計算機輔助機械設計實驗指導書前言計算機輔助設計（CAD）技術(shù)已成為現(xiàn)代機械工程領域不可或缺的核心工具，它極大地提升了設計效率與質(zhì)量，是工程技術(shù)人員必須掌握的基本技能。本實驗指導書旨在通過一系列由淺入深的實踐操作，引導初學者逐步熟悉主流CAD軟件的操作環(huán)境，掌握機械設計從二維草圖、三維建模到工程圖生成的基本流程與核心技巧。本指導書立足于工程實踐，強調(diào)理論與操作的結(jié)合。學習者在實驗過程中，應勤于思考，善于總結(jié)，不僅要掌握軟件的操作方法，更要理解機械設計的基本原理和規(guī)范在CAD環(huán)境下的體現(xiàn)。建議在實驗前認真閱讀相關章節(jié)，明確實驗目的與步驟；實驗中仔細操作，遇到問題積極探討；實驗后及時整理報告，鞏固所學知識。實驗一：CAD軟件基本操作與二維草圖繪制一、實驗目的1.熟悉主流CAD軟件的用戶界面、基本配置及常用工具。2.掌握二維草圖繪制的基本命令，如直線、圓、圓弧、多邊形等。3.理解并運用草圖編輯工具，如修剪、延伸、鏡像、陣列等。4.學習尺寸標注與幾何約束的添加方法，規(guī)范草圖繪制。二、實驗設備與環(huán)境1.安裝有主流CAD軟件的計算機。2.穩(wěn)定的操作系統(tǒng)及必要的硬件支持。三、實驗內(nèi)容與步驟（一）軟件啟動與界面認知1.啟動CAD軟件，熟悉用戶界面布局，包括菜單欄、工具欄、繪圖區(qū)、命令行（或歷史記錄）、屬性面板等。2.嘗試自定義工作空間，調(diào)整工具欄位置，體驗軟件的個性化設置功能。3.打開幫助文檔或相關教程，了解軟件的基本操作邏輯和快捷鍵使用方法。（二）基本二維圖形繪制1.新建文件：選擇適當?shù)哪０澹ㄈ绾撩字疲瑒?chuàng)建一個新的繪圖文件。2.繪制直線：調(diào)用直線命令，在繪圖區(qū)指定起點和端點繪制若干不同方向和長度的直線段。注意觀察命令行提示，學習如何精確輸入坐標值。3.繪制圓與圓?。悍謩e使用圓心半徑、圓心直徑、兩點、三點等方式繪制圓。嘗試繪制不同半徑的圓弧，并體會圓弧方向的控制。4.繪制多邊形：選擇繪制正多邊形命令，通過指定邊數(shù)、中心及內(nèi)接/外切圓半徑，或通過指定邊的兩個端點來繪制正多邊形。（三）草圖編輯與修改1.選擇對象：練習使用直接點選、窗口選擇、交叉窗口選擇等方式選擇圖形對象。2.刪除與恢復：使用刪除命令移除不需要的圖形，嘗試使用放棄（Undo）和重做（Redo）命令。3.修剪與延伸：繪制相交的線條，使用修剪命令將多余部分裁掉，使用延伸命令將線條延長至指定邊界。4.鏡像與陣列：繪制一個簡單圖形（如半個五角星），使用鏡像命令生成完整圖形。繪制一個基本圖形（如小圓），使用矩形陣列或環(huán)形陣列命令生成多個副本。（四）尺寸標注與幾何約束1.添加尺寸標注：對之前繪制的二維圖形進行線性尺寸、角度尺寸、半徑尺寸、直徑尺寸的標注。注意調(diào)整尺寸文本的位置和樣式。2.添加幾何約束：為草圖添加常見的幾何約束，如重合、平行、垂直、相切、相等、對稱等，觀察約束對圖形的影響，理解約束驅(qū)動設計的理念。3.修改尺寸與約束：嘗試修改已標注的尺寸值，觀察圖形如何隨之更新。調(diào)整或刪除幾何約束，體會約束關系的重要性。（五）簡單二維零件圖繪制練習綜合運用上述命令，繪制一個簡單機械零件的二維輪廓草圖（如一個帶孔的矩形板、一個階梯軸的截面等），要求包含多種基本圖形元素，并進行完整的尺寸標注和必要的幾何約束。四、實驗報告要求1.簡述本次實驗的主要內(nèi)容和目的。