第二章 CAD技术概论
（Computer Anded Desigh）
1.1 常规设计与CAD
一、常规设计过程特点：
图纸：它是企业领导决策、设计人员的设计思想描述、工艺师制定工艺规程以及工人的加工装配的必要工具。
各种技术文档资料需要妥善保管，便于设计人员的设计（借用和参阅）。
需要大量查阅技术文献和手册。
需要凭经验对重要设计方案进行理论分析和实验验证，实验开销大，有时无法进行。
结论：绘图和查阅资料占用设计人员大量时间，使其绝大部分时间没有用到创造性设计上。
二、CAD设计过程
(a) 常规设计 (b) CAD
三、CAD的功能优越性
1．CAD的功能角度1：几何建模、工程分析、评价仿真和自动绘图。
角度2：一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系统和工程数据库组成
2．CAD的优越性提高设计效率，缩短设计周期。
提高设计质量。
各部门信息交流迅速、可靠。
设计与分析工作模式的统一。
有利于产品的标准化、系列化和通用化。
1．2 CAD的发展概况一、CAD的发展过程
CAD的发展概况准备和酝酿阶段（50年代）
初步图形输出能力：图形显示器；滚筒式绘图机；平板绘图仪电子管水平成长和发展阶段（60年代）
晶体管取代电子管：阴极射线显示器，直接存储器等；
计算机软件：FORTRAN语言的发展与完善；
数据处理能力的提高：文件系统的出现；
人机通信的图形系统理论提出。
成熟和推广阶段（70年代）
大规模集成电路时代：光栅扫描显示器、光笔、数字化仪等图形输入、输出设备不断涌现；
完整的CAD系统出现：Applicon公司与1970年推出。
人机交互图形技术日臻完善，各种现代设计计算和分析方法，以及现代设计方法得到发展和完善。
CAD/CAM系统逐步进入中小企业。
广泛应用阶段（80年代至今）
计算机软硬件发展极为迅速。（硬件发展基本符合摩根定理，每18个月性能提高一倍）；
CAD系统由小型计算机向微型计算机转化；
在发达国家，CAD技术在制造业得到广泛应用。
我国CAD技术的发展概况缺乏商品化CAD软件；
CAD技术推广普及不够；
重引进不重吸收。
二、CAD的发展趋势标准化
GKS接口（Graphics Kernel System,计算机图形核心系统）
IGES（Initial Graphics Exchange Specification,基本图形转换规范）
PDES ( Product Data Exchange Specification,产品数据交换规范)
STEP（Standard for the Exchange of product Model Data,产品模型数据交换标准）
集成化向CAD/CAPP/CAM发展；
CAD计算中有关软件和算法固定；
采用多处理机和并行处理方式，提高工作速度。
智能化采用专家系统可视化（包括虚拟设计）
运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的几何模型和计算结果转换为图形或图像。
网络化通过通信线路将各自独立的、分布于各处的多台计算机相互连接起来，有效共享资源并协同工作。
三、CAD 的应用设计对象：
一类：机械、电子、电气、轻工纺织产品；
二类：工程设计产品。
主要应用：飞机飞行仿真、飞机结构设计；
造船和汽车工业；
电子工业中的集成电路和印刷电路板的设计；
城市规划和建筑设计、工厂设计中的管线布置；
医学（CT）、化学中的分子研究、有限元分析绘图等；
轻纺及服装行业；
艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域。
1-3 CAD系统的组成一、硬件的组成
CAD系统的硬件组成主机
运算速度
字长：中央处理器在一个指令周期能从内存提取并处理的数据位数称为字长。
内存容量：内存容量越大，主机处理信息的能力就越强。
外存储器图形显示器分辨率真彩色扫描频率人机交互和输入设备输出设备二、CAD的软件组成支承软件：指各种CAD工具软件和系统计算机分析软件数据库管理系统软件网络服务软件集成化CAD/CAM/CAE软件系统软件应用软件
1-4 计算机网络计算机网络与CAD系统网络技术计算机网络系统的组成按其作用范围分广域网（WAN，Wide Area Network）：其作用范围为几十到几千公里；
