实用 CAD 【1】

窦文中

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

CAD计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。 在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作发展历程

• CAD(Computer Aided Design）诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。
  
  

二十世纪70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开[1]始广泛使用交互式绘图系统。

  

二十世纪80年代，由于PC机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故不能普遍应用。而当时的Autodesk公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。
设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。[2]
CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。
CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。
随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化。[3]
本世纪初众多学院已开设cad课程
编辑本段申报条件凡遵守中华人民共和国宪法和各项法律，恪守职业道德，具有一定计算机技术应用能力的人员，均可根据本人情况，报名参加相应专业类别、级别的考试，考生可根据自己的技术水平选择合适的级别。
编辑本段CAD认证1.全国计算机辅助技术认证项目简介　为深入贯彻落实党的十七大关于“大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强”的精神，加快工业和信息技术人才培养的步伐，满足国民经济和社会信息化发展对工业和信息技术人才的需求，我中心决定开展“全国计算机辅助技术认证”项目（简称CAXC项目）。项目主要面向全国各类大中专院校、职业技术类院校师生以及希望就职于计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺计划(CAPP)、产品数据管理(PDM)等相关行业的社会人员,以提高广大院校师生和各类工程技术人员的职业技能为宗旨，通过专业、系统的技能课程培训、认证，帮助学员掌握就业必备的知识与技能。CAXC项目必将对完善工业和信息化人才评测体系，加快工业信息技术复合型人才培养起到积极的推动作用。
2.开展全国计算机辅助技术认证项目的迫切性　制造业是一个国家发展的支柱行业，制造业的发展决定着国家的发展。2011年，我国出口产品以低附加值、劳动密集型产品为主。从现实和发展的眼光看，把“世界车间”打造成“世界工厂”，把“中国制造”变成“中国创造”势在必行。我国大学生中38%为工科类学生，虽然毕业人数众多，但是并不能满足企业需求。CAXC项目采用现代信息技术、网络技术、多媒体技术等先进的教育技术手段，将最新的、最普及的，最实用的2DCAD/3DCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM设计管理技术与技能传送给学员，使学员在短期内了解工业产品设计流程，极大地缩短了学员在企业的实习周期，学以致用，快速为企业设计更好的产品。
教育部教育管理信息中心在分析各种认证的基础上，结合国内企业的发展情况，以企业的实际需求为出发点, 注重学习者的技能训练，改变了传统的认证模式，在认证的组织和内容上邀请国内企业界的专家和国际相关著名公司加入，确定认证内容，并指导和管理认证过程。为了规范流程，教育部制定了实施规程，确定专门机构和专人对整个过程进行控制，保证项目的权威性和严肃性。
编辑本段系统组成通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。
工程工作站一般指具有超级小型机功能和三维图形处理能力的一种单用户交互式计算机系统。它有较强的计算能力，用规范的图形软件，有高分辨率的显示终端，可以联在资源共享的局域网上工作，已形成最流行的CAD系统。
个人计算机pc系统价格低廉，操作方便，使用灵活。80年代以后，pc机性能不断翻新，硬件和软件发展迅猛，加之图形卡、高分辨率图形显示器的应用，以及pc机网络技术的发展，由pc机构成的cad 系统已大量涌现，而且呈上升趋势。
外围设备除了计算机主机和一般的外围设备外，计算机辅助设计主要使用图形输入输出设备。交

