绪论 本章主要介绍CAD的基础知识及AutoCAD的发展历史和基本功能. 通过本章的学习,使学生了解CAD技术的内涵、发展过程及系统组成,熟悉AutoCAD软件的特点及主要功能. 本章学习目标 CAD基本概念、CAD技术发展历程及CAD系统组成. AutoCAD的发展历史及软件特点. AutoCAD的主要功能. CAD技术简介 计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD)是电子计算机技术应用于工程领域产品设计的新兴交叉技术.其定义为:CAD是计算机系统在工程和产品设计的整个过程中,为设计人员提供各种有效工具和手段,加速设计过程,优化设计结果,从而达到最佳设计效果的一种技术. 计算机辅助设计包含的内容很多,例如:概念设计、工程绘图、三维设计、优化设计、有限元分析、数控加工、计算机仿真、产品数据管理等.在工程设计中,许多繁重的工作,如复杂的数学和力学计算、多种方案的综合分析与比较、绘制工程图、整理生产信息等,均可借助计算机来完成.设计人员则可对处理的中间结果作出判断和修改,以便更有效地完成设计工作.一个好的计算机辅助设计系统要既能很好地利用计算机高速分析计算的能力,又能充分发挥人的创造性作用,即要找到人和计算机的最佳结合点. CAD技术发展历程 CAD技术起始于20世纪50年代后期,进入60年代,随着绘图在计算机屏幕上变为可行而开始迅猛发展.早期的CAD技术主要体现为二维计算机辅助绘图,人们借助此项技术来摆脱繁琐、费时的手工绘图.这种情况一直持续到70年代末,此后计算机辅助绘图作为CAD技术的一个分支而相对独立、平稳地发展.进入80年代以来,32位微机工作站和微型计算机的发展和普及,再加上功能强大的外围设备,如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世,极大地推动了CAD技术的发展.与此同时,CAD技术理论也经历了几次重大的创新,形成了曲面造型、实体造型、参数化设计及变量化设计等系统.CAD软件已做到设计与制造过程的集成,不仅可进行产品的设计计算和绘图,而且能实现自由曲面设计、工程造型、有限元分析、机构仿真、模具设计制造等各种工程应用.现在,CAD技术已全面进入实用化阶段,广泛服务于机械、建筑、电子、宇航、纺织等领域的产品总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等各环节. CAD系统组成 CAD系统由硬件和软件组成,要充分发挥CAD的作用,就要有高性能的硬件和功能强大的软件. 硬件是CAD系统的基础,由计算机及其外围设备组成.计算机分为大型机、工程工作站及高档微机.目前应用较多的是CAD工作站及微机系统.外围设备包括鼠标、键盘、数字化仪、扫描仪等输入设备和显示器、打印机、绘图仪等输出设备. 软件是CAD系统的核心,分为系统软件和应用软件.系统软件包括操作系统、计算机语言、网络通信软件、数据库管理软件等.应用软件包括CAD支撑软件和用户开发的CAD专用软件,如常用数学方法库、常规设计计算方法库、优化设计方法库、产品设计软件包、机械零件设计计算库等. 典型CAD软件 目前,CAD软件主要运行在工作站及微机平台上.工作站虽然性能优越,图形处理速度快,但价格却十分昂贵,这在一定程度上限制了CAD技术的推广.随着Pentium芯片和Windows系统的流行,以前只能运行在工作站上的著名CAD软件(如UG、CATIA、Pro/E等)现在也可以运行在微机上了. 20世纪80年代以来,国际上推出了一大批通用CAD集成软件,表1-1中给出了几个比较优秀、比较流行的商品化软件的情况. 表1-1 著名CAD软件情况介绍 软件名称 厂家 主要功能 Unigraphics(UG) UG软件起源于美国麦道飞机公司,于1991年加入世界上最大的软件公司EDS公司,随后以Unigraphics Solutions公司(简称UGS)运作.UGS是全球著名的CAD/CAE/CAM供应商,主要为汽车、航空航天、通用机械等领域CAD/CAE/CAM提供完整的解决方案.其主要的CAD产品是UG.美国通用汽车公司是UG软件的最大用户 基于UNIX和Windows操作系统 参数化和变量化建模技术相结合 全套工程分析、装配设计等强大功能 三维模型自动生成二维图档 曲面造型、数控加工等方面有一定的特色 在航空及汽车工业应用广泛 Pro/Engineer 美国PTC公司,1985年成立于波士顿,是全球CAD/CAE/CAM领域最具代表性的著名软件公司,同时也是世界第一大CAD/CAE/CAM软件公司 基于UNIX和Windows操作系统 基于特征的参数化建模 强大的装配设计 三维模型自动生成二维图档 曲面造型、数控加工编程 真正的全相关性,任何地方的修改都会自动反映到所有相关地方 有限元分析 SolidWorks 美国SolidWorks公司,成立于1993年,是全世界最早将三维参数化造型功能发展到微型计算机上的公司.该公司主要从事三维机械设计、工程分析及产品数据管理等软件的开发和营销 基于Windows平台 参数化造型 包含装配设计、零件设计、工程图和钣金等模块 图形界面友好,操作简便 AutoCAD Autodesk公司是世界第四大PC软件公司,成立于1982年.