机械CAD概述.ppt

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1、1VisualLISPR142000编程与应用-科学出版社2AutoCAD2000VisualLISP用户手册-华中理工大学出版社3AutoCAD2000定制与开发手册-华中理工大学出版社4AutoLISP及应用开发技术-成都科技大学出版社1.1CAD及其发展计算机辅助设计（CAD：Computer Aided Design）技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）、仿真模拟及产品数据管理(PDM)等内容。随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设

2、计及实时仿真也得到广泛应用。 准备和酝酿时期（5060年代初）CAD技术处于被动式的图形处理阶段。 1蓬勃发展和进入应用时期（60年代） 提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的发展和应用打下了理论基础。60年代中期出现了许多商品化的CAD设备，60年代末，美国安装的CAD工作站已达200多台，可供几百人使用。2广泛使用的时期（70年代） 1970年美国Applicon公司第一个推出完整的CAD系统。出现了面向中小企业的CADCAM商品化系统。 70年代末，美国CAD工作站安装数量超过12000台，使用人数超过25万。3突飞猛进的时期（80年代） 在这个

3、时期，图形系统和CADCAM工作站的销售量与日俱增，美国实际安装CAD系统至1988年发展到63000套。CADCAM技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。4开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期（90年代） 由于微机加视窗9598NT操作系统与工作站加Unix操作系统在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台，因此现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。 在CAD系统中，综合应用正文、图形、图像、语音等多媒体技术和人工智能、专家系统等技术大大提高了自动化设计的程度，出现了智能CAD新学科。智能

4、CAD把工程数据库及其管理系统、知识库及其专家系统、拟人化用户接口管理系统集于一体，形成如图1示所示的结构。图1.智能CAD系统专家系统（知识库）工程数据库管理系统各种应用子系统用户数据库图形处理系统二、CAD系统的构成及分类 n CAD技术集中体现在CAD系统上，nCAD系统是最终用户用来实现设计n 思想、加速产品和工程n 设计的信息化工具。1）CAD系统的构成n CAD系统硬件构成如图2所示，从其体系结构讲可分为三个层次，如图3所示。基础由计算机、外围设备和系统软件组成。系统软件在工作站上流行Unix加Motif操作系统，在微机上流行Win98/Win2000/NT操作系统。系统软件还包括

5、支撑软件、系统开发和维护的工具软件。支撑层包含了图3中部所示内容，随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的重要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求有各自的CAD专用软件来支持相应的CAD工作。 图2.CAD系统的硬件基本组成图形输入板鼠标器图形显示终端计算机绘图仪硬盘磁带机纸带输出机图3.CAD系统的三层结构2)CAD系统的分类 CAD系统作为计算机应用系统的一个重要分支，经历了三个发展阶段，即：多用户共享一台计算机；一个用户使用一台计算机；一个用户共享多台计算机。从系统结构上看，CAD系统大致可分为两类，即集中式系统和网络系统。集中式系统要求有功能较强的计算机，一次投资

6、大，使用起来不灵活，在80年代中期以前应用比较广泛。从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机网络系统来代替这类集中式CAD系统，形成网络化的系统。三、CAD支撑软件 nCAD支撑软件主要包括：n1设备驱动程序n 如Windows操作系统支持的设备驱动程序集，ISO通过的标准程序库CGI(Computer Graphics Interface)，又如HP 公司提供的绘图仪、打印机设备驱动程序等；2窗口管理系统n 工作站上流行Motif窗口系统；微机上Win98、Win2000、WinNT 窗口系统，微机上的窗口系统已代替了过去的DOS操作系统，成为最大众化的操作系统。窗口系统中包

7、含了丰富的图形用户接口（GUI）程序，多媒体用户接口程序（MUI）和网络用户接口程序（NOI）； 3汉字输入输出程序，n(除了中文之星专用汉字处理程序外，中文Windows操作系统也已广泛应用；)n4二维计算机辅助设计绘图系统；n如：AutoCAD, CorelDRAW, 开目CADn5三维线框、曲面、实体和特征统一表示的数字化建模系统 ;n如：SolidEdge,Unigraphics,Pro/E 6三维真实图形实时显示系统；n7产品数据管理系统PDMn（Product-Data-Management-System）；n8异地协同虚拟设计系统;n9智能CAD系统；1.2 机械零件CAD一、机

8、械零件CAD的意义 机械零件是组成机器的基本要素，在机器中或按确定的位置相互联接，或按给定的规律相对运动，共同为完成机器的功能而发挥重要的作用。机械零件的性能和质量直接关系到机器或机械产品的性能和质量，由此可知，机械零件设计是机器或其它机械产品设计的基础。正因为如此，机械CAD必须从开展机械零件计算机辅助设计入手，实现机械零件设计的程序化，绘图自动化，进而实现整台机械的CAD。1.2 机械零件CAD 在传统设计过程中，机械零件设计占有很大的工作量。设计中不仅要查找许多数据资料，而且还要进行必要的强度、刚度等方面的性能计算，最后经结构设计绘制出符合国家标准的零件工作图。这些工作是在交叉中多次反复

