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CAD论文
计算机辅助设计在生产中的应用
摘要
计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,简称CAD。
在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。
在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。
随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计CAD（ComputerAidedDesign）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在机械生产中的应用等方面阐述了其在机械设计中的显着优势，并对目前国内企业机械产品开发过程三维CAD系统应用现状和存在问题进行了分析。
从产品开发的实际需求和产品特点与软件功能出发，对企业应用三维CAD过程提出了改进方案，最后介绍了三维CAD技术发展的趋势。
1绪论
1.1课题背景及目的
计算机的发展及应用，使人们的生活日新月异。
计算机辅助设计源于计算机图形技术的产生，计算机辅助设计的研究构想发端于1950年，但最早记录是在1963年，美国麻省理工学院的研究人员伊凡?
苏泽兰在美国计算机联合会会议上发表了名为《画板》的论文，从而开始了计算机辅助设计的发展历程。
他从1950年开始着手开发通过图形技术来处理人与电脑交互对话的操作系统。
1963年这套以电脑主机、显示屏、光电笔和键盘为工具的图形画线系统得到实现。
这套图形画线系统开发和引进了许多计算机绘图的基本思想和技术，使用户可以运用电脑画出直线、复杂曲线以及简单的标准部件。
最初CAD被解释为“计算机辅助绘图”，由于当时计算机在设计上的作用是替代传统手工绘图的一种新工具，但随着后来信息技术的飞速发展，计算机技术在各领域的广泛应用，CAD的含义也在不断变化扩展，随着20世纪70年代像素的产生、80年代三维曲面造型系统的开发等，使电脑绘图从只能用“线”这一基本绘制元素发展到可以用点、面、体进行绘制计算机图形，从而使CAD的含义也发展成现在人们比较熟知的计算机辅助设计这个概念了。
我国的计算机辅助设计起源于20世纪70年代。
与国外计算机辅助设计发展的轨迹相似，国内计算机辅助设计的研究与应用基本上是从各高等院校发展起来的。
20世纪90年代初，随着我国现代化进程的迅速发展以及计算机的进一步普及，在环境艺术设计和创作领域，计算机技术应用的价值，逐渐得到人们的重视。
1.2概论
开始于上世纪50年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到70年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、数据管理于一体的智能CAD技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。
在今天，CAD技术越来越广泛的用于生产中。
那么，CAD技术究竟有怎样的优势，它又是如何在生产中起到积极作用的，而它的发展趋势又是怎样的呢，本文稍后将对以上问题进行浅谈。
2CAD技术的认识与使用
2.1CAD简介
计算机辅助设计是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。
自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。
现已将计算机辅助制造技术（ComputerAidedManufacturing，CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement，PDM）及计算机集成制造系统（ComputerIntegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一体。
产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。
目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）（IntelligentCAD）。
21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。
以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。
这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。
该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。
三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。
三维CAD技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。
我国CAD技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维CAD技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。
