CAD技术-第二章-1-CAD系统组成

第二章材料加工CAD技术基础2.1CAD系统的组成与分类2.2计算机图形处理技术2.3CAD系统的三维造型技术2.4CAD系统的数据信息交换2.5CAD系统的智能化技术与优化分析技术学习目标：

了解CAD系统的组成及分类。掌握图形变换、CAD系统的三维造型技术，CAD系统的数据信息交换。了解CAD系统的智能化和优化技术。学习重点：图形变换、CAD系统的三维造型技术，CAD系统的数据信息交换。CAD系统的组成2.1CAD系统的组成与分类

CAD系统必须具备硬件系统和软件系统。硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络几部分组成。软件一般包括操作系统、支撑软件、数据库和应用软件。CAD系统的硬件

硬件主要由计算机主机、外存储器、输入设备、输出设备、网络几部分组成。

主机

主机是计算机的主体，由中央处理器（CPU）、内存储器及其联接主板组成，是计算机系统硬件的核心。

硬盘存储器，是主要的外存设备，反映硬盘工作质量的主要技术参数是硬盘存储容量、读写速度及传输数据的速度。外存储器光盘存储器磁带存储器软盘存储器和闪盘存储器输入设备键盘鼠标著名日本外设厂商Elecom，新款无线便携式鼠标，采用发射器内置式设计IBM专业指纹认证键盘数字化仪扫描仪数码相机和数码摄像头其他，触摸屏、语音输入设备、数据手套等输出设备

显示器和显示卡

显示器是CAD系统的重要输出设备之一。显示器主要有阴极射线管、液晶和等离子等类型。

显示卡是CPU与显示器之间的接口，其性能好坏直接影响图形显示的速度及效果。打印机与绘图机

针式打印机、激光打印机、喷墨绘图机、笔式绘图机。打印机HP750C喷墨绘图机（2台）网络互联设备网络适配器（NetworkAdapter）又称网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）或网卡。传输介质

有线网络：双绞线、同轴电缆、光缆无线网络：无线电波、红外线调制解调器用于将数字信号转变为模拟信号或把模拟信号转换为数字信号，是利用电话线拨号上网的接口设备。CAD系统的硬件要求：（1）性能要求较高的图形输入及输出设备

（2）较高的运行速度（3）足够的外部存储空间（4）较好的网络性能CAD系统的软件

软件可分为操作系统、支撑软件、数据库及应用软件四个部分。操作系统

操作系统软件主要负责管理硬件资源及各种软件资源，是计算机的公共性底层管理软件，即系统开发平台。系统软件大都是由计算机制造商或软件公司开发，通常作为商品软件出售，如目前流行的Windows、Linux、UNIX等系统软件。支撑软件支撑软件运行在系统软件之上，是实现CAD各功能的通用性应用基础软件，是CAD系统应用软件的开发平台。

支撑软件主要指那些直接支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件，一般可分为集成型和单一功能型。

单一功能型的支撑软件如AutoCAD、ANSYS和ORACLE等。集成型的支撑软件如Pro/E、UG。CAD系统的图形支撑系统一般应具有如下主要功能：（1）计算机图形处理（2）三维产品建模（3）有限元建模与分析（4）机构运动分析（5）数据信息交换（6）工程数据库管理（7）方便完善的二次开发工具常见CAD/CAM系统支撑软件简介AutoCAD

AutoCAD系列软件是Autodesk公司的产品，也是最早进入国内市场的CAD软件之一，AutoCAD软件最早是针对二维设计绘图而开发的，随着其产品的日益成熟，而且随着产品设计的发展需要，而且随着版本的不断更新三维设计的部分也在越来越多的发展。该软件存在一些的不足之处，比如，该软件在二维设计中无法做到参数化的全相关的尺寸处理；三维设计中的实体造型能力不足。但是由于该软件进入国内市场较早，价格较便宜，对使用的微机要求较低，使用比较简单，是目前世界上应用最广的CAD软件.Pro/Engineer

ParametricTechnologyCrop公司（PTC）的Pro/Engineer以其参数化、基于特征、全相关等概念闻名于CAD界。该软件的应用领域主要是针对产品的三维实体模型建立、三维实体零件的加工、以及设计产品的有限元分析。该软件的价格相对较高，但由于功能很强大，国内一些大型企业依然是它的主要用户。另外，值得一提的是该软件分为工作站版和微机版，微机版对计算机的性能要求较高，而且由于它的动态实体造型功能，相对要求的内存及硬盘空间都要较大，比如，内存就要求至少128M。UG

UnigraphicsSolutions公司的UG本身起源于航空、汽车企业（美国麦道航空公司），它的应用范围基本和Pro/E相似，采用基于约束的特征建模技术和传统的几何建模为一体的复合建模技术。该软件的功能也非常的强大，一般认为UG是业界最好、最具有代表性的数控软件，它提供了功能强大的刀具轨迹生成方法。它的销售也和Pro/E相似，采用分模块销售的办法，目前我国很多的航空企业都在使用这种软件。同样UG软件的安装对微机的要求较高。UG使用起来比较复杂，软件相对较难掌握。

