計算機輔助設計與製造

計算機輔助設計與製造

本書共12章，主要介紹計算機輔助設計與製造基本理論和基礎知識；工程數據的處理；圖形技術基礎；幾何造型系統的數據結構；幾何造型技術；隱藏線和隱藏面的處理；自由曲線與曲面CAD；計算機輔助工藝過程（CAPP）技術基礎；計算機輔助工程（CAE）技術基礎；計算機輔助製造；CAD/CAM集成技術；逆向工程與快速原型製造等。

第1章緒論1

11CAD/CAM概述1

111從產品製造的過程理解CAD/CAM2

112從計算機科學的角度看3

12CAD/CAM技術的發展4

121CAD/CAM發展概況4

122CAD/CAM展望5

13CAD/CAM系統的組成、集成及工作過程6

131CAD/CAM系統的組成7

132CAD/CAM系統的集成9

133CAD/CAM系統的工作過程10

14CAD/CAM系統應具備的基本功能11

15當前CAD/CAM系統常用軟體12

151CAD/CAM系統支撐軟體12

152國產專業應用軟體介紹14

16CAD/CAM集成的支撐系統15

161計算機網路基礎15

162網路的類型16

163CAD/CAM集成環境下網路的特點16

思考題16

第2章工程數據的處理17

21數表的程序化處理17

211一維數表的處理17

212二維數表的處理18

22數表的文件化處理19

221用編輯軟體產生順序文件設計20

222用程序生成順序文件設計20

223文件的讀取和檢索的設計21

23一維數表的插值處理22

231線性插值法22

232拉格朗日二次插值（拋物線插值）23

24線圖的處理24

241線圖的表格化處理24

242線圖的公式化處理24

25工程數據的資料庫管理25

251資料庫系統及管理25

252FoxPro關係型資料庫系統26

253FoxPro與高級語言的介面設計31

思考題35

第3章圖形技術基礎36

31坐標系36

311設備坐標系36

312用戶坐標系37

313規範坐標系37

314窗口坐標系37

32圖形變換37

321二維圖形的幾何變換38

322三維圖形幾何變換41

323三維形體的投影變換42

33窗口視區變換46

331窗口46

332視區47

333窗、視變換47

34交互技術48

341常見交互技術及其應用48

342交互技術的分類49

343交互設計原則50

35用戶界面51

351用戶界面的類型與設計52

352用戶界面設計52

思考題53

第4章幾何造型系統的數據結構55

41數據結構知識55

411基本概念55

412線性表56

413樹形結構57

414二叉樹結構57

42幾何體在計算機中的表示58

421幾何造型中的坐標系58

422表示形體的數據結構59

43三維形體的原理及表達60

431線框造型61

432曲面（表面）造型62

4徠33實體建模67

思考題69

第5章幾何造型技術70

51實體造型技術70

511布爾運算理論70

512布爾運算的具體實現71

513邊界表示的數據結構與歐拉操作71

514構造實體幾何73

515CSG與Brep混合造型方法76

516掃描表示法77

52特徵建模78

521特徵的定義78

522特徵表示及數據結構79

523特徵造型的特點79

53裝配造型80

531裝配模型的表示80

532裝配約束技術81

533裝配造型方法及步驟83

54參數化與變數化技術84

541參數化與變數化造型的關鍵技術84

542參數化與變數化技術的發展現狀85

思考題85

第6章隱藏線和隱藏面的處理86

61消隱常用的計算方法87

611兩直線段求交點87

612平面多邊形的外法矢量87

613包容性檢驗88

614包圍盒檢驗89

615交矩形檢驗90

616深度檢驗90

617平面和棱邊的分類91

62凸多面體消隱(Roberts消隱)92

63任意多面體的隱藏線消除93

631演演算法思想94

632剔除朝後面和建立潛在可見面表94

633建立潛在可見棱邊表94

634求每條潛在可見棱邊與各個朝前面的隱藏關係94

64Z緩衝器演演算法95

641Z緩衝器演演算法基本思想95

642Z緩衝器演演算法步驟96

643深度值的計算96

644Z緩衝器演演算法特點97

65掃描線演演算法97

651掃描線演演算法的三表數據結構97

652掃描線經過非多邊形相交區域98

653掃描線經過多邊形投影相互覆蓋區域98

654多邊形發生相互貫穿99

655掃描線消隱演演算法特點99

66畫家演演算法99

661畫家演演算法的基本思想100

662多邊形優先順序的考慮100

663交叉覆蓋和循環覆蓋多邊形的優先順序考慮100

664解決深度優先順序衝突的排序演演算法100

665畫家演演算法特點101

67區域子分割演演算法(Warnack演演算法)102

68光線投射演演算法103

69消隱演演算法的編程實現103

691線消隱103

692面消隱編程實現舉例105

思考題107

第7章自由曲線和自由曲面理論108

71曲線曲面的基礎知識108

711矢量代數基礎109

712曲線論110

713曲面論114

72參數多項式與數據點的參數化117

721參數多項式117

722數據點的參數化117

723參數曲線的代數和幾何形式118

724連續性120

73Bezier曲線與曲面121

731Bezier曲線的定義和性質121

732Bezier曲線的遞推(deCasteljau)演演算法125

733Bezier曲線的拼接126

734Bezier曲線的升階與降階127

735Bezier曲面128

74均勻B樣條曲線曲面130

741B樣條曲線的定義130

742B樣條曲線的矩陣表示131

743B樣條曲面132

75NURBS曲線曲面133

751NURBS曲線的定義133

752權因子對NURBS曲線形狀的影響134