  工程制图

互图形系统对cad 尤为重要。图形输入设备的一般作用是把平面上点的坐标送入计算机。常见的输入设备有键盘、光笔、触摸屏、操纵杆、跟踪球、鼠标器、图形输入板和数字化仪。图形输出设备分为软拷贝和硬拷贝两大类。软拷贝设备指各种图形显示设备，是人机交互必不可少的；硬拷贝设备常用作图形显示的附属设备，它把屏幕上的图像复印出来，以便保存。常用的图形显示有三种：有向束显示、存储管显示和光栅扫描显示。有向束显示应用最早，为了使图像清晰，电子束必须不断重画图形，故又称刷新显示，它易于擦除和修改图形，适于作交互图形的手段。存储管显示保存图像而不必刷新，故能显示大量数据，且价格较低。光栅扫描系统能提供彩色图像，图像信息可存放在所谓帧缓冲存储器里，图像的分辨率较高。
CAD软件除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，cad主要使用交互式图形显示软件、cad应用软件和数据管理软件3类软件。
交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。cad应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能 ， 以完成面向机械、广告、建筑、电气各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法 、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储 、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同一般的数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。
辅助模型常用的CAD软件，也就是所谓的三维制图软件，较二维的图纸和二维的绘图软件（比如AutoCAD[4]）而言，三维CAD软件能够更加直观、准确地反映实体和特征。
对于专业企业，因为绘制目标不同，还常存在有多种CAD系统并行的局面，那么就需要配置统一的、具备跨平台能力的零部件数据资源库，将标准件库和外购件库内的模型数据以中间格式（比如通用的有IGS、STEP等）导出到三维构型系统当中去，如主流的Autodesk Inventor，SolidWorks,CATIA,SolidEdge,Pro/E,AutoCAD,UG NX,Onespace等。国外，这种网络服务被称为“零部件图书馆”或“数据资源仓库”。目前，航天航空领域使用较多的为Pro/E，飞机和汽车等复杂产品制造领域则使用Catia居多，而在中小企业使用Solidworks较多。在欧美和日本的PLM用户中，基于互联网的PLM零部件数据资源平台LinkAble PARTcommunity（简称PCOM）的知名度一点都不亚于今天我们所熟知的BLOG和SNS这样的网络平台。
编辑本段基本技术主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。
在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式cad系统， 指用户在使用计

  cad系统

算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思 、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。
图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换 ；通过矩阵运算来实现图形变换。
计算机设计自动化计算机自身的cad，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。集成电路cad有时也列入计算机设计自动化的范围。
编辑本段基本功能目前比较流行的二维软件是AutoCAD，比较实用的三维软件UG、Pro/Engineer、Unigraphics NX、Vectordraw 等集二维、三维、CAD/CAM于一体的众多国外软件，是强大的图形引擎库，程序员可用于其应用程序的可视化，通过所提供的功能可以创建、编辑、管理、导出和导入以及打印2D和3D图形和图形文件。但浩辰、中望、CAXA等比较符合中国人思维的国产CAD/CAM也在逐渐崛起，占据了一定的市场份额，浩辰、中望更是走向了国际市场。[5]
下面以AutoCAD为例简单介绍一下二维CAD的基本功能。
·平面绘图：能以多种方式创建直线、[6]圆、[7]椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。[8]
·绘图辅助工具：提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等

