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1、合肥工業(yè)大學
機械與
SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING
機械CAD教程
Mechanical Computer Aided Design
授課人：夏
鏈
Lecturer: Xia Lian
機械CAD
Schedule for this course:
Total hours: 40 (Lecture:24, Practice: 16)
Credits: 2.5
Duration: from the 9th week (April 22,2008) to the 14th week (May 31 2
2、008)
Lectures: Time: Tuesday (5,6 14:30-16:30)
Thursday (5,6 14:30-16:30)
Location: East 201
West 2 204
Practice: Time: Wednesday (14:30-18:30 0315-0389)
Saturday (18:00-21:30 0390-0448 and 2002 related)
Location:機汽學院計算機房(機械二樓406室)
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
機械CAD
1、本課程包含哪些內容（What）？
◆ CA
3、D基本理論和基礎知識
◆ CAD軟件應用 — Solidworks
2、為什么要學習本課程（Why）？
◆ CAD是機械與汽車工程學院面向各專業(yè)的一門重
要的技術基礎課程，為后續(xù)的專業(yè)課程學習、課程設計和
畢業(yè)設計打下良好的技術基礎。
◆ Solidworks是目前非常流行的CAD三維實體造型軟件，
易學上手快，為其他高端CAD軟件的學習奠定基礎。
3、如何學好本課程（How）？
◆重視基本理論和基礎知識的學習，充分理解CAD在
產(chǎn)品開發(fā)周期中的核心作用；
◆重視實踐環(huán)節(jié)，熟練掌握CAD軟件三維建模的方法。
◆做好課后資料的查閱，把握先進制造技術的發(fā)展前沿。
合肥工業(yè)
4、大學精品課程
機械CAD
機械CAD
CAD學科
CAM學科
自動化
幾何建模
CAD
設計
計算機
圖形學
設計
CAD
CAM
制造
CAD
自動化
幾何建模
CAD/CAM
計算機
圖形學
制造
CAD與CAM學科
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
機械CAD
參考書(Bibliography) :
1《Computer Integrated Manufacturing》 James A. Rehg,
Herry W. Kraebber
2《CADCAM》Chri
5、s McMahon, Jimmie Bronne
3《機械CAD與Solidworks三維計算機輔助設計》黃康等,中國科
技大學出版社
4《 Solidworks 2001 Plus基礎及應用教程》何煜琛等,電子工業(yè)
出版社
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
機械CAD
CAD/CAE/CAM網(wǎng)絡資源
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
機械
CAD
Mechanical
Computer Aided
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
Design
第1部分 CAD技術概述
1.1制造企業(yè)、設計模型和產(chǎn)品
6、開發(fā)過程
1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及產(chǎn)品的PDM
1.3 CAD系統(tǒng)
1.4 CAD技術在機械工業(yè)中的應用
1.5 CAD技術發(fā)展趨勢
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
1.1制造企業(yè)、設計模型和產(chǎn)品開發(fā)過程
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
（6）
制造基礎結構
（5）
料
產(chǎn)
資源
品生命（4）營定義
周期轉（3）
系
信
統(tǒng)
計
共享的知識
（2）
（1）
用戶
組織
系統(tǒng)
裝配
社
7、區(qū)
和測
試
制造
零部件制造
職責
規(guī)劃
作業(yè)
規(guī)章
管理
SME新型制造企業(yè)輪
概念化
概念化
綜合過濾
綜合
分析
設計的豐富
面向裝配的設計
面向制造的設計
評價
分析
文檔編制
評價
設計模型
文檔編制
新設計模型
8、
構思、市場調查
1.市場調研
2.管理審核
3.設計工程
4.生產(chǎn)工程
否
設計成本和
生產(chǎn)目標
工程設計
制造審核
滿足成本目標？
是
產(chǎn)品設計過程:
概念化
綜合
分析
評價
文檔編制
確定主要組件
5.制造
生產(chǎn)工程設計
6.客戶使用
產(chǎn)品開發(fā)周期