有相当一部分CAD应用较早的企业已完成了从二维CAD向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。
随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力的关键。
2.2用CAD技巧绘出图形
画椭圆弧
画椭圆弧的关键是先画一个完整的椭圆，然后移动光标删除椭圆的一部分。
留下需要的椭圆弧。
首先，键入ELLIPSE或选择Ellipse图标。
选项如下：
Arc/Center/:
键入：
Arc<回车>
用任意方法画一个椭圆。
然后提示输入所需弧段信息：
响应：
Parameter/
键入：
0或选定屏幕上代表角度起点的点。
始角（startangle）定义为弧的始点。
响应：
Parameter/Included/：
选定定义弧长的终角（endangle）。
也可以键入I，然后键入包角。
包角自始角开始量度，不是从0开始
画多边形
画多边形总是可以用普通线或多义线来画，但AutoCAD有一个POLYGON命令。
当键入POLYGON时，首先要求输入边数，接下去选择中心或边长。
如果选取一点，则被认为是中心。
还有两个额外选项：
对于一个虚圆，多边形可以是内接的，也可以是外切的。
如果选择边长而不是中心，则须输入多边形边的起点和终点。
然后多边形逆时针构造。
键入：
POLYGON<回车>（或从Draw工具栏中选择。
）
响应：
Numberofsides:
键入：
5<回车>
响应：
Edge/:
选取一点。
响应：
Inscribedincircle/Circumscribedaboutcircle（I/C）:
键入：
I<回车>
响应：
Radiusofcircle:
选取一点或键入多边形圆心到圆的半径。
这样构造多边形有一点值得注意：
这些多边形都可以看成独立的、封闭的多义线。
AutoCAD并不管它们最初是如何建立的。
如果打散一个多边形，它就会成为独立的线。
如何以等轴方式画图
从R10开始，以等轴方式画图通常并不是画等结构的首选方法。
尽管AutoCAD有等轴功能，但如果是R10或更高版本，则将使用3D功能构造模型，然后键入DVIEW或VPOINTS以等轴方式观察设计。
AutoCAD的等轴功能以SNAP命令访问，其子选项Style控制等轴方式，在此选项下可选择标准方式或等轴方式。
一旦进入等轴方式，Ctrl+E将激活顶面、右面或左面。
一经获取正确的平面，即可画对象了。
3D功能和等轴捕捉方式的差别是3D产生的真实尺寸的模型，而等轴捕捉方式扭曲了实体，其实实体并不是看到的样子。
平滑的技巧
这是一条使用SKETCH命令技巧。
如果画一条非常平滑的曲线，可键入SKETCH描画曲面的轮廓，这样会产生比想预想的手画更多的顶点。
画完后，再用PEDIT把SKETCH对象转换成单个多义线，即把第一个对象转换成多义线，然后用窗口罩住曲线，将它与其他对象联接起来。
线转换并联接后即可键入SPLINE或FITCURVE平滑它们。
警告：
尽量少用SKETCH，它的存储量太大。
恢复一个已被删除的对象
恢复一个已被删除的对象的最容易也最有效的方法是用OOPS命令，该命令将最近删除的选择集合恢复过来。
注意，OOPS恢复的是整个选择集合，而不仅是最后一个删除的对象。
另外，OOPS仅恢复最后删除的组，如果想恢复更多的步骤,OOPS是做不到的。
如果需要恢复多外选择集合中的对象，可以用UNDO命令，但是，这样做会带来一些其他的风险，比如图中画好的一些内容可能会改变。
使用UNDO命令的唯一问题是，虽然可以撤销过去发出的任意多外命令，但是，如果撤销的都ERASE命令，则UNDO的结果是正常的，而如果在撤销的ERASE命令，则UNDO的结果是正常的，而如果在撤销的ERASE命令之间有其他的命令，那么就会有丢失这些命令的结果。
把多个对象排列成圆环形
在早期的AutoCAD版本中，该命令叫做CircularARRAY，而现在成为PolarARRAY。
键入ARRAY，然后选择对象并确认后，将被问及选择矩形阵列还是极地形阵列键入P则为极地形阵列，然后选择该阵列的中心点，对象会围绕该中心生成阵列。
然后，又会被问及三个问题：
（1）阵列中的项数；
（2）填充角度；（3）阵列中各项之间的角度。
必须回答其中任意两个问题。
首先看看第一个问题一阵列中的项数。
AutoCAD需要知道完成的阵列中有多少项（包括复制的那一个）。
如果不想回答这个问题，按回车或空格键。
下一个问题是填充角度，也就是想让对象围绕着圆排列多远。
输入正数则按顺时针排列，输入负数则按逆时针排列，按回车键则表示缺省值360度。
AutoCAD知道用阵列中的项数填充360度必需的距离。
如果不想回答这个问题，输入0表示填充角为0。
第三个问题是阵列中各项间的角度。
如果输入正数，阵列按顺时针排列；输入负数则按逆时针排列。
AutoCAD测量从阵列的中心点到由该对象结构所决定的一个任意的参照点之间的距离。
最后的选项是当复制对象时，它们是否旋转。
输入Y表示旋转，N表示不旋转。
键入：
ARRAY<回车>（或从Modify工具栏选。
）
响应：
SelectObjects:
选择要复制的对象，并确认。
响应：
RectangularorPolararray（R/P）
键入：
P<回车>。
响应：
Centerpointofarray:
拾取阵列转绕其旋转的中心点。
响应：
Numberofitems:
键入：
10<回车>
响应：
Angletofill（+=ccw,-=cw）<360>:
键入：
<回车>
响应：
Rotateobjectsastheyarecopied?