  AutoCAD的操作界面

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：CAD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 ：提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。
二次开发CAD允许用户定制菜单和工具栏，AutoCAD能利用内嵌语言Autolisp、Visual Lisp、VBA、ADS、ARX等进行二次开发还可以加载运行脚本，实现系统本身所没有的功能，比如三维自动旋转。浩辰、中望这样的国产CAD也提供类似并与AutoCAD兼容的开发接口，例如浩辰利用自己开发GRX开发接口，实现了一套代码支持两套平台，建筑、水暖电等专业软件可以同时运行到AutoCAD和浩辰CAD平台上。
《深入浅出AutoCAD .NET二次开发》教程介绍了其二次开发方式，以及各种开发方式混合开发的方法。
用途简介　
CAD首先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式实现。而且具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。其次它不仅在二维绘图处理更加成熟，三维功能也更加完善，可方便地进行建模和渲染。
用户界面CAD系统是一种交互式软件包，用户通过界面来与图形软件包进行对话。用户可以通过多种多样途径与CAD软件包实现对话，即除了采用键盘输入、屏幕菜单、鼠标、数字化仪器四种基本输入控制以外，还采取了高级用户界面（AdvancedUserInterface），即采取类似视窗的界面。AutoCAD和浩辰、中望等CAD软件视窗上部第二行是菜单栏（MenuBar），用户可以通过移动光标选择菜单栏中的菜单项，便出现下拉菜单。下拉菜单中的菜单项将是某类命令或子菜单项。选择子菜单项可以进一步选择其子命令。除菜单外，还可以将一些功能控制栏显示于CAD视窗内，这些功能栏就是工具栏。工具栏为某类命令的集合，其控制操作类似菜单项的操作。
书籍CAD/CAM/CAE技术联盟编写的《AutoCAD 2012中文版从入门到精通(标准版)》综合介绍了AutoCAD 2012中文版的基础知识和应用技巧。全书共14章，其中第1～10章主要介绍AutoCAD 2012中文版在二维平面的基础知识和使用技巧，第11～14章主要介绍三维对象在软件中的创建方法及编辑技巧。每一章的知识点都配有案例讲解，使读者对知识点有更进一步的了解，并在每章最后配有巩固练习实例，使读者能综合运用全章的知识点。《AutoCAD 2012中文版从入门到精通(标准版)》适合入门级读者学习使用，也适合有一定基础的读者参考使用，还可用作职业培训、职业教育的教材。
命令基础命令在CAD软件操作中，为使用者方便，于在 Windows中工作时一样，利用快捷键代替鼠标。可以利用键盘快捷键发出命令，完成绘图，修改，保存等操作。这些命令键就是CAD命令。
Point,line,circle,arc命令
1.下拉菜单： 绘图/点/（单点/多点）
命令： POINT(PO)
作用： 用于绘制辅助标记点. 特征点及标注点等. 不过点的大小和形式由DDPTYPE命令控制或系统变量PDMODE和PDSIZE
2. “绘图”菜单： 直线
命令行： LINE
操作：
1) 指定第一点： 指定点或按ENTER键从上一条线或圆弧上继续绘制
2) 指定下点或[闭合C/放弃U]:
>>继续 从最近绘制的直线的端点延长它.
如果最近绘制了一条圆弧，它的端点将定义为新直线的起点，并且新直线与该圆弧相切.
>；闭合 以第一条线段的起始点作为最后一条线段的端点，形成一个闭合的线段环. 在绘制了一系列线段（两条或两条以上）之后，可以使用”闭合”选项.
>；放弃 删除直线序列中最近绘制的线段.
3. “绘制”菜单： 圆
命令行： CIRCLE 该命令提供了六种绘制制圆的方法：
>>；根据圆心与半径绘制圆
指定圆的圆心或[三点（3P)/两点（2P)/相切，相切，半径（T)]: 输入圆心点
直径（D)/半径 输入半径
>>；根据圆心与直径绘制圆
指定圆的圆心或[三点（3P)/两点（2P)/相切，相切，半径（T)]:2P
直径上第一点：
直径上第二点：
>>；根据三点来绘制圆
指定圆的圆心或[三点（3P)/两点（2P)/相切，相切，半径（T)]:3P
直径上第一点：
直径上第二点：
直径上第三点：
>>；绘制给定半径且与两个实体相切的圆
指定圆的圆心或[三点（3P)/两点（2P)/相切，相切，半径（T)]:T
选择第一条相切对象：
选择第二条相切对象：
半径（当前值）：输入半径值
>>；绘制与三个实体相切的圆 实质上就是三点确定圆//在选取三点时，利用目标捕捉方式来选取.
