第1章 CAD理论基础及应用第一次课.docx

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第1章CAD理论基础及应用第一次课

《计算机辅助机械工程》

引言

一、课程性质

限选课：

“计算机辅助机械工程”—MCAE课程的范畴。

二、课程成绩

考试成绩：

一是平时成绩（上机作业＋平时点名；）

二是课程考试（基础性、知识性、思路性的考试）。

成绩比例分配大约平时占60%，考试占40%。

三、讲课内容

本课程包括两大内容：

CAD理论基础部分和计算机辅助机械工程的几个实用高级软件。

包括三种软件：

（AutoCAD2005大家已学习本次课程不讲）；

Pro/Engineer（高级设计制造软件）；

Pro/EngineerCAM技术（数控加工）；

ANSYS有限元分析软件；

【ADAMS；】机构动态仿真分析

学习重点：

Pro/E（正版20.0版）和ANSYS软件（正版5.4版）。

四、学习方法

课堂教学为主：

软件的使用基本方法、思路；使用技巧和实际应用。

上机实践为副：

掌握基本功能的操作，有清晰的解决实际问题思路。

Pro/E参考书：

《Pro/Engineer2000i零件造型使用教程》，钟建林主编，机械工业出版社，38元。

本书较好，内容丰富全面，价格适宜，其他书很贵。

ADAMS参考书：

《虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践》，西北工大。

原始课程大纲：

机械设计虚拟样机技术；机械工程分析技术；机械设备动画仿真技术；机械产品的反求工程技术

第1章CAD理论基础及应用（知识性内容）

§1.1CAD系统的概述

CAD是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新技术，是先进制造技术的重要组成部分。

一、MCAE（计算机辅助机械工程）概述

MCAE—ComputerAidedMechanicalEngineering计算机辅助机械工程

中国石油大学，将“计算机辅助机械工程基础”作为机械电子硕士生学位课。

主要内容：

CAD基础知识；Pro/Engineer；ANSYS；【ADAMS；】

（一）计算机辅助机械工程内容

计算机辅助机械工程是一新兴学科，也是机械系统辅助工程。

它包括:

计算机辅助设计、计算机辅助绘图、计算机辅助制造、计算机辅助工艺设计、有限元结构分析、机构动态分析、反求技术等。

1.CAD的内函

CAD是先进制造技术的重要组成部分；

CAD技术的开发与应用水平，是衡量一个国家制造业现代化程度的重要标志之一；

CAD也是计算机集成制造系统（CIMS：

设计、分析、加工工艺、制造一个集成体系）的一项核心技术。

（1）CAD字面两种含义

★CAD—ComputerAidedDesign计算机辅助设计

内含丰富：

包括设计理论基础、造型（绘图）、分析等。

★CAD—ComputerAidedDrawing计算机辅助绘图

Drafting（草图）

★通常所说的CAD软件大多指的是计算机辅助绘图软件。

（2）代表软件

AutoCAD（美国Autodesk公司开发的作图软件包）；

Pro/Engineer（美国PTC参数公司）（专门重点学习）；

CAXA-CAD/CAM北航海尔软件公司，是北航大、海尔、美国C-MOLD三家联手开发的CAD软件。

Solidworks；

Solidedge；

开目KMCAD，国产二维CAD。

（3）我国CAD软件

大多国产CAD软件都以AutoCAD为平台所开发的软件。

（4）应用ACAD软件的技术与经验

在我们应用CAD技术中积累丰富经验，并做了很多开发应用工作。

如下：

（AutoCAD开放性CAD软件）

①加入用户菜单

便于从菜单中插入内容，编辑ACAD.MNS主菜单原文件，此文件为ASCII文件，根据格式添加“命令”、“单击”、“注释”。

ACAD.MNS文件在ACAD\SUPPORT子区下。

文件中，＊＊＊POP0～＊＊＊POP10为下拉菜单项。

格式实例：

***POP1（下拉菜单区，＊＊＊为主区域）

**FILE（＊＊为副区域）

ID_MnFile[&File]（文件下拉菜单）

ID_New[&New...Ctrl+N]^C^C_new

ID_Open[&Open...Ctrl+O]^C^C_open

[--]

ID_Save[&SaveCtrl+S]^C^C_qsave

ID_Saveas[Save&As...]^C^C_saveas

ID_Export[&Export...]^C^C_export

[--]

ID_Config[P&rinterSetup...]^C^C_config

ID_Preview[PrintPre&view]^C^C_preview

ID_Print[&Print...Ctrl+P]^C^C_plot

[--]

最前面以“ID_功能名称”来表示。

“ID开头是身份注解，如ID_NEW。

identity

“[]”方括号内容是菜单功能名称和使用的快捷键；

“&”表示随后的字符画上底线，表示Ctrl+该字符，快捷执行命令。

^C^C：

中断当前执行命令，执行后续命令。

最后为执行命令，点击菜单执行后面内部命令。

ACAD.MUN主菜单样本文件（ASCII文件），其中包括ACAD.MNS的内容。

ACAD.MNC是由ACAD.MNS经编译成的可执行的菜单文件。

MENU命令：

装入ACAD.MNS的菜单文件命令。

MENULOAD命令：

装入执行菜单文件命令。

②用户样板图形处理（作图环境处理）：

在用户样板图形中设置应用线性、标注参数技术、图层及内容。

几个主要标注技术参数：

★★尺寸变量设置

★DIMTIH尺寸文字方向

尺寸文字永远水平；OFF随尺寸方向变，应设OFF。

★DIMTAD尺寸文字位置

文字在尺寸线中间；ON文字在尺寸线上，应设为ON。

R14、ACAD2000版本“0”文字在尺寸中间，“1”文字在尺寸线上。

★DIMZIN:

去迁到零为4；去掉小数尾零，设为8；去前导和尾零为12。

★★文字镜射不反写设定

用SETVAR→MIRRTXT→〈1〉文字反象；0文字保持原样（应设）。

③属性块应用

将常用的机械符号做成参数可变的有属性图形块。

【★★概念：

给块加上属性功能，用来标记块的特征，属性内容为块的一部分存于块中。

所谓属性就是块中可变的不固定的东西使它作为块的属性。

例，粗糙度符号不变，数值可变将值定义为块的属性，插入块时输入变值。

★★属性定义：

★先作块固定部分，即图形；

★用ATTDEF命令定义属性（下拉菜单中DRAW→BLOCK→DefineAttribute、屏幕菜单Draw2→Ddattdef选出现对话框）：

▲tag（标签）—属性代表符号；

▲prompt—属性提示，供插入时提示，例，输入粗糙度；

▲给缺省值；

▲书写文字

★★定义块（用BLOCK）和写块（WBLOCK）（包括属性）

④LISP程序

AutoCAD存在许多缺陷，例细实线圆、多义线逐条编辑等，为克服CAD中缺点开发有效应用的LISP程序，同CAD命令一样随便调用，尤其将WORD文字插入图形界面中是当时新举措。

AutoLISP是AutoCAD内部使用的LISP语言。

它是一种表语言（程序行均用括号括起来），程序的运行可在AutoCAD中作为一条命令执行。

⑤图形交换接口技术

与各种软件的图形交换，只要弄清输出与输入格式对等即可。

★★扫描图形转换成CAD格式。

转换成功但转换后的直线成为多段错位线，效果不理想，直线段成为多条折线段。

★AutoCAD可接受的扫描图文件格式：

＊.TIF（或tiff）—TagImageFileFormat；

＊.PCX（Word也可直接调用，占空间小。

）；

＊.GIF（graphicsInterchangeformat图形交换格式），（Word也可直接调用）；

AutoCAD可插入扫描图新格式有：

★扫描图传送到ACAD应用思路：

***经扫描获取选定格式的扫描光栅图形。

***在ACAD中插入光栅。

Insert→RasterImage，

★★首次应用CAD划分有限元网格应用到SAP91中。

将带有网格的CAD图形转换成DXF图形交换格式的图形文件，将ASCII格式的DXF图形文件作为程序可读取的数据文件，程序读数网格节点坐标（用行读取命令读取，截取有用的坐标值部分。

），很少有人考虑这样做。

【早期的有限元分析手工划分网格，统计节点坐标，用CAD划分的单元接点图转换成DXF，其中含有格线交叉点的坐标，有限元分析中人工生成的数据文件，需要这些坐标值。

节点的坐标值获取用高级程序的行读命令得到。

】

★★利用CAD三维造型绘制3DMAX所需的动画图优越无比。

用ACAD中的VPOINT视点，投影方便，绘制图形准确。

★★利用AutoCAD实体造型生成层叠块状实体，由DXF格式存入，然后SAP91程序接收实体块状有限元结构图。

⑥CAD中进行编辑幻灯片：

插入图块要使之显示图形图标，必须使用幻灯技术由用户自己开发。

即点击插入命令，出现图形可视对话框。

⑦简命令处理文件：

编辑ACAD.PGP文件，在ACAD\SUPPORT子区下。

简命令格式实例，从ACAD.PGP文件中截选部分常用的简命令。

现在版本简命令内容齐全，不需要自己编写，但需要了解其内核。

用简命令作图快，我们一直有使用简命令的习惯。

A,*ARC

AA,*AREA

AL,*ALIGN

AR,*ARRAY

AT,*DDATTDEF

B,*BLOCK

BH,*BHATCH

BR,*BREAK

C,*CIRCLE

CH,*DDCHPROP

CO,*COPY

D,*DDIM

DI,*DIST

DO,*DONUT

DT,*DTEXT

E,*ERASE

ED,*DDEDIT

EX,*EXTEND

EXIT,*QUIT

EXP,*EXPORT

F,*FILLET

G,*GROUP

H,*BHATCH

-H,*HATCH

HI,*HIDE

I,*DDINSERT

-I,*INSERT

L,*LINE

LA,*LAYER

LI,*LIST

LS,*LIST

LT,*LINETYPE

LTS,*LTSCALE

M,*MOVE

MI,*MIRROR

ML,*MLINE

MT,*MTEXT

O,*OFFSET

P,*PAN

PE,*PEDIT

PL,*PLINE

PO,*POINT

PU,*PURGE

R,*REDRAW

RE,*REGEN

RO,*ROTATE

S,*STRETCH

SC,*SCALE

SN,*SNAP

ST,*STYLE

T,*MTEXT

TR,*TRIM

X,*EXPLODE

Z,*ZOOM07-↑1-2

2.CAE—ComputerAidedEngineering计算机辅助工程分析

代表软件：

★★紫瑞CAE（ZRCAE）国产自主版权傻瓜有限元软件。

紫瑞CAE“傻瓜”版软件是一个与三维CAD软件无缝连接的有限元分析软件，主要用于结构分析计算。

是国家科技部“九五”科技攻关专题《机械CAE系统产业化开发》项目中推出的具有自主版权的通用软件。

   紫瑞CAE“傻瓜”版软件是由郑州机械研究所、中科院计算数学与工程计算研究所、郑州紫瑞软件有限公司共同开发的商品化工程软件。

可进行装配级、多单元组合结构的线性、非线性静力、动力响应分析，模态分析，屈曲分析，稳态瞬态温度场及热应力分