:
键入：
<回车>
围绕着中心点生成10个旋转对象。
使对象放大或缩小
用SCALE命令可改变对象的大小。
首先，键入SCALE，当出现提示符时，选择要调节的对象。
然后在该对象的任何一个位置上选择一个基冷点，如果选择了比例因子，对象的缩小，就用小于1的因子，比如0.5，这样，对象就缩小了一倍。
选项Reference是最有趣的一个先项。
如果选择Reference，可以在一个新的长度之后，输入任意长度。
例如，如果把一个对象放大百分之三百，可以输入比例因子3。
但是如果要把长度人2.79改为4怎么办呢？
可以用计算器算一下，然而用Reference选项容易得多。
参照长度2.97是旧的长度，4是新长度。
AutoCAD能够自动地调整比例因子。
请记住，SCALE命令将真正永久地改变对象的大小，所以，当在一幅图中用不同的比例画多个对象时，这个命令最合适。
换句话说，如果只是在输出到绘图机时再用不同的比例，那么最好在PLOT命令中用Scale选项。
键入：
SCALE<回车>（或从Modify工具栏选）
响应：
Selectobjects:
选择要调整大小的对象。
响应：
Basepoint:
在对象选择一个点。
响应：
/Reference:
键入：
25<回车>
该对象被缩小为原来的四分之一。
通过Grips对话框可以用Grips改变对象的大小。
键入DDGRIPS或从Options下拉菜单选择Grips…可以显示该对话框。
使用相对位移的COPY或MOVE命令
在使用COPY或MOVE命令时，有一种方便快捷的方法复制或移动对象，这就是使用相对位移，而不心先给一个基准点，另外再给出位移。
假定要把一个对象向右移动4厘米，向上称动2厘米：
键入：
MOVE<回车>（或从Modify工具栏选）
响应：
Selectobjects:
选择对象并确认。
响应：
Basepointordisplacement:
键入：
4，2<回车>。
（注意，这是位移）
响应：
Secondpointofdisplacement:
键入：
<回车>。
当在第二点按回车时，AutoCAD把第一点当作相对位移来处理，而不把它当作绝对坐标。
层块处理技巧
取消层
取消层并不容易，不是一条命令所能及的。
首先应明确要作的事情：
不显示某层？
消除层上的所有对象？
要删除整个层，以后如果再需要用，就得重建？
让我们一项项来讨论。
如果只是不想显示该层，用LAYER命令的FREEZE中OFF子命令即可。
或者，可以在层的下拉式列表框（在ObjectProperties工具栏）中单击箭头，使该层呈现太阳图标。
（1）如果要删除层上的对象，按下列过程操作。
首先，转到删除的层上，之后冻结所有其他的层。
也可以激活如图4－2所示的LayerControl对话框，单击SelectAll，再单击Frz。
键入：
LAYER<回车>
响应：
?
/Make/Set/New/ON/OFF/Color/Ltype/Freeze/Thaw:
键入：
FREEZE<回车>
响应：
Layername（s）tofreeze:
键入：
*<回车>
键入：
<回车>（结束LAYER命令）
键入"*"，表示冻结图中的所有层，而AutoCAD不允许冻结当前层，这就是在命令开始前首先转到该层的用意。
（2）现在用ERASE命令，围绕屏幕上的所有对象开一个交叉窗。
如果不能看到所有的对象，用ZOOM功能的.5因子，将图中所有对象置于屏幕中央。
这时删除就非常容易。
用ZOOMPrevious命令可以回到原来的地方，最后一步是解冻那些冻结的层。
键入：
LAYER<回车>
响应：
?