9、完成的，因此既繁琐费时，又容易出差错。如用计算机代替设计人员手工劳动，将大大减轻设计人员的劳动强度，同时将大大提高设计质量，缩短设计周期，增强市场的竞争力。 二机械零件CAD的有利条件n开展机械零件CAD有许多有利条件，主要体现在以下几个方面:n1）通用机械零件的标准化程度高n由于机械零件设计在机械设计中处于重要地位，因此人们长期以来就十分重视机械零件设计新理论和新方法的研究，取得了很多的研究成果，使通用机械零件的设计日趋成熟并制定出不少的标准规范，逐步形成了比较系统的设计和选用方法，这一切为通用机械零件的CAD工作的开展奠定了良好的基础。2）零件具有一定的相对独立性，便于模块化程序设计各种机

10、械零件由于在机器中所起的作用不同，受力状态不同，失效形式不同，因而与零件失效形式紧密相关的设计准则也各不相同。尽管机器上的零件相互间有一定的联系和影响，但为了简化程序设计过程，可以将每个零件作为相对独立的单元来看待，将相互联系作为边界条件来加以考虑。这样，各个零件的设计程序均可作为一个独立的模块，分别编程和调试，使用时则通过系统统一管理，使问题的难度尽可能降低。3）程序规模小，对系统硬件的要求不高n一般机械零件的设计多采用国家标准或行业手册推荐的方法，没有非常复杂的数值计算，因而据此编制的程序所占内存不太大，对计算机运行速度的要求也不高，即使是普通微机亦能满足要求。因此，机械零件CAD可以在比

11、较价廉的微机CAD系统硬件配置下实现，这在我国目前的经济技术条件下具有重大的现实意义。结论：n由于上述有利条件，机械零件CAD成为其它机械CAD的基础，各工矿企业的设计部门都有条件来开展这一工作，使机械CAD技术在我国得到更快的普及和推广。 三机械零件CAD的基本要求n机械零件CAD软件按其设计对象不n同，亦可分为通用和专用两大类。n欲使所研究的软件在各种机械的n设计中能发挥一定的作用，在程序n编制过程中应使它n具有一定的通用性、n科学性和实用性。所谓通用性：n指尽量使软件具有较广的适用范围，具体表现在以下两个方面：n1) 软件能满足机械零件CAD应用的功能要求，运行稳定可靠、容错性好、人机界

12、面友好；n2)作为设计对象的零件类别应比较齐全，尽可能包罗机械设计中常用的传动零件、轴系零件和联接零件等。同时应能解决设计和校核两类不同性质的问题，并考虑常用的材料、不同热处理方法和各种不同的工况。 以螺栓联接的计算程序为例n它应既可用来计算单个螺栓，也可计算螺栓组；既可计算紧联接，又可计算松联接；在紧联接中既可计算控制预紧力的，又可计算不控制预紧力的；外载荷既可是横向载荷，又可是轴向载荷；既可是静载荷，又可是变载荷；螺栓组计算时，机器底座可分别承受旋转力矩、倾覆力矩或它们的组合；螺栓可以是铰制孔用螺栓，也可是普通螺栓；螺栓联接件亦可根据需要选用不同强度级别和材料。所谓科学性：n指数学模型和计

13、算方法的选择要合理。如机械零件的设计计算，不同手册、教材往往推荐不同的方法。在程序编制时应进行科学的分析，尽量选用国家标准中推荐的计算方法。此外，为了充分发挥人机两方面的特长，编程时应尽量采用直观、明确的人机对话方式。当然，具体实施时还应从实际出发，不同的程序运行时设计人员介入的程度不同。一般说来，设计类程序介入的机会多一些，而校核类程序相对少一些。 所谓实用性：n是指软件的编制必须贯彻用户使用第一的思想，为了用户使用方便，宁可在编程时多下一些功夫。n 总之，机械CAD的内容相当丰富，涉及到机械制图、计算数学、机械原理、机械设计、计算机语言编程技术、软件应用等多种学科知识，要想在短期内融会贯通

14、不太容易，必须采取循序渐进的科学态度，通过长期的不懈努力来提高自己的技术水平。例如，采用Auto LISP进行编程和参数化绘图，开始时可能会感到困难多多，但只要多加练习，就能在不太长的时间内掌握机械零件CAD的基本方法，并不断提高编程技巧。 1.3 AutoCAD概述n AutoCAD是由Autodesk公司开发的一个基于工程计算机辅助设计的通用软件，它以其友好的用户界面和强大的绘图功能在计算机辅助设计（CAD）行业独树一帜。其间经历了1.0、2.17、9.03、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、2000等很多版本，直到现在的AutoCAD2008。其中AutoCAD12.0以

15、前版本是基于DOS平台开发的，从AutoCAD12.0开始出现了基于Windows的AutoCAD软件。 AutoCAD2000完全脱离了DOS平台，发展成为成熟的Windows98 / Windows2000的应用软件，不再支持DOS和UNIX。n AutoCAD目前在全球已拥有正式用户200多万，是工程设计中应用最为广泛的CAD软件之一。现已广泛用于机械、电子、建筑、化工、汽车、造船、轻工及航空航天等领域。AutoCAD的主要功能：n1）绘图功能n2）编辑功能n3）标注功能n4）设置功能n5）辅助功能n6）文件管理功能n7）三维功能n8）开放式体系结构AutoCAD的二次开发功能：n1）定义常用的图形、符号和元件n2）建立用户的菜单文件n3）利用DCL语言定义交互对话框n4）使用AutoLISP语言进行科学计算n5）定义新的AutoCAD命令n6）定义具有个性化的工具条n7）定义需要的文字和图案n8）建立可自动执行的命令组文件