2.記錄實驗過程中使用的主要命令及其操作要點。3.附上所繪制的二維草圖截圖（至少包含一個綜合練習的完整圖形）。4.總結(jié)實驗過程中遇到的問題及解決方法，談談心得體會。五、注意事項1.實驗前務必進行軟件操作預習，了解基本命令功能。2.操作過程中注意觀察命令行提示，養(yǎng)成良好的操作習慣。3.草圖繪制應遵循機械設計的基本規(guī)范，力求準確、清晰。4.遇到技術(shù)問題及時向指導教師請教或與同學討論。5.保持實驗室安靜，愛護設備，遵守實驗室管理規(guī)定。---實驗二：零件三維建?；A一、實驗目的1.理解三維建模的基本概念和常用方法（如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等）。2.掌握基于草圖的特征建模方法，能夠創(chuàng)建簡單的零件三維模型。3.學習零件特征的編輯與修改技巧。4.熟悉三維模型的觀察與操作（如縮放、平移、旋轉(zhuǎn)）。二、實驗設備與環(huán)境同實驗一。三、實驗內(nèi)容與步驟（一）三維建模環(huán)境熟悉與基本操作1.新建一個零件三維模型文件，切換至三維建模工作空間。2.練習三維視圖的控制：使用視圖縮放、平移、旋轉(zhuǎn)命令，熟練掌握模型的動態(tài)觀察方法，如自由動態(tài)觀察、受約束的動態(tài)觀察等。3.熟悉標準視圖（前視、后視、左視、右視、上視、下視、等軸測）的切換。（二）基于草圖的基礎特征創(chuàng)建1.創(chuàng)建基準面：除了默認的三個基準面（前視、上視、右視），嘗試根據(jù)需要創(chuàng)建新的基準面（如偏移基準面、與平面成一定角度的基準面）。2.繪制拉伸草圖：在指定的基準面上繪制一個封閉的二維草圖（如圓形、矩形、多邊形或其他復雜封閉輪廓）。3.拉伸特征：將繪制好的封閉草圖通過“拉伸”命令生成三維實體。學習設置拉伸方向、拉伸深度（給定深度、兩側(cè)對稱、到下一面、到指定面等）。嘗試創(chuàng)建“拉伸切除”特征，從已有實體中移除材料。4.旋轉(zhuǎn)特征：繪制一個包含旋轉(zhuǎn)軸的封閉草圖（可以是多段線構(gòu)成的封閉輪廓），使用“旋轉(zhuǎn)”命令將草圖繞指定軸線旋轉(zhuǎn)一定角度生成實體。嘗試不同的旋轉(zhuǎn)角度和方向。（三）放置特征與編輯1.孔特征：學習在已創(chuàng)建的實體模型上添加簡單孔、沉頭孔、埋頭孔等。掌握孔的定位方法（如通過草圖點、通過現(xiàn)有幾何元素的中心、使用距離和角度定位等）。2.倒角與圓角：對實體模型的棱邊進行倒角或圓角處理，學習設置倒角距離、角度，以及圓角半徑。3.陣列特征：將創(chuàng)建的孔特征或其他特征進行線性陣列或圓周陣列，設置陣列參數(shù)（數(shù)量、間距、角度等）。4.特征編輯：修改已有特征的參數(shù)（如拉伸深度、旋轉(zhuǎn)角度、孔直徑等），觀察模型的更新。學習特征的抑制與解除抑制功能。（四）簡單零件三維建模綜合練習選擇一個結(jié)構(gòu)相對簡單的機械零件（如一個帶孔的支承座、一個階梯軸、一個簡單的齒輪坯等），綜合運用拉伸、旋轉(zhuǎn)、切除、孔、倒角/圓角等特征，完成其三維模型的構(gòu)建。四、實驗報告要求1.簡述三維建模的基本流程。2.詳細記錄所建零件的建模步驟，說明每個特征的創(chuàng)建方法和參數(shù)設置。3.附上零件模型的不同視角截圖。4.總結(jié)在三維建模過程中的難點及解決思路。五、注意事項1.