城域网 (MAN，Metropolitan Area Network)：作用在一个城市内，其作用范围为5到50公里；
局域网 (LAN，Locat Area Network)：作用在一栋楼或一个单位内，其作用范围为1到5公里。
按拓扑结构分:
站 干线藕合器 匹配
电阻
总线网中各站点直接莲在总线上，共享一条高速信道。
星形网是一种集中控制网，适合于多用户的小型计算机系统
（a）星形 (b) 环形 （c）总线形 （d）树形环形网由许多干线藕合器用点到点链路联成单向环路，每一干线藕合器再与一个终端或计算机连在一起，常用的是令牌环网树形网是总线网的变形。
网卡 工作站
媒体
服务器
网间连接器
网卡 工作站
媒体
CAD网络系统
CAD网常以总线网，即以太子网方式。图为NOVELL网工作站CAD系统。分5个部分：
网卡与媒体；
网络工作站；
网络服务器；
网间连接器；
网络系统软件。
CAD网络的作用与特点每个工作站即独立又可资源共享；
投资风险低；
高速数据传输；
保证数据一致性；
进行分布式数据处理。
习题
CAD设计与常规设计方法的不同点和优点有哪些？
CAD的含义是什么？它的主要功能是什么？
CAD 的发展过程分为哪几个阶段，各有什么特点？
CAD系统的硬件部分有哪些？各部分在系统中是如何起作用的？
CAD 系统软件由哪几类软件组成？试叙述各类软件的作用？
什么是计算机网络？为什么要采用网络CAD 系统？
什么是广域网、城域网和局部网？计算机网络经常采用的拓扑形式有哪些？各有什么特点？
第二章 机械设计编程基础
2．1 编程和图表处理的基本方法一、编制机械设计计算程序的基本方法设计数据表格、线图及标准规范算法设计
式中，T为转矩；
h为键高度；
l为键的工作长度；
[σp]为轮毂的许用挤压应力。
b ≈h/2
h L
b
dd
l
平键联接的受力情况表1 平键（摘自GB1096-90）
轴径
自6～8 2 2
>8 ～10 3 3
>10～12 4 4
>12～17 5 5
>17～22 6 6
>22～30 8 7
>30～38 10 8
>38～44 12 8
>44～50 14 9
（Computer Anded Desigh）
1.1 常规设计与CAD
一、常规设计过程特点：
图纸：它是企业领导决策、设计人员的设计思想描述、工艺师制定工艺规程以及工人的加工装配的必要工具。
各种技术文档资料需要妥善保管，便于设计人员的设计（借用和参阅）。
需要大量查阅技术文献和手册。
需要凭经验对重要设计方案进行理论分析和实验验证，实验开销大，有时无法进行。
结论：绘图和查阅资料占用设计人员大量时间，使其绝大部分时间没有用到创造性设计上。
二、CAD设计过程
(a) 常规设计 (b) CAD
三、CAD的功能优越性
1．CAD的功能角度1：几何建模、工程分析、评价仿真和自动绘图。
角度2：一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系统和工程数据库组成
2．CAD的优越性提高设计效率，缩短设计周期。
提高设计质量。
各部门信息交流迅速、可靠。
设计与分析工作模式的统一。
有利于产品的标准化、系列化和通用化。
1．2 CAD的发展概况一、CAD的发展过程
CAD的发展概况准备和酝酿阶段（50年代）
初步图形输出能力：图形显示器；滚筒式绘图机；平板绘图仪电子管水平成长和发展阶段（60年代）
晶体管取代电子管：阴极射线显示器，直接存储器等；
计算机软件：FORTRAN语言的发展与完善；
数据处理能力的提高：文件系统的出现；
人机通信的图形系统理论提出。
成熟和推广阶段（70年代）
大规模集成电路时代：光栅扫描显示器、光笔、数字化仪等图形输入、输出设备不断涌现；
完整的CAD系统出现：Applicon公司与1970年推出。
人机交互图形技术日臻完善，各种现代设计计算和分析方法，以及现代设计方法得到发展和完善。
CAD/CAM系统逐步进入中小企业。
广泛应用阶段（80年代至今）
计算机软硬件发展极为迅速。（硬件发展基本符合摩根定理，每18个月性能提高一倍）；
CAD系统由小型计算机向微型计算机转化；
在发达国家，CAD技术在制造业得到广泛应用。
我国CAD技术的发展概况缺乏商品化CAD软件；
