浅谈CAD技术发展及其应用.docx

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浅谈CAD技术发展及其应用

XXXX学院毕业论文（设计）

题目浅谈CAD技术发展及其应用

学生

学号

专业班级

系院名称

指导教师

二○一一年六月十六日

一、毕业论文任务书……………………………………………1

二、毕业论文开题报告…………………………………………3

三、毕业论文工作进度表………………………………………4

四、毕业论文工作指导、检查登记表…………………………5

五、正文…………………………………………………………6

六、参考文献……………………………………………………19

七、毕业论文评审表……………………………………………20

滨州职业学院毕业论文（设计）任务书

数控技术专业2008级

2011年10月20日准

专业负责人：

发放经手人：

1、毕业论文（设计）题目：

浅谈CAD技术发展及其应用

2、学生完成全部任务期限:

2011年6月20日

3、任务要求：

1）进程要求

1）提出选题的初步设想。

2）搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料，扩充查阅范围.

3）分析、筛选已有的信息资料,提出研究设想与计划。

4）向指导教师提出开题报告（见附页）.

5）构思论文框架，编写论文提纲，撰写论文初稿.

6）提请指导老师审阅，并根据老师的指导意见做进一步修订,装订成册。

（2）成果要求

1）毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书.图纸须规范、完整、清晰、正确,格式符合国家标准的要求；说明书须规范、详实，应包括：

任务书、开题报告、正文（摘要、正文内容，结语，参考文献）、附录等。

书写认真、清楚,字数不少于8000字。

主要包括：

前言、摘要、正文内容

2）毕业论文应包括：

任务书、开题报告、正文（前言、摘要、关键词，正文内容、结语、参考文献）、附录等；书写认真、清楚，字数以15000字左右为宜。

4、实验（调研）部分内容要求：

（1）实验内容与论文题目一致，数据真实.

（2）调研内容详实，调研结论应具备普遍性。

5、文献查阅及翻译要求:

（1）参考文献应与论文内容相一致。

（2）参考文献不少于8篇.

（3）参考文献的格式参考滨州职业学院毕业论文格式要求。

（4）翻译文献应与原文内容一致。

6、发出日期：

2011年10月31日

指导教师：

学生：

毕业设计开题报告

姓名

班级

学号

课题名称

浅谈CAD技术发展及其应用

课题综述（选题依据及可行性）：

　随着计算机性能成数最级的提高，其价格成倍地下降；随着网络通讯的普及化、信息处理的智能化、多媒体技术的实用化；CAD技术的普及应用越来越广泛,越来越深入，CAD技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展

实施方案（资料准备、数据获取、实施步骤、保障措施）：

查阅重整相关书籍、上网查阅资料、走访咨询相关专家；

进度计划（按10年11月1日~11年4月30日分配时间）:

10年11月1日～30日，提出毕业设计或论文选题的初步设想

10年12月1日～10年1月15日，搜集、整理与毕业设计或论文有关的资料

11年1月16日~2月15日，筛选、整理资料，梳理思路,开题

2月16日~4月15日，完成毕业设计或论文的初稿，交指导教师审阅

4月16日~4月30日，设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交给指导老师

指导教师意见：

签名:

日期：

滨州职业学院毕业论文（设计）工作进度表

学生姓名：

学号:

、年级：

指导教师：

论文（设计）题目：

浅谈CAD技术发展及其应用

序号

日期

工作安排

要求

1

10年11月1日～30日

提出毕业设计或论文选题的初步设想

选题可行，符合专业论文要求

2

10年12月1日～10年1月15日

搜集、整理与毕业设计或论文有关的资料

资料搜集要有针对性，实用性要强

3

11年1月16日～2月15日

筛选、整理资料，梳理思路，开题

开题报告思路应清晰，内容应完整，措施应得当，具有可操作性

4

11年2月16日~4月15日

完成毕业设计或论文的初稿，交指导教师审阅

初稿基本成形，逻辑无误，资料应用较合理

5

11年4月16日～4月30日

设计图纸、说明书、毕业论文的修改完善，并提交给指导老师

资料完整、准确,内容充实,格式正确，无遗漏

6

11年7月9日~7月15日

毕业论文答辩

精心准备，准确回答问题

滨州职业学院毕业论文（设计）工作指导检查登记表

学生姓名:

学号：

年级：

指导教师：

论文（设计）题目:

浅谈CAD技术发展及其应用

序号

日期

指导、检查内容

学生签名

1

10年11月23日

检查毕业设计或论文选题的情况

2

11年1月10日

检查有关资料的搜集、整理情况

3

11年2月11日

检查开题情况并答疑

4

11年4月3日

审阅论文初稿

5

11年4月23日

指导修改完善论文正文

6

11年7月15日

毕业论文（设计）答辩

注：

日期和指导、检查内容由指导教师填写。

浅谈CAD技术发展及其应用

摘要:

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC应用工程的实施标志着我国在“企业信息化、信息企业化”的大道上取得了长足的发展。

PLC技术的使用使产品和工程设计、制造的工作内容和方式发生了根本性变革，这一技术成为工业发达国家制造业保持竞争优势、开拓市场的重要手段.

 随着计算机性能成数最级的提高，其价格成倍地下降；随着网络通讯的普及化、信

论文在书写过程中，指导教师和本系老师提供了许多专业知识上的帮助，并对本文提出了许多宝贵意见和建议，在此对他们表示诚挚的谢意，由于本人水平有限，不足之处请老师不吝指出，并请提出宝贵意见。

第一章CAD技术的起源及发展

一、AUTOCAD发展过程

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求;

　　1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable,是世界上公认的第一台PLC.

　　1969年，美国研制出世界第一台PDP—14；

　　1971年，日本研制出第一台DCS—8；

　　1973年,德国研制出第一台PLC；

1974年,中国研制出第一台PLC。

发展:

20世纪70年代初出现了微处理器.人们很快将其引入可编程逻辑控制器,使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置.此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）.

　　20世纪70年代中末期,可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

　　20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

　　20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期,年增长率一直保持为30～40％。

在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

二、使用模板文件

在建筑制图中，我们一方面要遵循国家的相关规定和规范，比如说图纸幅面、标题栏和会签栏的规格、图线、字体和尺寸标注等；另一方面我们会经常使用一些样式和绘图环境的设置，比如说多线样式、图层设计、图形单位、精度、捕捉、栅格等，我们可以将这些常用的信息保存为一个模板文件,其扩展名为dwt。

这样，我们就可以在每次绘图之前先打开该模板文件，然后在其基础上进行绘图，从而节省了宝贵的时间和精力。

三、基本结构

可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为：

　　一、电源

　　可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10％（+15％）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

　　二、中央处理单元（CPU）

　　中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢.它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

　　为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

　三、存储器

　　存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

　　存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

　　四、输入输出接口电路

　　1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

　　2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

　　五、功能模块

　　如计数、定位等功能模块.

六、通信模块

四、工作原理

当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

一、输入采样阶段

　　在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内.输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变.因此，如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入

二、用户程序执行阶段

　　在用户程序执行阶段,可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

　　即，在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用.

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点.即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别

三、输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后,可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

功能特点

可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

　　一、系统构成灵活,扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统,如DDC和DCS等,实现生产过程的综合自动化.

　　二、使用方便,编程简单,采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

PLC的应用领域

目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类.

　　开关量的逻辑控制

　　这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

　　模拟量控制

　　在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量.为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。

　　运动控制

　　PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

　　过程控制

　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法.大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块.PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

　　数据处理

　　现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理.这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表.数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统.

　　通信及联网

　　PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便.

