三维软件的应用
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课程主要内容
• 基础知识 • 草图绘制 • 建立特征 • 高级建模技术 • 工程图设计 • 装配设计
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课程安排及考核
• 课堂讲授：16学时 • 上机操作：24学时，安排有专人辅导，
并记录每次上机操作成绩，作为平时成 绩
• 考核形式：多种形式 • 学习方法：大量的操作实践
交流
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现代设计的几个阶段
1. 概念设计：根据市场需求，机械设计工程师与美学工 程师一道勾画出未来产品的大致外形，规划产品的功 能-空间布局。这个阶段需要快速成型、模型修改方便 的设计工具
2. 机构设计：确定详细的产品结构并确定精确的尺寸。 在结构设计中需要按照产品零件之间的装配关系设定
各个零件的结构尺寸，保证其符合产品整体的装配约 束要求，从而消除零件之间的设计冲突
3. 分析验证：通过计算机仿真，模拟产品的运动过程，
考察产品的运动合理性。分析产品零件的受力状况及
热学性能等。分析验证中发生的问题将反馈到上游设
计部门，指导其调整产品设计参数，从而获得优化设
计结果
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4. 工艺设计：绘制工程图纸，标注各种工艺符号，设 定产品零件的尺寸和几何公差要求，添加零件加工
MasterCAM CAXA 制造工程师
UG NX Cimatron TopSolid PowerMill SolidCAM EdgeCAM
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国内外流行的软件介绍
CATIA
Ug
SOLID EDGE
I—Deas
Pro/Engineer
MDT/inventor
rks
Cimatron
壁板
长桁和接头
壁板连接件
前起落架支撑梁
前机身结构
登机门
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来源：中国航空工业第一集团公司 10
制造业发生的深刻变革 数字化轿车
数字化设计制造 虚拟样机
产品概念设计
通用公司应用状况
开发周期（48月－>24月－> 12月） 碰撞试验（100次 －> 50次） 个性化定单 －> 3小时
产品详细设计
床加工出复杂的产品曲面
7. 系列化：根据用户群的细分状况，裁减产品的结构
构成。按照企业产品情况，设定零件规格化规范，
从而将企业的产品设计和加工带入系统化的轨道
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8. 更新和重用：按照用户要求和市场趋势，迅速 更新现有设计，从而形成新一代的改进型产品
9. 网络协作：产品开发过程中的协同技术十分重 要，在设计开发工具中引入网络技术是实现设 计协同的重要手段
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基础知识
CAD技术发展历程 国内外流行的软件介绍 Solidworks基础
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CAD技术发展历程
二十一世纪的一个重大变革是全球市场的统
一，它使市场竞争更加激烈，产品更新更快。 在这种背景下，CAD(计算机辅助设计)技术 得到迅速普及和极大发展
海湾战争结束当年，美国评出的最具影响的 十大技术中，CAD便榜上有名
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铁路机车车辆虚拟样机系统
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沪东造船厂
以自行开发产品 “中国沪东型” 74500吨散货轮作为主 要应用对象，设计效率提高40%以上, 生产准备周期缩短 了131天。年增加新产品舯舰12艘（每艘船价平均为1.7
亿）
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深海载人潜器示意图
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深海载人潜器的工作原理和效果图
• 第一次CAD技术革命──“贵族化”的曲面造型系统
• 第二次CAD技术革命──生不逢时的实体造型技术
• 第三次CAD技术革命—— 一鸣惊人的参数化技术
• 第四次CAD技术革命——更上一层楼的变量化技术
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产品设计-制造环节及其工具软件
产品 制造 环节
创意设计
相关 工具 软件
CorelDraw 3DS MAX Rhinero Alias Designer SoftImage 3D PhotoShop
二维CAD系统对企业最需要的设计质量并有多大 的提高
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三维CAD系统可以方便地设计出所见即 所得的三维实体模型
• 可以进行装配和干涉检查； • 可以进行模拟仿真； • 可以对重要零部件进行有限元分析与优化设计； • 可以进行数控加工； • 可以进行快速成型； • 可以由三维模型直接自动生成二维工程图； • 可以进行产品数据共享与集成等
Caxa 三维电子图板 三维实体设计
Rhino Alias Surfcam Master CAM
高华CAD GSCAD 金银花系统 开目CAD等
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SolidWorks基础
功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三 大特点。Solidworks现在全球使用许可超过百万， 涉及航空航天、汽车、食品、机械、国防、交通、
CAD技术起步于50年代后期
Computer Aided Drawing (or Drafting)
早期应用较为广泛的是CADAM软件
近几十年来占据绘图市场主导地位 Autodesk公司的 AutoCAD软件
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60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框 式（线框造型）系统。这种初期的线框造型系统只 能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间 的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息，CAM及 CAE均无法实现
结构设计
CATIA UG NX Pro/Engineer SolidWorks TopSolid SolidEdge Inventor CAXA实体设计 Solid3000
模具设计
UG NX Pro/Engineer
TopSolid Cimatron CATIA SolidWorks
快速成型
NC加工
和部件装配的技术说明，按照企业制造资源状况规 划产品加工-装配的作业流程
5. 设计展示：提供产品渲染图片及产品演示动画，通 过产品发布会或者公众媒体展示，从而吸引销售商 和最终用户。推动产品的销售推广工作
6. 加工：针对加工需求设计产品模具和工装夹具。产 品设计模型直接导入NC处理软件，从而驱动数控机
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制造业发生的深刻变革 数字化飞机
数字BOEING
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美国B777的应用效果
开发周期：9年－>4.5年 成本降低：25％ 100％整机数字化设计 世界垄断与霸主地位
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新支线飞机虚拟样机数字化定义
全机外形
前机身理论数据
驾驶舱
驾驶员座椅安装
中央操纵台机械系统 登机门机构