CAD技术推广普及不够；
重引进不重吸收。
二、CAD的发展趋势标准化
GKS接口（Graphics Kernel System,计算机图形核心系统）
IGES（Initial Graphics Exchange Specification,基本图形转换规范）
PDES ( Product Data Exchange Specification,产品数据交换规范)
STEP（Standard for the Exchange of product Model Data,产品模型数据交换标准）
集成化向CAD/CAPP/CAM发展；
CAD计算中有关软件和算法固定；
采用多处理机和并行处理方式，提高工作速度。
智能化采用专家系统可视化（包括虚拟设计）
运用计算机图形学和图像处理技术，将科学计算过程中产生的几何模型和计算结果转换为图形或图像。
网络化通过通信线路将各自独立的、分布于各处的多台计算机相互连接起来，有效共享资源并协同工作。
三、CAD 的应用设计对象：
一类：机械、电子、电气、轻工纺织产品；
二类：工程设计产品。
主要应用：飞机飞行仿真、飞机结构设计；
造船和汽车工业；
电子工业中的集成电路和印刷电路板的设计；
城市规划和建筑设计、工厂设计中的管线布置；
医学（CT）、化学中的分子研究、有限元分析绘图等；
轻纺及服装行业；
艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域。
1-3 CAD系统的组成一、硬件的组成
CAD系统的硬件组成主机
运算速度
字长：中央处理器在一个指令周期能从内存提取并处理的数据位数称为字长。
内存容量：内存容量越大，主机处理信息的能力就越强。
外存储器图形显示器分辨率真彩色扫描频率人机交互和输入设备输出设备二、CAD的软件组成支承软件：指各种CAD工具软件和系统计算机分析软件数据库管理系统软件网络服务软件集成化CAD/CAM/CAE软件系统软件应用软件
1-4 计算机网络计算机网络与CAD系统网络技术计算机网络系统的组成按其作用范围分广域网（WAN，Wide Area Network）：其作用范围为几十到几千公里；
城域网 (MAN，Metropolitan Area Network)：作用在一个城市内，其作用范围为5到50公里；
局域网 (LAN，Locat Area Network)：作用在一栋楼或一个单位内，其作用范围为1到5公里。
按拓扑结构分:
站 干线藕合器 匹配
电阻
总线网中各站点直接莲在总线上，共享一条高速信道。
星形网是一种集中控制网，适合于多用户的小型计算机系统
（a）星形 (b) 环形 （c）总线形 （d）树形环形网由许多干线藕合器用点到点链路联成单向环路，每一干线藕合器再与一个终端或计算机连在一起，常用的是令牌环网树形网是总线网的变形。
网卡 工作站
媒体
服务器
网间连接器
网卡 工作站
媒体
CAD网络系统
CAD网常以总线网，即以太子网方式。图为NOVELL网工作站CAD系统。分5个部分：
网卡与媒体；
网络工作站；
网络服务器；
网间连接器；
网络系统软件。
CAD网络的作用与特点每个工作站即独立又可资源共享；
投资风险低；
高速数据传输；
保证数据一致性；
进行分布式数据处理。
习题
CAD设计与常规设计方法的不同点和优点有哪些？
CAD的含义是什么？它的主要功能是什么？
CAD 的发展过程分为哪几个阶段，各有什么特点？
CAD系统的硬件部分有哪些？各部分在系统中是如何起作用的？
CAD 系统软件由哪几类软件组成？试叙述各类软件的作用？
什么是计算机网络？为什么要采用网络CAD 系统？
什么是广域网、城域网和局部网？计算机网络经常采用的拓扑形式有哪些？各有什么特点？
第二章 机械设计编程基础
2．1 编程和图表处理的基本方法一、编制机械设计计算程序的基本方法设计数据表格、线图及标准规范算法设计
式中，T为转矩；
h为键高度；
l为键的工作长度；
[σp]为轮毂的许用挤压应力。
b ≈h/2
h L
b
dd
l
平键联接的受力情况表1 平键（摘自GB1096-90）
轴径
自6～8 2 2
>8 ～10 3 3
>10～12 4 4
>12～17 5 5
>17～22 6 6
>22～30 8 7
>30～38 10 8
>38～44 12 8
>44～50 14 9