应用领域和人群的不断增长，对CAD软件提出了更高的要求.各行业用户一方面迫切希望得到最适合自己专业需求的CAD软件,另一方面希望以合理可承受的价格得到来自专业CAD厂商为自己虽身定做的专业服务。

行业用户迫切希望得到个性化的CAD产品和服务。

CAXA日前率先推出的“电子图板2000"，标志着CAD软件迈入个性化时代。

“CAXA电子图板”充分考虑了用户的个性化需求，提供了专业而易于使用的开发平台，使用者可以根据自己的需要改变软件、增加功能甚至开发出全新的专业设计软件.“CAXA电子图板2000”目前己集成了机械、电气和建筑设计模块，

数十家专业软件开发机构与CAXA合作开发专业设计软件并将不断集成起来此外，CAX人推出了个性化服务计划，从培训、支持到定制产品，一改以往“企业生产什么卖什么"的思路,而以“用户需要什么，我们提供什么”为宗旨，针对使用者的应用和需求，为其置身定制，让软件和服务更适合使用者的需求。

“CAXA电子图板2000”个性化的产品和服务，让高科技的软件更加大众化了

三、网络化

网络化是当前的一个趋势，CAD采用网络可以实现信息共享，给设计工作带来极大的方便.这里有必要谈的一点是CAD软件的网络化问题。

由于CAD的实时数据交换量极大，采用主机分时系统会降低设计效率，最佳方案是各节点机能独立完成设计工作，网络的作用是各节点有关资源的相互调用.同时,由于知识产权保护的需要，CAD软件都有自己的加密措施（如钥匙盘或加密狗）.因而在实施上出现两种情况，一是仅在服务器上安装一个加密狗，二是在各节点机分别安装加密狗。

前者便于资产管理后者可以脱离网络单机运行，各有优点。

像CAXA电子图板的网络板就提供了三种安装模式，即全服务器安装、全工作站安装、混合安装.第一种模式适合于无盘工作站网络，将软件全部安装在服务器上，节点工作站无硬盘：

不足之处是网络要求高，否则运行速度受影响。

第二种模式要求工作站有一定的硬盘容量，运行服务器与工作站基本上无数据交换，服务器的作用仅是软件使用权限控制。

第三种模式则是将经常调用的部分程序安装在工作站上,而把硬盘空间大的库文件之类安装在服务器上,兼顾运行速度、网络通讯及硬盘空间各个万面，是一种较好的模式。

四、智能化

智能化是CAD发展的必然.智能化的主要特征是不仅能处理数据而且能处理知识，其功能远超出了计算范畴,他能进行推理、优化、选择、判断并作出决策，这样的系统在解决问题方面能达到专家水平，即‘专家系统气专家系统是人工智能的一种实际应用。

众所周知，工程设计是一项综合性工作，是工程师根据科学方法，凭借自身积累的经验、遵循国家规范，按使用要求和施工条件等诸多因素，进行分析，比较和判别卜最后用图纸和文字资料表达设计产品的过程。

整个设计过程是一个反复的逐步求精的过程。

可是目前我国自行开发的工程CAD软件大多只能进行校核性设计及出施工图，不具备思维、决策的能力。

智能化CAD技术是一项复杂的系统工程,是一项跨学科的重大课题.必须要有经验的工程设计专家和计算机软件专家密切配合进行研究开发才能较好的解决。

目前，我国智能型CAD系统的研究刚刚开始，还没有可供应的商品化软件.因此，在吸收国外先进技术的基础上,加快研制高水平的智能型CAD软件也是我们的一项迫切任务对提高我国CAD的应用水平和设计手段的现代化将会起到积极的促进作用。

要真正使产品、工程和系统的质量好、成本低、市场竞争能力强，就需要用最好的设计、最好的加工和最好的管理，就十分迫切需要总结国内外相关产品、丁程和系统的设计制造经验和教训，把成功的设计制造经验做成智能设计，智能制造系统去指导新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创新性。