養(yǎng)成良好的建模習慣，注意草圖的規(guī)范性和特征的創(chuàng)建順序。2.草圖是三維建模的基礎，確保草圖完全定義（即完全約束）對于后續(xù)特征的穩(wěn)定性至關重要。3.靈活運用基準面、基準軸等輔助元素進行復雜特征的構(gòu)建。4.注意觀察模型的更新情況，理解參數(shù)化建模的關聯(lián)性。---實驗三：裝配體設計初步一、實驗目的1.理解裝配體設計的基本概念和方法。2.掌握零件的插入、定位與配合關系的建立。3.學習裝配體的基本操作和干涉檢查。4.初步了解爆炸視圖的創(chuàng)建。二、實驗設備與環(huán)境同實驗一。建議預先完成若干簡單零件的三維建模，作為本實驗的裝配組件。三、實驗內(nèi)容與步驟（一）裝配體文件創(chuàng)建與零件插入1.新建一個裝配體文件，熟悉裝配體環(huán)境界面。2.插入第一個零件（通常選擇作為“固定件”的基礎零件），將其固定在裝配體原點位置或指定位置。3.繼續(xù)插入其他需要裝配的零件，學習如何調(diào)整零件的初始位置和方向（如移動、旋轉(zhuǎn)）。（二）配合關系的建立1.熟悉常用配合類型：理解并練習使用重合、平行、垂直、相切、同軸心、距離、角度、齒輪配合、凸輪配合等常用配合關系。2.建立配合：在已插入的零件之間，根據(jù)實際的裝配關系添加適當?shù)呐浜?。例如，軸與孔之間添加“同軸心”配合，平面之間添加“重合”或“距離”配合。3.配合的編輯與管理：查看已添加的配合列表，修改配合參數(shù)，刪除不必要的配合。理解過定義和欠定義的含義，并學會解決配合沖突。（三）裝配體的基本操作與干涉檢查1.零部件的移動與旋轉(zhuǎn)：在裝配體中，嘗試移動或旋轉(zhuǎn)具有自由度的零部件，觀察其運動范圍。學習如何臨時固定零部件。2.干涉檢查：運行干涉檢查命令，檢測裝配體中零部件之間是否存在空間重疊（干涉）現(xiàn)象。學習查看干涉報告，并根據(jù)報告修改零件模型或調(diào)整配合，消除干涉。3.裝配體配置（可選）：初步了解裝配體配置的概念，嘗試創(chuàng)建不同的配置以表示零部件的不同狀態(tài)或位置。（四）簡單裝配體建模練習選擇一組相關的簡單零件（例如，螺栓、螺母、墊片和一塊帶孔的板；或者一個簡單的滑塊機構(gòu)），創(chuàng)建一個新的裝配體文件，將這些零件逐一插入并添加正確的配合關系，完成裝配。對裝配體進行干涉檢查。四、實驗報告要求1.簡述裝配體設計的主要步驟和核心思想。2.列出所裝配的零件名稱，并說明各零件之間的主要配合關系。3.附上裝配體的等軸測視圖截圖，以及干涉檢查結(jié)果截圖（若有干涉，需說明如何處理）。4.總結(jié)在裝配過程中遇到的主要問題及解決方法。五、注意事項1.確保參與裝配的零件模型本身是正確的，特別是配合面和配合尺寸。2.添加配合時應遵循從基礎零件開始，逐步添加其他零件的原則。3.合理使用配合類型，避免添加冗余或沖突的配合。4.干涉檢查是保證裝配體設計合理性的重要手段，應養(yǎng)成習慣。---實驗四：工程圖創(chuàng)建一、實驗目的1.理解三維模型與二維工程圖的關聯(lián)。2.掌握從三維模型生成基本視圖、投影視圖、剖視圖、局部放大圖等的方法。3.學習工程圖標注（尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度、技術(shù)要求等）的基本操作。4.了解工程圖的打印與輸出設置。二、實驗設備與環(huán)境同實驗一。需準備一個已完成的三維零件模型。三、實驗內(nèi)容與步驟（一）工程圖模板與圖紙設置1.