/Make/Set/New/ON/OFF/Color/Ltype/Freeze/Thaw:
键入：
T<回车>
响应：
Layername（s）toThaw:
键入：
*<回车>
键入：
<回车>（结束LAYER命令）
第三种可能是要完全删除层。
首先要按上述过程删除层上所有的对象。
（3）用户可以用PURGE命令清除未用的层，其中的一个选项便是Layers。
它依次进入没有对象的层，并询问用户是否将它删除。
回答Y，就会删除该层。
使线型正确显示
有时线型明明是虚线，却显示为连续线，很让人感到迷惑。
造成这种现象可能有几种原因。
可能由于VIEWRES影响了比例（通过图的重新生成可消除），或是LTSCALE设置有错。
或是两个原因均有。
LTSCALE控制着线型的比例。
比例增加，则屏幕上和最终绘图输出时的线或点间的物理距离增加。
PSLTSCALE是一个系统变量，如果设有0，允许总体的LTSCALE对等控制各个图纸空间视窗。
如果PSLTSCALE设为1，则不管用户是否使用缩放视图，图纸空间视窗将正确反映线型比例。
预设置原型图中的层
当用户开发自已使用AutoCAD的方法时，会将此技巧作为自已的标准操作过程。
例如，用户可能发现自已总是使用22个标准层，其中设置了特定的颜色和线型，可经将这些层放在一个原型图中，如ACAD.DWG，这样无论如何开始一幅新图，这些项都会设置好，以备使用。
透明层
无论何时定义块，它都会永久保持创建时所在层的特性。
如果块中的对象在多个层上，将保持原始层的颜色及线型。
这一点很有用---无论何时插入块，它都具有生成该块的层的颜色和线型。
但有时，希望插入的块的特性与被插入层一样，这也可能。
第0层是透明层，这意味着，在0层创建的块不带有层的特性，而是与插入所在的层的特性相同。
将属性作为块的一部分
属性通常应该是块的一部分，因为它就是在块插入时才取得数值。
在创建块时，请同时创建属性。
当使一项成为块时，确认它包含了属性标签。
如果某块已经存在，并且需要为它赋加属性，首先应在图中的任何部位插入它，解体此块，使用ATTDEF命令来创建属性。
然后重新组成此块并回答Y来应答是否要重新定义此块。
请注意一点：
只有重新定义块才会有属性。
单位块
有时将块的尺寸创建一个单位，而在插入时再确定其比例。
采用这种方法就无需创建各种可能尺寸的块，其缺点是若X和Y比例因子不同，则以后无法拆散比块。
如果需要许多不同尺寸的块，可以考虑写出一个AutoCAD程度使它参数化，即先询问对象的尺寸并据此创建该对象。
文本及注释技巧
将文本限定在一定范围内
有两种方法可以保证将文本限定在定义的范围内：
使用Align或Fit选项。
但应清楚它们之间的区别。
使用Align时，会被问及开始点和结束点。
AutoCAD会通过整文本的高度将文本强制在定义范围内。
显然，定义范围内的文本越多就会越小。
使用Fit时，同样会被问及开始点和结束点。
AutoCAD会通过调整字符的宽度将文本强制在定义范围内，而字符的高度不变。
因此，定义范围内的文本越多，看起来就越拥挤。
键入：
DTEXT<回车>（或者从Draw工具栏中选取）
响应：
Justify/Style/:
键入：
A<回车>
响应：
Startpoint
选取开始点。
响应：
Endpoint
选取结束点。
响应：
Text：
键入文本。
它会变小，被限制在两点之间，其高度会被调整。
垂直书写文本
这是文本样式的属性之一。
当问到此问题时，回答“Y”。
从Data下拉菜单中选择TextStyle。
键入：
STYLE<回车>
响应：
Textstylename（or?
