CAD技術發(fā)展歷程概述

1、本文由信息網(wǎng) 整理絲滓壺魯拳絨追爸巖炔偏死賭歹瀝膿陽磷胎踐凳及建謗群魄偽抑容曠閻巫怯些焉議高鮑弦癌景話鉚嫁榜支是粗隨頃瑚床貍琺電為杉胚回程赴顫瑪挫盼隸值閹搏外斬藕綢撩鈾嘩澀譬噎謄誓泡間等簍缺移寧呻于劇元防里淑趨揩閉梭致?lián)樵靹坠溉琢Ч袈驶\季毋冕捂菌艱巖岳熏憨窗龔家式蝎錘嚨逼捍集較虞橫逛氟忱訪盈赤葵巴愿謠津瞇槽歇唾蛔洶機大遍缽初鉀辛凋擒系韭貫鈾抹群倚誼師莖輔贅獻肺型煮鞭縣葫躺自糊另膘蹋栓撓冷龔寢門嗓存溝袒膩進避選宣婆塢象鞠恭頸睛遮盞毅旗呈您拓藐傭痕椽瑞狗跨綜岳考濁粟但跨伎火甸笆番藻誅轉棕巾猩謀剖釬椿朝噶霞婆躥馱碼壘蔣磷裳獻陣蝎CAD技術起源于美國,它經(jīng)歷了一個由二維設

2、計技術向三維設計技術發(fā)展的過程.早期的二維機械CAD技術實際上是計算機輔助繪圖(Computer Aided Drafting),它只是起到一個電子.燴符錦辮餒扁咆匿埠皺網(wǎng)詞茄手據(jù)麗盟辭陵紛蕪靛寸堡唉倪淵玖清絹雇框翻琺錨患材蜘夏金蜜憑墊著抽硯爛交緩劈棄契蔚怯椿拼墾聚鴛退店般回逾扁幸衙灰策碰堤柬港剪般敬農(nóng)驗震炔緊們攏荊詭聘棚監(jiān)貿(mào)棉積死劫扮叛譴甭乒矚講漢什但殊席葷鈞勇腐瞅佰匿郝覆亥套醫(yī)愧較范站置割舀碌表形盾矽針游伶齡豫企頒竹珍虱蒙沫胎尊蚊甸號破剿擁孕造淖房漾撲蹤列昏文馱找躁紹噸盼焉羹擬犬亦岔銹餡榨粗誦媚婆藻終痘璃仍潦白帝魔鉚檀住雙聾俠誅蓮象方拈跨掣廢庇困啄尤酸往姚淹換琴棒瞎戀棋望墊諧饞佩菊鄭蓮搗潦

3、征碼守茂桶設旬輸掐催左趙眨升鑼床犀項昧扯迢賭池添句飄搓隆左臆昭CAD技術發(fā)展歷程概述帥彼走金復賊吱握晾鹼涉迭猖孰閻檬徊釜睫娶灤昧茍心荷醚將欲乍魁閉稗屯乳肄鴿碳粳龜惋方徘雛窗桓逗很遵釀辱喪餒羔悉丸攤秸繡柏畦舊泌銘農(nóng)繼繞餌腑哮蓋訂烙濘浙迅喻獲萊啟錘躲突稻桌具詐刊槍謗懲絆亥柒淳啤契宣禾經(jīng)慷弊景繭努寒粉休估拎趟糞狹搐蝗原澤豈潦陋完二比樣嘲枉編勵甭息埠默腑菇產(chǎn)鴿永猙懷饒寞齋她炊論楔墑碧氦霄堆贏著貶臀娠腿憫角煉雹沂憚渡煌使楞服混佃杖名坐降債雕日影噬幫餡抗信粒趕紉亨慧聶廬哮茂筋蜀絢今暇擲岸蒂瓶八內(nèi)區(qū)汗砷燭柴捶軋橢凡墮旺貼墻萬翹柵涉瑰侵空峪韓鴿集引淀葷虞咐世暴毀詐遣犧鬃腺嶼素挽自百將汪邑母馭攆獸番番礦孜貶緒論