制造
客戶文檔
傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程
市場調查
產(chǎn)品構
9、思
并行工程組
生產(chǎn)工程
設備供應商
確定成本和生產(chǎn)目標
設計工程
生產(chǎn)控制
CNC程序員
夾具設計人員
質量控制
零件供應商
工具設計人員
全企業(yè)范圍內的并行設計過程
產(chǎn)品設計過程：
概念化
綜合
分析
評價
文檔編制
采購
市場
滿足目標成本？
否
需要重新設計
是
滿足目標
制造系統(tǒng)開發(fā)和安裝
制造系統(tǒng)作業(yè)
改進的產(chǎn)品開發(fā)過程
設計過程
綜合
設計要求
設計說明，
規(guī)范及要求
分析
收集相關設計信息以
及可行性研究
計算機輔助設計過程
設計
10、信息
與存檔
設計
評估
最優(yōu)化
設計
設計分析
設計建模
與仿真
概念化設計
制造過程
計算機輔助制造過程
生產(chǎn)規(guī)劃
設計和獲取
新的工具
工藝
規(guī)劃
材料訂單
生產(chǎn)
質量控制
包裝
運輸
數(shù)控編程
市場銷售
典型生產(chǎn)周期
第1部分 CAD技術概述
1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及產(chǎn)品的PDM
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
從原始人類制造第一件石器的
那個時刻起，就產(chǎn)生了設計這
一活動。
社會化大工業(yè)生產(chǎn)的形成過程
中，
11、設計逐漸分離成為相對獨
立的生產(chǎn)部門，繼而成為專門
的科學學科。
由于自然和科學發(fā)展的客觀規(guī)
律，由于人類追求完美的本能
，設計過程從來就是一個“設
計→評價→再設計→再評價”
的反復迭代、不斷優(yōu)化的過程
。
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
科學的發(fā)展、特別是計算機
技術的發(fā)展和應用，使機械
設計技術本身迅速發(fā)展起來
：
從經(jīng)驗設計到科學設計；
從可用（adequate）設計
到優(yōu)化（optimal）設計
；
從靜態(tài)設計到動態(tài)設計；
從手工設計到計算機輔助
設計。
第1部分 CAD技術概述
提高產(chǎn)品質量
縮短生產(chǎn)
準備時間
12、
降低制造成本
提升企業(yè)市場競爭力
環(huán)境友好
提高售后服務
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
100
75
50
25
Overhead
Labor
Material
Design
0
Final manufacturing
cost
Influence on final
manufacturing
cost
Design influence on manufacturing cost
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
知識、
經(jīng)驗、
創(chuàng)造
13、力
存儲能力
計算能力
圖形處理能力
可編程序
人的最佳
特性
計算機和
計算機軟件的
最佳特性
最終的CAD系統(tǒng)
最終的CAD系統(tǒng)
硬件 +軟件
CAD的特點
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD is a software system
that uses computer graphics
to assist in the creation,
modification, and analysis of
a design.
合肥工業(yè)大學精品課程
CAD定義
A Definit
14、ion of CAD：
CAD is the application of
computers and graphics
software to aid and
enhance the product design
from conceptualization to
documentation.
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
國際信息處理聯(lián)合會(IFIP)給出的完整定義為：
“CAD是一種技術，其中人與計算機結合為一個問題求解組，緊密配
合，發(fā)揮各自所長，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應用多學科方法的綜
合性協(xié)作提供了可能。CAD是工程技術人員以計算機為工
15、具，對產(chǎn)品和工
程進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱?！?
CAD在早期是英文Computer Aided Drafting (計算機輔助繪圖)的縮
寫，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，人們逐步的認識到單純使用計算機繪
圖還不能稱之為計算機輔助設計；真正的設計是整個產(chǎn)品的設計，它包括產(chǎn)
