1.1 机械CAD系统

1.1.1 计算机辅助设计简介

计算机辅助设计的含义是指通过计算机与信息技术来辅助工程技术人员和设计师进行产品设计或者工程设计，通常称为CAD（Computer Aided Design）。计算机辅助设计技术从20世纪50年代末，伴随着计算机的发展、计算机运算能力的增强和存储管式图形显示技术的出现而产生。如今，CAD技术已经发展了四十多年，并且正以强大的冲击力，影响和改变着工业生产，直至社会的各个方面，使传统的产品设计流程、工程技术方法发生了深刻的变革。CAD技术已经成为设计人员从事产品设计、分析的工具。CAD技术的使用，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化，使设计人员从烦琐的绘图工作中解放出来，集中精力进行创造性的劳动和设计工作。CAD技术目前已广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具、建筑、电子等领域。

1.计算机辅助设计系统的组成

使用计算机进行辅助设计，必须有CAD系统作为支撑。目前，CAD系统运行的硬件环境随着硬件技术的发展，主要使用微机系统作为各类CAD软件的主要运行平台。

用于CAD系统的计算机，除了进行一般的设计工作，为了适应大量的工程计算、有限元分析、机械运动仿真、模拟仿真等，要求具有高速CPU和大容量的内存。由于在设计过程中需要进行二维和三维图形的处理，以及满足透视、渲染、真实感图形处理、可视化、虚拟现实等种种高级图形处理技术的需求，高性能的图形显示卡和大屏幕显示器也应该具备。此外，为了满足软件安装和数据存储的要求，计算机必须具有大容量的存储硬盘。

2.二维CAD软件与三维CAD软件

CAD软件作为CAD系统的核心，它所具有的功能是CAD系统发挥辅助设计能力、提高设计效率的重要基础。目前常见的CAD软件可以分为二维CAD软件和三维CAD软件两种，它们在功能与效率上相差很大。二维CAD软件（如AutoCAD和CAXA等）主要提供了丰富的图形生成与编辑命令，以及智能的绘图工具等，帮助用户迅速生成清晰美观的二维平面图样。为配合工程上的需要，很多二维CAD软件都提供了多种专业的图形库，以方便用户快速高效地进行设计。

目前，使用这些二维CAD软件的很多企业主要利用的还是计算机绘图方面的便利，在完成这种传统意义上的设计时，二维CAD软件所起的主要作用是甩图板。使用二维CAD软件进行设计，在许多情况下不能完全表述设计意图，难以完全表现出设计者思维中零部件的材料、形状、尺寸、相关联零件等三维实体。工程师不得不通过若干个二维图来描述一个三维构型，而且必须不断修正和完善才能表达清楚。现在的三维CAD软件，如SolidWorks和CATIA等软件系统，能够按照设计人员的思维直接进行三维模型设计，有了表达全部几何参数和设计构想的功能，使得整体设计过程能够在三维模型中分析与研究，能更好地完善设计思想，使设计方案逐步理想化。另外，三维CAD软件还具有二维/三维的全相关能力，无论从二维还是三维对设计的某个局部进行修改后，都能够立即修改所有的工作。一般三维CAD软件都使用统一的数据进行三维实体设计，设计制造人员可以以此为基础对整体设计或部件进行有限元分析、运动分析、装配的干涉检查、机构仿真、数控程序的自动编制、准确的二维工程图生成及外形质感、颜色或动画外观效果的渲染，使CAD系统能够为全部的设计过程提供真正有效的辅助手段。

3.CAD/CAM/CAE的关系

CAM的含义是计算机辅助制造，CAE则是计算机辅助工程的意思。通常一个产品由CAD系统完成三维实体模型的设计，然后通过CAM系统进行数控编程，生成数控程序，再传送到数控机床进行加工。在整个产品的设计制造过程中，CAD系统是基础和根本，如果没有CAD系统完成的三维实体模型，CAM系统就没有处理的对象。因此，CAD与CAM经常是密不可分的，被写作CAD/CAM。同样，要对产品做有限元分析、运动分析等辅助工程方面的工作，也需要先由CAD系统建立三维实体模型，然后再由CAE系统针对实体模型进行分析。一些高档的CAD系统不仅CAD功能强大，而且同时也具有很强的CAM功能和CAE功能。