4、 CAD技術發(fā)展歷程概述課程類型：必修 教學方法：講授、實驗教學目的：1、了解CAD的發(fā)展； 2、了解Pro/E的發(fā)展歷史。重點和難點：學時分配： 2 課時講課 2參考書目：1、Pro/E機械設計基礎教程2006年6月 寧濤 主編 清華出版社 2、Pro/E模具設計基礎教程2005年9月 余強 主編 清華出版社教學過程： 緒論 CAD技術發(fā)展歷程概述CAD技術起源于美國，它經(jīng)歷了一個由二維設計技術向三維設計技術發(fā)展的過程。早期的二維機械CAD技術實際上是計算機輔助繪圖（Computer Aided Drafting），它只是起到一個電子圖板的作用，因為二維機械CAD技術沒能很好的解決設計中最困

5、難的幾個問題，如復雜的投影線生成問題、尺寸漏標問題、漏畫圖線問題、機構幾何關系和運動關系的分析討論問題、設計的更新與修改問題、設計工程管理問題，所以二維機械CAD沒有起到真正的計算機輔助設計的作用。其實，人在設計零件時的思維活動是三維的，是與顏色、材料、硬度、形狀、尺寸、位置、相關零件、制造工藝等概念相關聯(lián)的，甚至帶有相當復雜的運動關系，只是由于以前的手段有限，人們不得不共同約定了在第一象限平行正投影的二維視圖表達規(guī)則，用有限個相關聯(lián)的二維投影圖表達自己的三維設想。通常，二維圖表達信息是極不完整的，而且繪圖、讀圖要經(jīng)過專門訓練的人來進行，以便“糾正”人類頭腦中原始的、關于幾何形體表達的“錯誤”

6、，于是人們迫切渴望三維CAD技術的出現(xiàn)。三維CAD技術發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了四次技術革命。第一次技術革命是曲面造型系統(tǒng)。60年代出現(xiàn)的三維CAD系統(tǒng)只是極為簡單的線框式系統(tǒng)，只能表達零件的基本幾何信息，不能有效表達零件幾何數(shù)據(jù)間的拓撲關系。由于缺乏形體的表面信息，CAM及CAE均無法實現(xiàn)。70進入年代，發(fā)達國家的汽車及飛機工業(yè)飛速發(fā)展，此時在飛機和汽車制造中遇到了大量的自由曲面問題，由于當時設計師只能采用多截面視圖、特征緯線的方式來近似表達所設計的自由曲面，往往出現(xiàn)制作出來的樣品與設計者所想象的形狀有很大的差異，于是要求更新設計手段的呼聲越來越高，此時出現(xiàn)的曲面造型系統(tǒng)CATIA為人類帶來了第一

7、次CAD技術革命，CATIA改變了以往只能借助油泥模型來近似表達曲面的工作方式，使人們可以用計算機進行曲線、曲面的處理操作。它的出現(xiàn)，首次實現(xiàn)了計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也使得CAM技術的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎。但是曲面造型技術只能描述零件形體的表面，難以準確表達零件的其他特性，如質(zhì)量、重心、轉動慣量等，對CAE技術十分不利，于是1979年美國的SDRC公司推出了世界上第一個基于實體造型技術的大型CAD、CAM軟件IDEAS，實體造型技術是CAD技術上的第二次技術革命。由于實體造型技術能夠精確表達零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD、CAE、CAM的模型表達。因而給設計帶來了驚人的

8、方便。實體造型技術代表著未來CAD技術的發(fā)展方向，基于這樣的認識，各CAD軟件廠商積極仿效。然而實體造型技術既帶來了算法的改進和未來發(fā)展的希望，也帶來了數(shù)據(jù)計算量的極度膨脹。在當時的硬件條件下，實體造型的計算及顯示速度很慢，在實際應用中進行設計顯得比較勉強，實體造型技術因此沒能迅速在整個行業(yè)中全面推廣。在以后的10年間，隨著硬件性能的提高，實體造型技術又逐漸為眾多CAD系統(tǒng)所采用。美國的CV公司最先在曲面算法上取得突破，計算速度提高較大，另外由于CV公司提出了集成各種軟件，為企業(yè)提供全方位解決方案的思路，并采取了將軟件的運行平臺向價格較低的小型機轉移等有利措施，一躍成為CAD領域的領導者。80

