1(Design Augmented by Computer)系统，用来设计 汽车外形与结构。 美国洛克希德（Lockheed）公司和IBM公司联合开 发了基于大型计算机的图形增强设计与制造软件包 CADAM用于设计与绘图，并具有三维结构设计能 力。 随后计算机辅助绘图、设计、制造、分析技术在英、 日、意等国的汽车公司也都获得了广泛的应用，并 逐渐扩展到其它部门。 39
机械产品在经历了制造加工、样机测试、批量生产以及销 售使用后，将返回大量信息，要依据这些信息再对产品进行不 断修改。
机械设计是一个“设计－－评价－－再设计”的 反复迭代、不断优化的过程。在人工设计情况下，设 计周期很长。 15
1.2 CAD技术内涵
1.2.1 从产品设计制造过程及方法 理解CAD 1.2.2 从产品设计技术理解CAD
界面开发技术：图形用户界面、网络用户界面等。 基于WEB的网络应用与开发技术。 29
提出问题
提问：有人说CAD就是计算机绘图 , 这种说法 对吗？？？
CAD、计算机绘图、CG 三者的区别与联系
三者技术内涵区别 计算机绘图：是使用图形软件和计算机硬件进行绘图及其
有关标注的一种方法和技术。它以摆脱繁重的手工绘图为主要 的目的。
CAD技术的实用化期（20世纪70年代）
计算机硬件从集成电路发展到大规模集成电路，相 继出现了32位小型计算机和微型计算机。 基于小型机的CAD成套系统（Turnkey System）研 制成功，它包括图形输入及输出设备和相应的应用 软件，软硬件配套使用。
显示技术的突破使CAD系统的性能价格比大幅度
硬件的特点：开始具有一定的图形输出能力。
从整体上说，计算机硬件水平较低，处在电子管水 平；计算机主要用于科学计算，开发人员主要用机 器语言编程，图形的处理只能输出不能输入。 37
CAD技术的成长发展阶段（20世纪60年代）
晶体管取代了真空电子管；出现了直接存取存储器； 研制成功了阴极射线管显示器等等。
第一章
1.1 机械设计概述
CAD技术概论
1.2 CAD技术内涵 1.3 CAD技术发展回顾 1.4 CAD技术的应用 1.5 CAD技术发展趋势
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问题（讨论）
1、什么是CAD？与传统的设计过程相比，它有什么 不同的特征？ 2、 CAD涉及到的技术有哪些？ 3、计算机绘图、计算机图形学（CG） 与CAD之间 的区别及联系？ 4、产品设计的整个过程是否都可以实现计算机辅助 设计？ 5、简述CAD的发展经历了哪些阶段及其发展趋势? 10
产品的物理模型
数字化模型
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1.2.3 CAD的基本概念
计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD)
是一种用计算机硬、软件系统
辅助工程设计人员对产品或工程 进行设计的方法和技术。
包括：
零部件设计、装配设计、 工程分析，仿真、绘图、 编撰技术文档…
简单地讲，CAD是工程技术人员利用计算机达到最佳的设计 目的。 性质：它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用 的新技术。
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教学要求
1、了解计算机辅助设计的发展概况及计算机辅助 设计系统的构成； 2、掌握在计算机辅助设计过程中所需设计资料的 处理方法；
3、掌握数据结构知识及数据库在计算机辅助设计 中的应用；
4、掌握图形变换方法； 5、掌握产品建模技术； 6、掌握交互式图形处理软件AutoCAD软件的二 次开发的方法。 8
计算机图形学（CG）：是研究通过计算机将数据转换为
图形，并在专用的设备上显示的原理、方法和技术的科学。
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计算机图形学(CG)研究的内容： （1）硬件：图形输入设备、图形处理设备、图形显 示设备、图形输出设备。 （2）软件：二维绘图系统、三维造型系统、动画制 作、真实感图形生产系统（多媒体）等。 （3）图形处理的理论与方法：几何元素和图形的生 产方法、实体表示理论、图形变换、图形的消隐与 剪裁等。 （4）实际应用中的图形处理。在不同领域的应用。 31
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CAD系统在设计中承担的主要工作有：
数据处理、产品与过程建模、工程分析、图形处理 、与模拟仿真等 1. 数据处理
在设计过程中会产生大量信息，这些信息包括数字
、字符、符号和图形等，随着设计过程的延伸，计算
机会对它们进行存储、转换、传递等处理。
2. 产品与过程建模 在CAD系统中，对产品信息及其相关过程信息 的描述是一切工作的基础。 几何造型 24
ห้องสมุดไป่ตู้
水平及工业现代化的重要标志；
CAD/CAM技术应用广泛，应用人才需求正不断增 加。 2
CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命，对加速 工程建没和缩短严品开发周期、提高产品质量、降 低成本，增强企业的市场竞争能力与刨新能力发挥 着重要作用。 CAD技术已成为企业信息化的重要技术基础。
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课程宗旨
教材：《机械CAD技术基础》（第2版） 主编：董秉枢等 出版：清华大学出版社，2003年
主讲人: 康文利
办公地点：教八楼 311 1
为什么学习《计算机辅助设计（CAD）》 ？
CAD/CAM （计算机辅助设计与制造 ）是计算机技术
和数字化信息技术与工程应用技术相结合所形成的
新兴技术，是二十世纪最杰出的十大工程技术之一; CAD/CAM技术，是先进制造技术的基础及重要组 成部分，其应用水平已成为衡量一个国家技术发展