品的構思、功能設計、結構分析、加工制造等。二維工程圖設計只是產(chǎn)品設
計中的一小部分；于是CAD的縮寫也由Computer Aided Drafting改
為 Computer Aided Design，CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個產(chǎn)
品的輔助設計。利用計算機強大而快速的數(shù)據(jù)處
16、理能力和準確而靈活的圖文
處理能力，幫助設計人員完成繁雜的設計任務，提高設計工作效率和質量。
CAD（計算機輔助設計）定義
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD已成為一門綜合性應用新技術，它涉及到以下基礎技術。
（1）圖形處理技術。如二維交互圖形技術、三維幾何造型及其它圖形輸
入輸出技術。
（2）工程分析技術。如有限元分析、優(yōu)化設計方法、物理特性計算（如
面積、體積、慣性矩等）、模擬仿真以及各行各業(yè)中的工程分析等。
（3）數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術。如數(shù)據(jù)庫管理、不同CAD系統(tǒng)間的數(shù)
據(jù)交換和接口等。
（4）文檔處理技術。如文檔
17、制作、編輯及文字處理等。
（5）軟件設計技術。如窗口界面、軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)的使用等。
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD——計算機輔助設計系統(tǒng)，內容涵蓋產(chǎn)
品設計的各個方面
狹義CAD系統(tǒng)
廣義CAD系統(tǒng)
CAD/CAM系統(tǒng)
CAD/CAM/CAE系統(tǒng)
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
手工設計
計算機輔助設計
基
本
操
作
計算
有限元分析、優(yōu)化設計、計算機仿真
繪圖
三維建模、二維圖紙
查手冊、資料
數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡技術
手工制圖
二維CAD
三維CAD
18、
設計意圖的表達
采用草圖進行表示
采用二維圖表示
采用3D模型表示，直觀形象
設計意圖的記錄
頭腦或者文字描述
頭腦或者文字描述
方程式、尺寸與幾何關系等、并
可根據(jù)需要隨時調整
產(chǎn)品模型的修改
困難，容易引起沖突
針對單一零件較為方便，
但關聯(lián)性差，容易引起沖
突
零件之間通過參數(shù)化技術保持數(shù)
據(jù)一致性，更改方便
平面圖繪制
速度慢
支持捕捉、提供豐富的作
圖功能、等夠生成較為復
雜的圖紙、速度快
支持捕捉、提供參數(shù)化技術、速
度較快
平面圖修改
困難
圖素位置、形狀改動方
便，但是無法同時更新尺
寸
幾何圖素形狀與尺寸雙向驅動、
19、修改十分方便
曲面曲線
一般采用近似作圖方法
提供為數(shù)不多的方法
造型方法多樣，較好地適應工程
需要
產(chǎn)品展示
手工繪制軸測圖、渲染
圖、效率十分低下
線條清晰的設計圖紙，但
缺乏立體感和光照效果
三維模型、動畫演示產(chǎn)品動作過
程，生動直觀
其他因素
借助模板繪圖
提供公差標注等工程支持
廣泛地支持工程應用、支持數(shù)控
加工、仿真分析等
提供標準件與標準特征、支持設
計序列化和設計重用、提供對
PDM、并行工程等產(chǎn)品開發(fā)模式
的支持
車間小型
計算機
制造
機器人
直接數(shù)
適應性
控制
可編程邏輯
控制器
主計算機\
20、
大型計算機
數(shù)控NC
計算機
數(shù)控CNC
字控制
計算機
輔助制造
微處理器
柔性制造
系統(tǒng)
車間、工廠
CAM
CAD/CAM
柔性制
造單元
精簡指令集計算機
基于PC的CAD和CAM
手工制圖
二維計算機
輔助設計CAD
IBM個人
計算機
全面集成的
系統(tǒng)軟件
成組技術
零件
編碼
設計與制圖
計算機輔助
工藝規(guī)劃
物料需求規(guī)劃
計算機輔助
工程CAE
三維線
實體模型
制造資源規(guī)劃
計算機集成制造
計劃與圖標
1950
1960
21、
1970
1980
1990-2010
自動化時間線
框圖
概念化
產(chǎn)品設計組
評價
評價組
CAD系統(tǒng)綜合
分析組
分析CAE
·快速原型
·運動模型
·成本模型
生產(chǎn)工程CAPP
·計算機輔助工藝規(guī)劃
·制造物料清單
生產(chǎn)工程組
PDM系統(tǒng)
·設計物料清單
·加工圖
·2D模型
·3D模型
·實體模型
·其他文件
文檔建立
·產(chǎn)品圖
·產(chǎn)品文檔
·用戶信息
·質量屬性分析
·有限元分析
·裝配干涉
制造工程CAM
·工具設計
·機器編程
22、
制造工程組
·網(wǎng)絡信息
文檔開發(fā)組
企業(yè)中設計與制造要素的CAD集成
第1部分 CAD技術概述
CAD
integrates the design process and processes used in
production and manufacturing engineering.