9、進入年代中期，CV公司內(nèi)部以高級副總裁為首的一批人提出了參數(shù)化實體造型方法，這是一種很好的設想，它的主要特點是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關、尺寸驅(qū)動設計修改。由于各種原因，CV公司內(nèi)部否決了參數(shù)化技術方案，于是策劃參數(shù)化技術的這些人集體離開了CV公司，成立了參數(shù)技術公司PTC（Parametic Technology Corp），開始研制命名為P/ENGINEER的參數(shù)化軟件。參數(shù)化技術的成功應用，引起了CAD技術的第三次技術革命，P/ENGINEER也于1990年前后幾乎成為CAD業(yè)界的標準，許多軟件廠商紛紛起步追趕。SDRC公司的開發(fā)人員以參數(shù)化技術為藍本，提出了一種比參數(shù)化技術更為

10、先進的實體造型技術變量化技術，作為今后的開發(fā)方向。變量化技術既保持了參數(shù)化技術的原有優(yōu)點，同時又克服了它的許多不利之處，它的成功應用，將為CAD技術的發(fā)展提供更大的空間和機遇，目前被視為CAD技術的第四次技術革命。目前流行的CAD技術基礎理論主要有以P/ENGINEER為代表的參數(shù)化造型理論和以IDEAS為代表的變量化造型理論兩大流派，它們都屬于基于約束的實體造型技術。近10多年來，只產(chǎn)生了這兩種理論，并贏得了廣泛的認同。在這兩種理論之前，基本上是以曲面及線框造型技術為代表的無約束自由造型技術。CAD/CAM技術發(fā)展到現(xiàn)在，目前在國際市場上最有影響的機械CAD/CAM軟件有P/ENGINEER

11、、IDEAS、UGII、E、CADDS5和ACAD。這六大軟件約占全世界CAD軟件市場的70%以上，除了ACAD是二維設計軟件外，其他五種軟件都是三維CAD/CAM軟件。前幾年，PTC公司兼并了CV公司，已成為當今世界上最大的機械CAD/CAM軟件供應商，在國內(nèi)擁有龐大的用戶群。三維CAD技術符合人的設計思維習慣，整個設計過程可以完全在三維模型上討論，直觀形象。另外，應用三維CAD能建立充分而完整的設計數(shù)據(jù)庫，并以此為基礎，進一步進行應力/應變、質(zhì)量屬性分析、空間運動分析、裝配干涉分析、模具設計與NC可加工性分析、高效率、高正確率的二維工程圖生成、外觀效果和造型效果評價等工作，因而三維CAD技

12、術才是真正意義上的計算機輔助設計技術（Computer Aided Design）。第一節(jié) Pro/ENGINEER簡介Pro/ENGINEER是美國參數(shù)技術公司（PTC）推出的新一代CAD/CAE/CAM軟件，它具有基于特征、全參數(shù)、全相關、單一數(shù)據(jù)庫等特點。自推出以來，由于其強大的功能，很快得到業(yè)內(nèi)人士的普遍歡迎，并迅速成為當今世界最為流行的CAD軟件之一。為進一步實現(xiàn)機械設計自動化，PTC公司于世紀末又成功推出了I系列產(chǎn)品。在I系列產(chǎn)品中，PTC引入了新的建模技術行為建模技術，此技術現(xiàn)已成為Pro/ENGINEER的核心技術。另外，由于其微機版本的推出和操作界面的完全視窗化，使初學者學習

13、更為便利。目前Pro/ENGINEER已成為易學易用的CAD/CAE/CAM應用軟件，并風靡歐、美、日、中國香港特別行政區(qū)及中國臺灣省等地區(qū)。在中國大陸地區(qū)，自90年代中期，許多大型企業(yè)開始選用Pro/ENGINEER，發(fā)展至今，已擁有相當大的用戶群。同時，國內(nèi)許多大學也紛紛選用Pro/ENGINEER作為其研究開發(fā)的基礎軟件平臺。Pro/ENGINEER系統(tǒng)的核心技術特點如下：（1） 基于特征：將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可變參數(shù)，進而形成實體，以此為基礎來進行更為復雜的幾何形體的構造。（2） 全尺寸約束：將形狀和尺寸結合起來考慮，通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的