五、标准

标准化是企业技术工作一个很重要的部分当应用CAD技术时，企业技术部门首先应该对企业己有的标准进行修订或订立新的标准，完善的CAD标准体系是指导我国标准化管理部门进行CAD技术标准化工作决策的科学依据，是开发制定CAD技术各相关标准的基础，也是促进CAD技术普及应用的约束手段，因此,在CAD应用工程中跟踪国际的相关标准、研究制定符合我国国情的CAD标准，并切实加以执行是促进我国CAD技术研究开发、推广应用能不断发展的重要保证。

六、对软硬件的认识

通常，CAD软件的使用人员是专业技术人员，他们关心所选择的CAD软件能否满足他们工作的需要，是否好用，而不大关心软件是怎样开发出来的，以及软件的功能是否覆盖了CAD的所有领域,是否反映了CAD技术研究的最新成果等，而系统维护人员大多是计算机专业人员，他们关心的是软件有否二次开发语言接口，系统的开发语言是哪几种，以及某个软件的接口怎样等等。

有些提出的问题与企业的实际技术工作相脱节。

因此，CAD系统的选型应以CAD系统使用人员为主CAD对硬件的要求比起一般文字处理、管理系统要高一些。

通常,二维绘图需要486以上的机型，主频速度在100MHz以上，内存4M以上（建议8M），内存大小将会影响操作速度。

图形输出最好采用喷墨绘图机，根据企业图纸幅面来配里绘图机的大小。

七、CAD软件的二次开发

所谓二次开发就是在某种墓础软件平台上（如二维绘图软件）构筑一些专业化应用功能,以提高系统的专业针对性和使用效率。

例如可以在CAXA电子图板上增加一些刀具设计的计算、数据及图形库,从而构成一个高度专业化的成形刀具CA工）系统.

要使企业真正用好CAD系统、使之变成现实生产力，必须向企业提供易学易用的二次三度开发工具，即开发面向行业和企业应用的专用CAD软件和数据库.除了传统的函数库调用，Lisp语言和C语言开发工具外，更需要系统开发单位能及时地对用户进行技术支持和培训.现在按交互、对话的图声文方式提示用户构造适合行业，适合企业的CAD应用系统将会更加友好,受用户欢迎。

第三章冲模CAD中非圆凸模和凹模的自动生成

一、引言

在设计冲压模具时，若模具的凸模和凹模刃口形状为圆形或矩形等简单形状，凸模和凹模都比较容易设计，而且刃口尺寸的计算也非常简单。

但是，并不是所有冲压模具的凸模和凹模刃口形状都是规则的，也有许多冲压模具凸模和凹模的刃口形状是不规则的，它们是由多段线段组成，或者由多段线段和多段圆弧组成,或者完全由多段圆弧组成，此类凸模和凹模的刃口计算和设计都很麻烦。

由于非圆凸模和非圆凹模形状复杂，为了便于加工，在设计时均把非圆凸模和非圆凹模的内腔设计成直柱状，这为使用计算机进行自动设计提供了方便.如果使用计算机实现此类凸模和凹模的自动生成，并且结合CAM，不仅可减轻设计人员的劳动强度，而且可以大幅度提高模具的设计和加工效率及质量。

二、非圆凸模的自动生成

各种非圆凸模可分为两种情况：

第一种，非圆凸模的俯视图轮廓完全由线段组成；第二种，非圆凸模的俯视图轮廓由线段和圆弧或者完全由圆弧组成。

对于第二种情况，在生成凸模主视图之前，必须对俯视图中的圆弧进行适当处理,也就是根据圆弧的情况，考虑圆弧在主视图中的投影效果,用一段或几段线段取代俯视图中的圆弧，这种方法称为“圆弧多边形化”。

1.圆弧的多边形化处理

分析各种类型的圆弧，根据投影原理,圆弧的替代可分为三种情况：

（1）若有圆弧段AB，只要圆弧与圆的水平直径无交点，就可用线段AB替代圆弧AB，如图1a所示.

（2）若有圆弧段AB，只要圆弧与圆的水