通用技术课程中的CAD设计

通用技术课程中的CAD设计案例：高中纸板凳设计启示一：强调设计过程·definingaproblem·brainstorming·researchingandgeneratingideas·identifyingcriteriaandspecifyingconstraints·exploringpossibilities·selectinganapproach·developingadesignproposal·makingamodelorprototype·testingandevaluatingthedesignusingspecifications·refiningthedesign·creatingormakingit·communicatingprocessesandresults启示二：强调计算机辅助设计CAD什么是CAD？早期是英文ComputerAidedDrafting(计算机辅助绘图)的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计；真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等。二维工程图设计只是产品设计中的一小部分；于是CAD的缩写也由ComputerAidedDrafting改为ComputerAidedDesign，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是整个产品的辅助设计。传统设计流程传统的设计方法是工程师在大脑里构思三维的产品，再通过大脑的几何投影，最后反映到二维的工程图上;在整个设计过程中，工程师有一大半的工作量是在三维实体和二维工程图的相互转换和繁琐的查表和计算中。而制造工人又要把二维的图纸在大脑中反映出三维的实体然后进行加工制造。现代的CAD技术工程师就可以直接在计算机上进行零件设计，产品的装配；计算机屏幕上的产品就是未来制造出的产品工程师还可以在设计过程中,利用CAD技术完成手工难以完成和低效率的工作，如产品零件装配后的干涉检查、零件的不合理结构检查、机构的运动模拟,零件和装配体的物理特性计算(重心位置、重量、惯性矩等)，发现实际装配过程中可能会出现的问题。设计师的二维工程图设计工作量大部分由CAD软件自动完成,工人读图由于有CAD而变得非常容易了。当修改零件设计时,借助三维软件技术，二维工程图会自动地进行更新。发展历史早期的CAD

在CAD软件发展初期，CAD仅仅是图板的替代品早期的CAD技术以二维绘图为主要目标的早期应用较为广泛的是CADAM软件，近十年来占据绘图市场主导地位的是Autodesk公司的AutoCAD软件基于曲面模型基础上的三维设计60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只能表达基本的几何信息进入70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期，此间飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA基于实体模型基础上的三维设计70年代末到80年代初，但由于表面模型技术只能表达形体的表面信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等。SDRC公司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件──I-DEAS基于参数化技术基础上的三维设计参数化实体造型方法，主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。参数技术公司(ParametricTechnologyCorp.)，开始研制命名为Pro/E的参数化软件基于变量化技术基础上的三维设计SDRC提出了变量化技术，于1993年推出全新体系结构的I-DEASMasterSeries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进行实时直接操作基于行为建模基础上的三维设计行为建模技术，通过综合所需的功能行为、设计内容和几何要求来达到设计的完美Pro/ENGINEER，设计工程师从而可以迅速地抓住设计理念,定义好设计参数,规划出最佳的解决方案,因此不必要浪费大量的时间在重复操作和计算分析上,这样可以在短时间内由计算机计算出最佳解。如设计一高度不变的水杯,在容积大小要求改变时,系统可以轻易求解出设变后的直径。同时它能使零件自适应地进行目标追踪,如凸轮轴力求保持动平衡;集装箱争取保持正确的容积;机械装置自适应寻求性能与间隙目标的最佳配合等。工程领域常见的CAD软件AutoCadInventorSolidworksPro/ENGINEERI-DEASUGAutocadAutocad是autodesk公司的主导产品。Autodesk公司是世界第四大pc软件公司。Autocad是当今最流行的二维绘图软件。Autocad有强大的二维功能，如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部分三维功能。InventorAutodeskInventor软件因其简便易用而深受用户欢迎，它为客户从二维转换到三维设计提供了最简单的路径。solidworkssolidworks是生信国际有限公司推出的基于windows的机械设计软件。全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好，用户上手快。该软件可以应用于以规则几何形体为主的机械产品设计及生产准备工作中。Pro/ENGINEER美国参数技术公司（PTC)特点：全相关性基于特征的参数化造型数据管理装配管理易于使用EDS的I-DEAS软件原SDRC公司产品。I-DEAS软件现广泛应用于汽车，家电产品及工业制造业的复杂机械产品设计、分析、测试、加工方面。I-DEAS在cad/cae一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。EDS的UG软件（Unigraphics）

UG软件起源于美国麦道飞机公司。集成了美国航空航天、汽车工业的经验，成为机械集成化CAD/CAE/CAM主流软件之一。主要应用在航空航天、汽车、通用机械、模具、家电等领域。采用基于约束的特征建模和传统的几何建模为一体的复合建模技术。在曲面造型、数控加工方面是强项，但在分析方面较为薄弱。Autocad软件举例Inventor举例从三维设计到三维打印清华美院交通工具设计专业SUV课程实案CAM(ComputerAidedManufacture)可完成自动生成零件加工的数控代码，并可进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等。主要是为数控机床服务。三维立体打印属于一种快速成型（Rapidprototyping）技术，是一种由CAD（计算机辅助设计）数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。激光切割的原理

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。

Dimension3D

打印机采用FDM(熔融喷射成型)快速成型技术，它是由美国Stratasys公司开发研制的、最有发展前景的快速成型技术之一。一般采用ABS工程塑料，以丝状供料。并采用双喷嘴专利型技术：ABS热塑性塑胶材料经过热后成为半熔融状态，并借由专利喷头挤出后沉淀堆积在每一层薄片上。catalsyt软件在整个建构模型程序中，会自动地决定在何时与何处控制双材料喷头进行模型材料或是支撑材料的沉淀堆积ZCorporationSpreadLayerofPowder铺开一层粉