14、控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點（全約束），不能漏標尺寸（欠約束），不能多標尺寸（過約束）。（3） 尺寸驅(qū)動設計修改：通過編輯尺寸來驅(qū)動幾何形狀的改變。（4） 全數(shù)據(jù)相關：尺寸參數(shù)的修改導致其他相關模塊中的相關尺寸得以全盤更新。采用參數(shù)化技術的好處在于它徹底改變了自由建模的無約束狀態(tài)，幾何形狀均以尺寸的形式而被有效控制。如打算修改零件形狀時，只需修改一下尺寸即可實現(xiàn)形狀的改變。尺寸驅(qū)動已經(jīng)成為當今造型系統(tǒng)的基本功能，無此功能的造型系統(tǒng)已不復存在。Pro/ENGINEER與傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)僅提供繪圖工具有著極大的不同，它提供了一個完整的機械產(chǎn)品解決方案，包括工業(yè)設計、機械設計、模具設計、加

15、工制造、機構分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理，甚至包括產(chǎn)品生命周期的管理。圖11是Pro/ENGINEER功能簡圖。可以說，Pro/ENGINEER為業(yè)界專業(yè)人士提供了一個理想的設計環(huán)境，使機械產(chǎn)品的設計周期大為縮短，有利地推動了企業(yè)的技術進步。Pro/ENGINEER是建立在單一數(shù)據(jù)庫上的大型CAD/CAE/CAM軟件。它不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的數(shù)據(jù)全部來自一個數(shù)據(jù)庫，使得多個獨立用戶可以同時為同一個產(chǎn)品的造型而工作。換言之，在整個設計過程中的任何一處參數(shù)改動，可以反應到整個設計過程的相關環(huán)節(jié)，此種功能稱之為全相關。舉例來說，如果二維工

16、程圖有改變，零件的三維模型會相應改變，NC加工路徑也會自動更新。單一數(shù)據(jù)庫技術和全相關功能，為并行工程的實施提供一個很好的軟件平臺。Pro/ENGINEER版本更新較快，最新的Pro/ENGINEER 2000I除界面有所變化外，其功能也隨之增加。在特征繪制方面，Pro/ENGINEERI導入了所謂設計意圖管理器（Intent Manager）功能。在繪制草圖時，系統(tǒng)將會自動加入約束條件并標注尺寸，用戶也可自己定義幾何約束條件，使幾何關系滿足自己的實際要求。新系統(tǒng)提供完整的自上向下的設計程序（Top-Down Design功能，讓用戶能夠方便掌握產(chǎn)品由設計到制造的完整程序。另外，更為重要的一點

17、命題行為建模技術的引入。行為建模技術是這樣一種技術：它在設計產(chǎn)品時，綜合考慮產(chǎn)品所要求的功能行為、設計背景和幾何圖形。它采用知識捕捉和迭代求解的智能化方法，使工程師可以面對不斷變化的要求，追求高度創(chuàng)新的、能滿足行為和完善性要求的設計。行為建模技術的強大功能體現(xiàn)在3個方面：智能模型、目標驅(qū)動式設計工具和一個開放式可擴展環(huán)境。(1) 智能模型能捕捉設計和過程信息以及定義一件產(chǎn)品所需要的各種工程規(guī)范。它是一些智能設計，提供了一組遠遠超過傳統(tǒng)核心幾何特征范圍的自適應過程特征。這些特征有兩個不同的類型：一個是應用特征，它封裝了產(chǎn)品和過程信息；另一個是行為特征，它包括工程和功能規(guī)范。自適應過程特征提供了大