CATIA

由法国DassaultSystems（达索）公司开发，后被美国IBM公司收购的CATIA是一个全面的CAD/CAM/CAE/PDM应用系统，CATIA具有一个独特的装配草图生成工具，支持欠约束的装配草图绘制以及装配图中各零件之间的连接定义，可以进行快速的概念设计。CATIA该软件具有很强的曲面造型功能，CATIA也可进行有限元分析，特别的是，CATIA能够进行四维空间的观察，也就是说该软件能够模拟观察者的视野进入到零件的内部去观察零件，并且它还能够模拟真人进行装配。这套软件的价格也不便宜。哈尔滨飞机制造公司的飞机、汽车等产品就是应用CATIA软件开发设计的。美国波音飞机公司的波音777飞机便是其杰作之一。I-DEASSDRC公司的IDeasMasterSeries是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测量直至数控加工的产品研发全过程，附加的CAM部分可以方便地仿真刀具及机床的运动，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化：采用VGX（VaiationalGeometryExtended，即超变量化几何）技术，VGX技术扩展了变量化产品结构，允许用户对一个完整的三维数字产品从几何造型、设计过程、特征到设计约束，都可以实时直接设计和修改，在全约束和非全约束的情况下均可顺利地完成造型。工程分析是它的特长。I-DEAS国外很多大型的制造企业都是使用两种设计软件，一种是IDeasMasterSeries，用它来完成产品的设计；另一种是UG，用它来完成设计产品的制造。国外许多著名公司，如波音、索尼、三星、现代、福特等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。SolidwoksSolidwoks公司的Solidwoks系列软件是一套功能相当强大的三维造型软件，三维造型是该软件的主要优势，该软件完全采用Windows的窗口界面，操作简单，支持各种运算功能，可以进行实时的全相关性的参数化尺寸驱动。该软件价位适中，因此使用的单位及个人较多，比如国内相当多的中小型企业都在使用Solidwoks软件。总的来说，Solidwoks系列产品作为三维的造型、设计软件还是相当方便灵活的。Cimatron以色列Cimatron软件有限公司的Cimatron是基于CAD/CAM/PDM的产品，这套软件针对性较强，更多应用到模具开发设计中。该软件能够给应用者提供一套全面的标准模架库，方便进行模具设计中的分型面、抽芯等工作，在操作过程中都能进行动态的检查。该软件在模具设计领域是非常出色的，国内南方的一些模具企业都在使用这套软件，但由于它的专业性强，因此Cimatron更多的被应用于模具的生产制造业，而其他行业的使用者较少，另外该软件的价格相对较贵。

MasterCAM软件是美国CNCSoftwareINC研发的基于PC平台的CAD/CAM系统。这是专为复杂外形及曲面加工所设计的最经济有效的CAD/CAM工具软件，它在造型功能、加工功能、仿真模拟、显示屏幕以及数据接口等领域均有上乘表现，包括美国在内的各工业大国皆一致采用此系统。

MasterCAM它可以帮助用户轻松构建2D或3D图形（例如：举升曲面、3D扫描曲面、3D曲面修整、曲面投影及曲面接合和圆角处理），并可以通过设置刀具路径及参数来加工出用户需要的成品。它所构建的图形全部适用于MasterCAM中的两轴至五轴铣削模块、车铣复合加工模块以及线切割等模块，也可以与其他的CAD软件的输出图形兼容，例如DXF、IGES、STL、STA文件等。MasterCAM国内的CAD/CAM系统

比如具有自主版权的清华大学开发的GHGEMSCAD（高华CAD）；具有三维功能并与有限元分析、数控加工集成的浙江大学开发的GS—CAD；具有参数化功能和装配设计功能的华中理工大学开发的开目CAD，该软件也是CAD/CAM/CAPP结合的软件，目前在国内的市场中使用也较多；北航海尔的CAXA系统是基于STEP的CAD/CAM集成制造系统，在国内市场中出现较早，其功能也相对比较强大，在国内的应用也较为广泛。以上种种国内的应用软件大都符合中国人的绘图习惯，符合中国的制图、制造标准，而且是全中文的界面，符合中国人的使用习惯。数据库（1）独立性（2）共享性（3）可靠性（4）保密性建立数据库的目的和要求:数据库是存储在计算机系统里的、由数据库管理系统统一管理的数据集合，它可以为多个用户使用。

CAD中的数据有图形和非图形之分，其数据库与一般事务处理数据库不同。要求具有处理图形和非图形数据的能力，且数据量多，类型复杂，动态地生成。应用软件应用软件是根据用户具体要求，在支撑软件基础上经过二次开发的专用软件。它是在系统软件的基础上，或用高级语言编程，或基于某种支撑软件，针对特定的问题设计研制，既可为一个用户使用，也可为多个用户使用的软件。常用的编程语言，如C++、Fortran、Basic等。CAD二次开发实例CAD系统的分类信息检索型CAD系统人机交互型CAD系统智能型CAD系统信息检索型CAD系统主要用于设计已定型的、标准化和系列化程度很高的产品。例如：电动机、汽轮机、泵、变压器、减速器等。速度快，效率高。不足之处：使用范围较窄、通用性差、修改困难。信息检索型CAD系统设计者检索订货规格选择最佳标准图计算机检索设计绘图参数设计者确认？YNNY自动绘图设计者确认？输入初始数据生产过程标准图形库设计数据库工艺数据库CAD工程数据库决定工艺流程及生产计划人机交互型CAD系统区别：人机交互型CAD系统以设计者为中心适用于解决企业遇到的各类设计问题，新产品开发，难以用函数来定量描述的问题。灵活性高，普遍适用。输入/输出装置人机交互型CAD系