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三维CAD

发布时间:2013-08-13 14:31:29

CAD即计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD),其概念和内涵正在不断地发展中。1972年10月,国际信息处理联合会(IFIP)在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义:CAD是一种技术,其中人与计算机结合为一个问题求解组,紧密配合,发挥各自所长,从而使其工作优于每一方,并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行设计、绘图、造型、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

三维CAD系统的核心是产品的三维模型。三维模型是在计算机中将产品的实际形状表示成为三维的模型,模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。计算机三维模型的描述经历了从线框模型、表面模型到实体模型的发展,所表达的几何体信息越来越完整和准确,能解决“设计”的范围越广。其中,线框模型只是用几何体的棱线表示几何体的外形,就如同用线架搭出的形状一样,模型中没有表面、体积等信息。表面模型是利用几何形状的外表面构造模型,就如同在线框模型上蒙了一层外皮,使几何形状具有了一定的轮廓,可以产生诸如阴影、消隐等效果,但模型中缺乏几何形状体积的概念,如同一个几何体的空壳。几何模型发展到实体模型阶段,封闭的几何表面构成了一定的体积,形成了几何形状的体的概念,如同在几何体的中间填充了一定的物质,使之具有了如重量、密度等特性,且可以检查两个几何体的碰撞和干涉等。由于三维CAD系统的模型包含了更多的实际结构特征,使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时,更能反映实际产品的构造或加工制造过程。

目前,三维CAD系统已经成为企业进行产品创新设计的主流工具。三维CAD系统已经从早期的实体造型,发展到特征造型和基于约束的造型。

现在国内外的三维CAD软件有:来自美国PTC公司ProE,美国UGS公司的UG和Solidedge,法国Dassault公司的CATIA和SolidWorks,Autodesk公司的Inventor,最近两年北航海尔开发的CAXA。
CAD系统广泛应用于机械、电子、汽车、航空航天、模具、仪表、轻工等制造行业。三维CAD系统在产品的零件造型、装配造型和焊接设计、模具设计、电极设计、钣金设计等方面提供了强大的功能,真实感显示、曲面造型的功能也已经很强大。

基于三维CAD系统,已经有很多CAE/CAM系统,支撑产品的设计/仿真和制造。

随着CAD基础理论和应用技术的不断发展,对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再仅仅满足于借助CAD系统来达到“甩图版”的目的。而是希望它能从本质上减轻大量简单烦琐的工作量,使他们能集中精力于那些富有创造性的高层次思维活动中。由于三维CAD系统具有可视化好、形象直观、设计效率高、以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺、制造信息等优势,使其取代传统的纯二维CAD系统已成为历史发展的必然。

通过对二维和三维CAD系统的分析,可以看到:三维CAD系统有较好的造型工具,能实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法,实现装配等复杂设计过程,使设计更加符合实际设计过程;随着零件复杂程度的增加,用三维造型系统来表达零件的难度远比用二维图形系统增加得快;三维造型系统能方便地与CAE系统相连,进行仿真分析;能提供数控加工所需的信息,实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。由于三维CAD系统有其自身巨大的优越性,随着计算机软硬件系统的发展,性能价格比的不断上升,这种优越性会越来越明显。

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