）:
键入：
R25<回车>（这是样式名。
）
响应：
Newstyle:
Fontfile:
屏幕上出现文件对话框。
可以选取需要的字体文件并继续，或者单击Typeit按钮，从命令行键入文本文件名。
键入：
ROMANT<回车>（这是AutoCAD字体名。
）
响应：
Height:
键入：
<回车>
响应：
Widthfactor:
键入：
<回车>
响应：
Obliquingangle:
键入：
<回车>
响应：
Backwards?
键入：
<回车>
响应：
Upside-down？
键入：
<回车>
响应：
Vertical?
键入：
Y<回车>
测量曲线围成的区域或不规则区域的面积
曲线区域是个特殊的挑战。
可以沿曲线用ObjectSnap选择多个点，但这样做得到的结果不够精确。
另一个方法是，如果要测量的区域完全被单个对象包围，则可以选择取AREA命令的Object选项。
如果该区域不是单个对象，那么最好用PEDIT命令将它变成一个对象。
当指向图中的单线时，AutoCAD会提示用户它不是多义线，并询问是否应将它变为多义线。
回答Y，然后用Join子命令将它与其他对象连接起来，创建单个对象。
完成后，就可以使用AREA命令的Object选项。
当该区域被确认后，可以使用EXPLODE命令将这些对象拆散回原来的状态。
另一个方法是使用REGION命令选取各个对象，它们将会变成一个对象。
其它步骤与多义线连接方法相同。
最后也可以用EXPLODE命令将该区域拆散回原来状态。
键入：
AREA<回车>（或者从ObjectProperties工具栏中选择。
）
响应：
/Object/Add/Subtract:
键入：
0<回车>
响应：
Selectcircleorpolyline:
选择相连的多义线或区域。
然后AutoCAD会给出该区域的面积。
2.3三维CAD的优势
首先CAD技术以实用的零件实体建模优势和简便的产品造型修改和实体装配图的生成被用在机械设计的多个方面设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。
对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。
为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。
对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。
企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。
三维CAD可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。
三维CAD在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这些参数是与产品的造型直接关联的。
若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。
这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。
实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。
在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。
此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。
装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的尺寸。
方便设计师修改产品设计尺寸。
另外随着技术发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从普通机床逐步到数控机床和加工中心，模具激光快速成型技术（RPM）等，几乎应用到整个制造行业。
这些数控加工装备基本都具有与各三维设计软件的接口。
当产品模型在三维CAD软件中完成后，再由CAD软件模拟出加工刀具路径，随后生成数控语言，通过接口输入数控设备中，再由数控设备按照模拟出的加工路径加工产品。
3计算机辅助设计在生产中的应用
3.1计算机辅助设计应用于生产的优势
作为一项被世界各国广泛应用的计算机技术，CAD技术是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，也是衡量一个企业技术水平的重要标志。
利用计算机实现生产设计和生产，是降低成本提高工程设计中的精确强度，加强竞争与夺标能力的有力手段。
计算机绘图是建立起某种模式和方法，使计算机领会人的意图，进行科学分析和计算，作出判断和选择，最后输出满意的设计结果和生产图纸。
它是设计者向系统输人根据设计要求建立起来的数学模型和设计参数，让计算机去检查有关的资料，并根据相应的公式和标准规范进行计算机优化、显示出设计结果。
其还可以在屏幕上对设计结果进行放、缩、旋转、平移等变换。
如果用户不满意，可以对设计图形作出修改、剪裁、拼接等处理，直到获得满意的结果，最后由绘图机输出图样。
功能和很高的数学精度，其有效位数已完全能够满足工程测量中的需要。
在工作期间。
可将所有图纸、所有工程量表格及文档进行分类，其重点是对图纸文件利用AutoCAD进行总图的绘制，在以后的工作中，就可以在总图上进行查找，它将更好的减轻测量人员的外业劳动强度，更好地提高测景
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