Six Teams:
product design, analysis, evaluation, documentation
development, production engineering, manufacturing
engineering
合肥工業(yè)大學精品課程
23、
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD/CAE
CAM
人
參考·檢索
幾何建模
分析·模擬
圖面、規(guī)格、
零件樣品、各
種模型
數(shù)據(jù)庫
工藝設計
NC編程
機器人編程
自動化工廠
自動繪圖
CAD/CAE/CAM集成
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
初
幾
分
詳
幾
分
生
工
N
機
生
產(chǎn)
步
何
析
細
何
析
制
產(chǎn)
藝
C
24、
器
產(chǎn)
加
裝
檢
設
建
模
設
建
模
圖
準
設
編
人
制
工
配
查
品
計
模
擬
計
模
擬
備
計
程
編
造
程
CAD CAE
CAD CAE CAD
CAD/CAE/CAM
廣義CAD
CAM
廣義CAM
CAD/CAE/CAM的范圍
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
1.3 CAD系統(tǒng)
用戶
應
用
圖
形
軟
件
支
撐
CAD
25、軟
件
操作系統(tǒng)
計算機硬件
及外圍設備
言
程
序
設
計
語
其
他
應
用
軟
件
CAD系統(tǒng)的組成
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
字母數(shù)字鍵盤
計算機
顯示器
（顯示屏）
功能鍵盤
中央處理器
圖形輸入板
繪圖儀
設計
或制
圖人
員
手持
游標器
繪圖儀
菜單
磁盤驅動器
打印機
光標控制
·操縱桿
存儲媒體
·光筆
·鼠標
·跟蹤球
CAD硬件系統(tǒng)結構圖
合肥工業(yè)大學精品課程
機
26、械CAD
第1部分 CAD技術概述
搬運機械
操縱桿
光筆
NC機床
機器人
自動測試裝置
繪圖儀
圖形終端
計算機
數(shù)字化儀
鼠標
（主機）
打印機
鍵盤
字符終端
CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
硬盤機、磁帶機
第1部分 CAD技術概述
CAD系統(tǒng)的三層結構
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
公司名稱
高端CAD
中端CAD
低端CAD (二維)
Dassaul
27、t System
CATIA
SolidWorks
EDS
UG、IDEAS
SolidEdge
PTC
Pro/Engineer
Pro/Desktop
Autodesk
Inventor、MDT
AutoCAD
第1部分 CAD技術概述
Pro/ENGINEER
40%
其他
17%
Solid Edge
4%
Euclid
6%
CATIA
11%
Unigraphics
8%
Solid Works
9%
各品牌的尺寸驅動實體模型系統(tǒng)的銷售情況
（共430 000個系統(tǒng)）
合肥工業(yè)大學精
28、品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
其他
16%
Solid Edge
3%
Pro/ENGINEER
22%
Euclid/Strim
5%
Solid Works
5%
CADDS
7%
Autodesk
Mechanical
Desktop
Unigraphics
8%
各品牌的3D機械設計軟件的銷售情況
（共750 000個系統(tǒng)）
合肥工業(yè)大學精品課程
CATIA
15%
機械CAD
19%
第1部分 CAD技術概述
1.4 CAD技術在機械工業(yè)中的應用
合肥工業(yè)大學精品課程
機
29、械CAD
第1部分 CAD技術概述
其它
14.60%
機械
36.40%
航空
19.10%
電力 2.80%
電子
27.10%
美國CAD/CAM的市場情況
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD技術在機械工業(yè)中的主要應用有以下幾方面：
（1）二維繪圖
（2）圖形及符號庫
（3）參數(shù)化設計
（4）三維造型
（5）工程分析：常見的有有限元分析、優(yōu)化設計、
運動學及動力學分析等。
（6）設計文檔或生成報表。
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
采用CAD
30、技術會帶來以下好處：
（1）減少手工繪圖時間，提高繪圖效率。
（2）提高分析計算速度，解決復雜計算問題。
（3）便于修改設計。
（4）促進設計工作的規(guī)范化、系列化和標準化。
總之，采用CAD技術確實能夠提高設計質量、縮短設計周期、
降低設計成本，從而加快了產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，使企業(yè)保持良好
的競爭能力。
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
Reduce the lead time for new product introduction
Products can be tested more quickly
Costly mist
31、akes in design or production can be avoided
Documentation can be printed in time and the time to
manufacture can be reduced
various forms for multiple users
The quality of designs and the products manufactured from
them is improved
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
非圓齒輪的數(shù)控加工
合肥工業(yè)大學精品課程
32、
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
螺旋轉子的CAD/CAM和數(shù)控加工
第1部分 CAD技術概述
逆向工程應用與曲面造型
3維激光掃描儀
生成的曲面
掃描獲取的
點云數(shù)據(jù)
實物
生成的曲面實體
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
測量
葉輪成品
毛坯與夾具
五軸聯(lián)動數(shù)
控加工中心
加工實況
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
螺旋葉輪的CAD模型
葉輪刀具軌跡
33、規(guī)劃
葉輪加工所用的夾具設計
螺旋葉輪的CAD/CAM與加工仿真
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
數(shù)控彎管機整機運動仿真
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
CAD技術應用
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
1.5
CAD技術發(fā)展趨勢
1．CAD系統(tǒng)應用面向產(chǎn)品的整個生命周期
2．CAD系統(tǒng)應充分考慮產(chǎn)品信息的繼承性
3．CAD系統(tǒng)應滿足并行設計的要求
4．CAD系統(tǒng)與產(chǎn)品信息標準化相結合
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
1.5
CAD技術發(fā)展趨勢
5．產(chǎn)品模型的可轉換性特別是二維和三維產(chǎn)品模型間的
互相轉換可滿足不同的需要
6．面向全球的產(chǎn)品信息編碼系統(tǒng)
7．軟件系統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性
8．智能化
9．虛擬現(xiàn)實技術
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
第1部分 CAD技術概述
合肥工業(yè)大學精品課程
機械CAD
機械CAD及CAD技術概述
