[工学]计算机辅助设计.ppt

第三章 计算机辅助设计技术 计算机辅助设计技术是现代设计与集成制造技术中最重要的支持工具。 产品的设计方案要通过几何模型来表示产品的结构、形状，产品的性能分析要基于设计模型进行； 从工艺、加工、装配等制造过程来看，计算机辅助设计技术提供现代化设计工具，建立产品的数字化模型，为后续各阶段的操作提供模型和信息， 例如，设计人员利用计算机辅助设计技术建立零件的模型，模型信息传递到工艺部门，工艺设计人员需要根据零件模型制作模具、夹具、量具，以及编制工艺规程，模型信息传递到加工部门，加工人员基于这个模型编写数控加工程序。由此看出，设计过程产生的主模型，在后续各部门间传递设计信息，是沟通各部门的信息载体，计算机辅助设计技术为主模型的建立提供了先进的设计方法和手段，借助于计算机辅助设计技术，可以大大提高设计效率，减少设计错误，实现设计制造过程的集成，为并行工程提供基本的操作环境。 计算机辅助设计技术的发展经历了二维计算机辅助绘图、三维实体造型、参数化特征造型的过程，目前技术已趋于成熟，并向着过程参数化、产品级参数化发展，为并行工程、敏捷化制造等提供操作平台。 国际上流行的代表性CAD产品有：支持二维绘图的AutoCAD、支持三维参数化特征建模的UGII、CATIA、Pro/Engineering、SolidEdge、SolidWorks、MDT软件等。 国产化软件有：CAXA、高华CAD、开目CAD系统等。 3.1 计算机辅助工程图设计 在计算机辅助设计技术广泛应用的今天，工程图纸仍是工程设计领域表达和传递设计信息的主要媒介。 在设计过程中，设计人员将设计意图通过图纸信息（产品几何形状定义、生产要求说明等）表达出来。 传统的手工绘图，图纸的设计修改、检查非常不方便，容易出错，劳动强度大，设计效率低。 采用计算机作为设计绘图的辅助工具，它除了具有工程绘图的常用功能外，还应包括参数化功能——用于图形的实时编辑修改、计算功能——常用工程设计的专业计算模块，数据获取功能——检查设计数据等。 计算机辅助工程图设计是以二维设计为主，面向工程设计人员的一种方便快捷的设计工具，使得设计人员能够快速、方便、准确地进行设计。 二维设计同时也是三维设计的基础，例如用一个三维物体的截面形状经过拉伸得到三维实体，设计截面形状就是二维图形设计。 在产品的三维设计中，工程图的视图来自于三维模型的直接投影，由于二维与三维数据的一致性和相关性，工程视图是不能随意在二维环境下修改的，如要修改，需在三维模型上进行，并对二维视图自动刷新。二维视图的所有数据来自于三维模型，所以，三维环境下的二维绘图不是工程图设计，而仅仅是投影得到视图。 3.1 计算机辅助工程图设计 3.1.1 工程图的常用设计技术 1．数学表示 计算机辅助工程图设计不涉及产品的三维建模，一般是指计算机辅助二维绘图设计，它是一种先进的设计与绘图工具。 所涉及的数学主要是基本几何元素以及它们的求交运算。一般的基本图形元素是点、直线、圆（弧）、椭圆、样条、矩形等。它们可用一些简单的数学方程或参数方程表示，例如直线的一般方程及参数方程、圆的方程、样条的生成等。这些基本元素构成了绘图的基础，也是绘图过程中需要求交的数学基础。 3.1 计算机辅助工程图设计 2．交互绘图法 采用交互操作对工程图进行设计，符合一般设计工程师的设计习惯，可将屏幕理解为“纸”，而将鼠标理解为“笔”。将设计意图展现在屏幕上，最终绘图输出。借助于计算机的一些辅助绘图功能可简化设计过程，并可以边设计边修改。例如可以交互粗略地在屏幕上对形状尺寸定位，也可通过键盘输入定位尺寸进行准确定位，还可以采用捕捉方式利用已画出的图形元素快速准确对新的几何元素定位。常用的辅助功能有： (1) 辅助工具 3.1 计算机辅助工程图设计 网格：为了方便绘图，可按精度在屏幕上设定网格的大小，绘图时捕捉网格点可轻易准确绘图。 等距线：按照偏置的方向和距离，绘出一条新线。 拉伸：在保证形状结构不变的情况下，对局部尺寸进行加长或缩短的操作。 橡皮筋技术：交互绘图时工程师通过鼠标移动和屏幕上的图形跟踪，可直观地确定元素的方向及大小。 引力场技术：在捕捉屏幕上的几何对象时，预先确定一定的误差范围，当光标落入该范围，就认为已捕捉到几何对象。例如绘第二条线，要取第一条线的一个端点作为第二条线的起点，靠手工难于定位到这一点，采用计算机，当光标靠近这个端点时，就认为捕捉到这点，并将该点作为起点。 图形变换：在工程绘图中，经常对图形进行平移、旋转、比例变换。例如三视图的对齐操作，可用平移进行。