4. “绘图”菜单： 圆弧
命令行： ARC A
指定圆弧的起点或[圆心（C)]:
操作1: 通过指定三点绘制圆弧的步骤
1) 从”绘图”菜单中选择”圆弧””三个点”.
2) 指定起点
3) 在圆弧上指定点
4) 指定端点
操作2: 使用起点，圆心和端点绘制圆弧的步骤
1) 从”绘图”菜单中选择”圆弧””起点，圆心，端点”
2) 指定起点
3) 指定圆心
4) 指定端点
**方法很多，圆弧的角度与半径有正，负值之分
功能键F1: 获取帮助
F2: 实现作图窗和文本窗口的切换
F3: 控制是否实现对象自动捕捉
F4:数字化仪控制
F5: 等轴测平面切换
F6: 控制状态行上坐标的显示方式
F7: 栅格显示模式控制
F8: 正交模式控制
F9: 栅格捕捉模式控制
F10: 极轴模式控制
F11: 对象追踪式控制
组合功能键Ctrl+B: 栅格捕捉模式控制（F9)[9]
Ctrl+p : 打印
Ctrl+C: 将选择的对象复制到剪切板上
Ctrl+F: 控制是否实现对象自动捕捉（f3)
Ctrl+G: 栅格显示模式控制（F7)
Ctrl+J: 重复执行上一步命令
Ctrl+K:超级链接
Ctrl+N: 新建图形文件
Ctrl+M: 打开选项对话框
常用快捷键因为CAD版本的不同快捷键偶有差异
A 圆弧
AA 测面积周长
AL 对齐
AR 阵列
AP 加载应用程序
ATE 编辑属性
B 创建块
BR 打断于点 用来分解一个整体的线
C 圆形
CO 复制
CLOSE 关闭
COL 颜色
CHA 矩形倒角
CTRL+1 特性面板
CTRL+2 打开图象资源管理器
CTRL+N 新建
CTRL+O 打开
CTRL+0 全屏
CTRL+P 打印
CTRL+Y 恢复U命令撤销的一步操作
CTRL+Z 恢复U命令撤销的一步操作
DLI 直线标注
DAL 对齐标注
DRA 半径标注
DDI 直径标注
DAN 角度标注
DCE 中心标注 圆心标注
DOR 点标注 坐标标注
DBA 基线标注
DCO 连续标注
DOV 替换标注系统变量
D 标注样式管理器
DO 圆环命令
DIV 定数等分
DT 单行文字
DI 查询距离
DED 编辑标注命令
E 删除
EDGESURF绘制边界曲线
EL 椭圆
ELEV 设置对象标高与厚度
EX 延伸
EXT 拉伸（面）
EXP 输出其他格式文件
F 绘制连接弧
G 对象组合
H 图案填充
HELIX 绘制螺旋
HI 消隐
I 插入块
OI 插入对象 中望为IO
IMP 输入文件
IN 交集
J 合并点 主要直线使用
L 直线
LT 线型管理器
LA 图层
LTS 线形比例
LI 显示选取对象的信息
LW 线宽设置
LEN 拉长
LE引 线标注
LOFT 放样
M 移动
MA 特性匹配
ML 多线
MT 多行文字
MI 镜像
MIRROR3D三维镜像
MIRRTEXT系统变量
ME 定距等分
MLE 编辑修改多重引线
N 新建
O 偏移
OS 草图设置
OP 选项
PU 清理垃圾
PL 绘制多段线
PLAN 平面视图命令 视图→三维视图→平面视图
PE 编辑多线
PO 点
POL 正多边形绘制
PER 绘制垂直线
PAR 绘制平行线
PICKFIRST 控制在发出命令之前（先选择后执行）还是之后选择对象
REG 创建面域 绘图→边界→拾取点→左键单击要创建的面域边界中心
REDO 重做
RO 旋转
ROTATE3D三维旋转
RE 重新生成
REV 绘制旋转曲面
REC 矩形绘制
RULESURF绘制直纹曲面 设在东南视图中，在两个圆之间绘制一个圆柱曲面
S 拉伸 局部缩放
SE 草图设置
SL 剖切
SU 差集
SC 缩放
ST 文字样式对话框
SO 区域填充
SPL 样条曲线
SHIFT+CTRL+S保存
SWEEP 扫略
SHA 着色
STATUS 显示图形状态
SURFTAB1设置平移曲面分段数的系统变量 （控制第一条选择边和与第一条边相对的边的网格分段数。如果第一条边是上下方向的，那么网格分段数就是左右方向的。数值设置越大，那么网格分段数也就越密集。）
SURFTAB2设置平移曲面分段数的系统变量 （控制第三、四条边的网格分段数）
T 多行文字
TO 自定义用户界面 即工具栏
TX 单行文字
TOL 标注形位公差
TK 追踪 可指定一系列临时点，每个点均自上一点偏移。
TRACE 绘制等宽线
TABSURF绘制平移曲面 设在东南视图中，把SPL样条曲线沿一条直线平移
U 撤销上一步命令 可以撤销N步命令，直至绘图开始时的状态
UNI 并集
UCSICON打开坐标系
UN 图形单位对话框
V 视图管理器
VPOINT 重新设置视点
W 写块
X 分解
XL 构造线
Z 窗口缩放
Z+E 显示全图
%%D 度数
%%C 直径
%%P 正负
%%O 上划线
%%U 下划线
%%178 平方