753NURBS曲面的定義135

754權因子對NURBS曲面片的影響135

76曲線、曲面生成136

761曲線生成136

762曲面生成137

思考題140

第8章計算機輔助工藝過程（CAPP）技術基礎141

81概述141

811CAPP的基本概念141

812CAPP系統的發展及其在中國的應用142

82CAPP的基本功能與模塊144

83工藝資料庫與知識庫146

831工藝數據與知識的種類和特點146

832工藝數據與知識的獲取與表達146

833工藝數據與知識庫的設計147

834構造工藝資料庫與知識庫的一般步驟149

84派生法CAPP系統149

841基於GT的派生法CAPP系統149

842基於特徵的派生法CAPP系統151

85創成法CAPP系統153

851創成法CAPP系統的工作原理153

852零件信息描述154

853工藝知識庫的建立155

854推理機的設計155

855創成法CAPP系統的工藝決策邏輯156

86其他類型的CAPP系統簡介158

861基於人工神經元網路的CAPP系統158

862基於實例與知識的CAPP系統158

863混合式CAPP系統159

思考題159

第9章計算機輔助工程技術基礎160

91計算機輔助工程(CAE)技術概述160

911製品設計161

912模具設計和製造161

913注塑成型162

92有限元分析162

921有限元分析簡介162

922彈性力學基本知識163

923有限元方法的表達式164

924有限元法的基本解法與步驟165

925有限元分析的前置處理和後置處理167

926有限元法在機械工程中的應用167

927有限元分析軟體——ANSYS簡介167

93優化設計170

931優化設計的數學描述170

932約束條件的處理171

933常用優化搜索方法171

934優化設計的一般過程173

935優化設計應用實例174

94模擬技術175

941模擬的基本概念及分類175

942計算機模擬的一般過程177

943模擬在CAD/CAE/CAM系統中的應用178

944計算機模擬的發展方向178

945計算機模擬軟體179

思考題180

第10章計算機輔助製造182

101數控加工的特點和內容182

102數控編程及其發展184

1021數控加工編程的概念184

1022數控編程的現狀和發展趨勢184

1023計算機輔助數控加工程序編製186

1024數控編程方法187

1025數控語言及其選擇189

1026APT語言基本語句190

1027數控加工程序編程的內容與步驟191

103數控程序系統193

104數控加工模擬194

1041數控加工模擬目的與意義194

1042數控模擬技術的研究現狀及發展趨勢195

1043幾何模擬195

1044數控加工模擬系統的體系結構196

1045數控加工模擬形式197

105NC刀具軌跡生成方法研究現狀200

1051基於點、線、面和體的NC刀軌生成方法200

1052基於特徵的NC刀軌生成方法201

1053幾個主要CAD/CAM系統中的NC刀軌生成方法分析202

1054CAM系統刀軌生成方法的主要問題203

1055數控加工軌跡生成原理203

思考題204

第11章CAD/CAM集成技術205

111概述205

1111系統集成的目的與原則205

1112系統集成的內容206

112系統的集成環境和方式206

1121集成環境206

1122集成方式207

113CAD/CAM系統集成的關鍵技術209

1131產品建模技術209

1132集成數據管理技術209

1133產品數據交換介面技術210

1134執行控制程序210

114計算機集成製造系統(CIMS)210

1141CIMS的構成210

1142CIMS的特點211

1143實現CIMS的關鍵技術212

115基於產品數據管理的CAD/CAM系統集成213

1151產品數據表達213

1152產品數據管理214

1153基於PDM的CAD/CAM內部集成215

1154基於PDM的CAD/CAM外部集成216

1155PDM與CIMS的關係217

116敏捷製造217

1161敏捷製造的基本原理217

1162敏捷製造的組成218

1163敏捷製造中的CAD/CAE/CAM系統219

117并行工程220

1171并行工程的含義220

1172并行工程的特點221

1173面向并行工程的CAD/CAE/CAM技術222

118基本圖形交換規範標準224

1181DXF(繪圖交換格式)224

1182IGES（初始圖形交換規範）225

1183STEP(產品模型數據交換標準)228

思考題231

第12章逆向工程與快速原型製造233

121逆向工程簡介233

1211逆向工程定義233

1212逆向工程的關鍵技術233

1213逆向工程的研究現狀234

1214逆向工程的應用領域235

1215逆向工程商業軟體235

1216逆向工程技術的發展趨勢236

122數據測量技術236

1221接觸式測量法236

1222非接觸式測量法237

1223逐層掃描測量法238

123數據預處理技術239

1231點雲類型239

1232異常點去除240

1233數據精簡240

1234數據平滑243

124模型重構技術243

1241概述243

1242曲線曲面的插值法構造244

1243B樣條曲線曲面逼近247

1244重構曲面的精度評定250

125逆向工程軟體（Surfacer）介紹251

1251Imageware簡介251

1252Surfacer介紹252

126快速原型製造技術253

1261快速原型製造技術概述253

1262快速成形方法254

1263基於RP的快速制模技術255

1264RP技術的局限性256

思考題257

參考文獻258