新建工程圖文件，選擇合適的圖紙大小和繪圖標準（如GB）。2.熟悉工程圖環(huán)境界面，了解圖紙格式、標題欄、明細欄等元素。（二）基本視圖的創(chuàng)建與布局1.生成基本視圖：從三維零件模型插入基本視圖（如主視圖），設置視圖比例和放置位置。2.生成投影視圖：基于基本視圖生成俯視圖、左視圖等正交投影視圖。3.生成等軸測視圖：為了更直觀地表達零件結(jié)構(gòu)，可在工程圖中添加零件的等軸測視圖。4.視圖的編輯：調(diào)整視圖的位置和大小，修改視圖比例，學習視圖的對齊與打斷操作。（三）剖視圖與局部放大圖1.創(chuàng)建剖視圖：選擇一個基本視圖，繪制剖切線（可以是直線、折線或曲線），生成全剖視圖、半剖視圖或局部剖視圖。設置剖面線的樣式和比例。2.創(chuàng)建斷面圖：學習創(chuàng)建移出斷面圖或重合斷面圖。3.創(chuàng)建局部放大圖：選擇視圖中需要詳細表達的區(qū)域，創(chuàng)建局部放大圖，設置放大比例。（四）工程圖標注1.自動標注與手動標注尺寸：嘗試使用自動標注功能將三維模型中的尺寸關聯(lián)到工程圖中。學習手動添加必要的尺寸，并調(diào)整尺寸的位置、樣式和精度。理解“模型驅(qū)動”標注的優(yōu)勢。2.添加公差：對重要尺寸添加尺寸公差（如極限偏差、正負偏差）。3.添加形位公差：學習標注常見的形位公差，如直線度、平面度、圓度、圓柱度、平行度、垂直度、同軸度等，正確設置基準和公差值。4.添加表面粗糙度符號：在零件的不同表面上添加適當?shù)谋砻娲植诙确枴?.添加技術(shù)要求：在圖紙的適當位置添加文字形式的技術(shù)要求，說明零件的加工、檢驗、裝配等方面的要求。6.填寫標題欄：按照規(guī)范填寫標題欄中的各項信息，如零件名稱、材料、比例、數(shù)量、設計人等。（五）工程圖的打印預覽與輸出1.設置打印參數(shù)，選擇打印機、紙張大小、打印區(qū)域、打印比例、打印方向等。2.進行打印預覽，檢查圖紙布局和標注是否完整、清晰。3.（可選）將工程圖保存為PDF或其他圖片格式。四、實驗報告要求1.簡述從三維模型生成二維工程圖的主要過程。2.附上所創(chuàng)建的完整工程圖截圖，要求包含至少三個基本視圖、一個剖視圖（或局部放大圖），并完成主要尺寸標注、必要的形位公差、表面粗糙度及技術(shù)要求。3.總結(jié)工程圖標注過程中需要注意的規(guī)范和技巧。五、注意事項1.工程圖繪制必須嚴格遵守國家標準（GB）或相關行業(yè)標準。2.標注尺寸時，應確保尺寸的完整性、清晰性和合理性，避免重復標注和過約束標注。3.剖視圖的剖切位置和投射方向必須明確。4.所有標注應與三維模型相關聯(lián)，確保模型修改時，工程圖能自動更新（若軟件支持此功能）。---附錄：常用CAD命令快捷鍵參考（主流軟件通用）*文件操作：新建(N)，打開(O)，保存(S)，另存為(Ctrl+S)*編輯操作：復制(Ctrl+C)，粘貼(Ctrl+V)，剪切(Ctrl+X)，刪除(Del)，撤銷(Ctrl+Z)，重做(Ctrl+Y)*視圖操作：縮放(Z)，平移(P)，旋轉(zhuǎn)(RO)*二維繪圖：直線(L)，圓(C)，圓弧(A)，矩形(REC)，多邊形(POL)，文字(T)*二維編輯：移動(M)，旋轉(zhuǎn)(RO)，縮放(SC)，修剪(TR)，延伸(EX)，鏡像(MI)，陣列(AR)，倒角(CHA)，圓角(F)*尺寸標注：線性標注(DLI)，對齊標注(DAL)，半徑標注(DRA)，直徑標注