在CAD领域内,该公司拥有全球最多的用户量,它也是全球规模最大的基于PC平台的CAD、动画及可视化软件企业 基于Windows平台,是当今最流行的二维绘图软件 强大的二维绘图和编辑功能 三维实体造型 具有很强的定制和二次开发功能 AutoCAD的发展及特点 AutoCAD是美国Autodesk公司开发研制的一种通用计算机辅助设计软件包,它在设计、绘图和相互协作方面展示了强大的技术实力.由于其具有易于学习、使用方便、体系结构开放等优点,因而深受广大工程技术人员的喜爱. Autodesk公司在1982年推出了AutoCAD的第一个版本V1.0,随后经由V2.6、R9、R10、R12、R13、R14、R2000等典型版本,发展到目前最常用的AutoCAD 2002版.在这20多年的时间里,AutoCAD产品在不断适应计算机软硬件发展的同时,自身功能也日益增强且趋于完善.早期的版本只是绘制二维图的简单工具,画图过程也非常慢,但现在它已经集平面作图、三维造型、数据库管理、渲染着色、互联网等功能于一体,并提供了丰富的工具集.所有这些使用户能够轻松快捷地进行设计工作,还能方便地复用各种已有的数据,从而极大地提高了设计效率.如今,AutoCAD在机械、建筑、电子、纺织、地理、航空等领域得到了广泛的使用.AutoCAD在全世界150多个国家和地区广为流行,占据了近75(的国际CAD市场.此外,全球现有近千家AutoCAD授权培训中心,有近3000家独立的增值开发商,以及4000多种基于AutoCAD的各类专业应用软件.可以这样说,AutoCAD已经成为微机CAD系统的标准,而DWG格式文件已是工程设计人员交流思想的公共语言. AutoCAD与其他CAD产品相比,具有如下特点: 直观的用户界面、下拉菜单、图标、易于使用的对话框等. 丰富的二维绘图、编辑命令以及建模方式新颖的三维造型功能. 多样的绘图方式,可以通过交互方式绘图,也可通过编程自动绘图. 能够对光栅图像和矢量图形进行混合编辑. 产生具有照片真实感(Phone或Gourand光照模型)的着色,且渲染速度快、质量高. 多行文字编辑器与标准的Windows系统下的文字处理软件工作方式相同,并支持Windows系统的TrueType字体. 数据库操作方便且功能完善. 强大的文件兼容性,可以通过标准的或专用的数据格式与其他CAD、CAM系统交换数据. 提供了许多Internet工具,使用户可通过AutoCAD在Web上打开、插入或保存图形. 开放的体系结构,为其他开发商提供了多元化的开发工具. AutoCAD的基本功能 AutoCAD是当今最流行的二维绘图软件,以下介绍其基本功能. 平面绘图.能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象. 绘图辅助工具.AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具.正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线,对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点,而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易. 编辑图形.AutoCAD具有强大的编辑功能,可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等. 标注尺寸.可以创建多种类型尺寸,标注外观可以自行设定. 书写文字.能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字,可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性. 图层管理功能.图形对象都位于某一图层上,可设定图层颜色、线型、线宽等特性. 三维绘图.可创建3D实体及表面模型,能对实体本身进行编辑. 网络功能.可将图形在网络上发布,或是通过网络访问AutoCAD资源. 数据交换.AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令. 二次开发.AutoCAD允许用户定制菜单和工具栏,并能利用内嵌语言Autolisp、Visual Lisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发. 系统配置要求 CAD系统配置包括硬件和软件配置.要充分发挥AutoCAD 2002的功能,系统必须满足以下基本配置. Intel Pentium 233 或更高版本,也可是功能相当的其他兼容产品.若处理器性能过低,AutoCAD将运行得十分缓慢. 操作系统为Windows NT 4.0、Windows 2000、Windows 98、Windows Me等. 至少64 MB 内存,内存容量加大将提高AutoCAD的运行速度. 至少需要160 
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