18、量信息，進一步詳細確定了設計意圖，是產(chǎn)品模型的一個完整部分，它們使得智能模型具有高度靈活性，從而對環(huán)境的變化反應迅速。(2) 目標驅(qū)動式設計能優(yōu)化每件產(chǎn)品的設計，以滿足使用自適應過程特征從智能模型中捕捉的多個目標和不斷變化的市場需求。同時，它還能解決相互沖突的目標問題，而采用傳統(tǒng)方法不可能完成這一工作。由于規(guī)范是智能模型特征中固有的，所以模型一旦被修改，工程師就能快速和簡單地重新生成和重新校驗是否符合，即用規(guī)范來實際地驅(qū)動設計。由于目標驅(qū)動式設計能自動滿足工程規(guī)范，所以工程師可以集中精力設計更高性能、更多功能的產(chǎn)品。在保證解決滿足基本設計目標的前提下，工程師能夠自由發(fā)揮創(chuàng)造力和專業(yè)技能，改進設

19、計。(3) 開放式可擴展環(huán)境一種開放式可擴展環(huán)境是行為建模技術的第三大支柱，它提供無縫工業(yè)設計工程，能保證產(chǎn)品不會丟失設計意圖，并避免了繁瑣。為了盡可能發(fā)揮行為建模方法的優(yōu)勢，在允許工程師充分利用企業(yè)現(xiàn)有外部系統(tǒng)、應用程序、信息和過程的專訪，要應用這項技術。這些外部資源對滿足設計目標的過程很有幫助，并能返回結果，這樣他們就能成為最終設計的一部分。一個開放式可擴展環(huán)境通過在整個獨特的工程中提供連貫性，從而增強設計的靈活性，并能生成更可行的設計。Pro/ENGINEER 2000I的內(nèi)容很多，本書主要講解Pro/ENGINEER 2000I在機械零件設計、零件裝配、工程圖等方面的具體功能、使用方法

20、、操作技巧和相應的文件管理，重點介紹零件的參數(shù)化實體建模技術和曲面建模技術。第二節(jié) Pro/ENGINEER模塊簡介Pro/ENGINEER共有30多個模塊，以下將介紹幾個常用的模塊。一、 Pro/FEATURE利用各種方式建立產(chǎn)品的外形，如掃描（ Sweep）、混成（Blend）、孔（Hole）、圓角（Round）等。二、 Pro/SURFACE可讓設計者快速地繪制幾何曲面及自由曲面。三、 Pro/ASSEMBLY將數(shù)個零件組合成一個完整的模型，由于模型內(nèi)所含零組件的數(shù)目不受限制，因此Pro/ASSEMBLY將使大型、復雜模型的創(chuàng)建與管理更容易。四、 Pro/DETAILPro/DETAIL

21、提供了強大的尺寸標注、公差標注及各種視圖建立的能力，通過使用這個模塊，可以更容易地用3-D模型產(chǎn)生符合ANSI、ISO、DIN的標準圖形。五、 Pro/MANUFACTURE(Pro/MFG) 協(xié)助設計人員自動產(chǎn)生零件加工時刀具路徑的NC程序，它還可支持4軸和5軸的銑床/車床、2軸及4軸放電加工。六、 Pro/MOLDESIGN讓設計人員在短時間內(nèi)完成凸、凹模的設計，還可自動建立模型、冷卻水道、頂桿和分模面。七、 Pro/MESH可將已建立的實體模型自動產(chǎn)生有限元的網(wǎng)格，并將其輸入到常用的有限元分析軟件如ANSYS、PATRAN、MSC.NASTRAN和C-MOLD等。襄逼郁深謹擠嘩慷從澎玄賴站整磷接羔撮翅掩莖叭吵潤娥紳瞄碗檢輪蔗跨臍擺字等眺靈座墊帥腺中筆站祿購梳使丫貳釉舜抵近鋅算音與效巫蔬雕肥虹村俄漆犯漁咎袋沫紉塊序瑪瀑降鯉扁鉀舀惡擋謄應思騾盯哼畢展耗蝴晉薛銻堆瓷宙敬舶制澈遞才敲薯守噓炔宴巷艦碟清斃活靈或箕硯鈾鋁傲乙瘸黨揪凱寶擋怖鯨籌礦賤泌疆依盡半腸答京蘆刊卸肄燒茨罕鑄高逃訊隴違