计算机辅助设计基础及应用

第1章 概述 1

1.1 现代产品设计与CAD技术 1

1.1.1 现代产品设计概述 1

1.1.2 CAD技术与现代产品设计 2

1.2 CAD技术的发展历程及发展趋势 2

1.2.1 CAD技术的发展历程 3

1.2.2 CAD技术在我国的发展和应用 4

1.2.3 CAD技术的发展趋势 4

1.3 CAD技术的特点与应用 5

1.3.1 CAD技术的特点 5

1.3.2 CAD技术的应用 6

1.3.3 采用CAD技术的优点和风险 6

1.4 习题 7

第2章 CAD系统的组成 8

2.1 CAD系统的类型和构建模式 8

2.1.1 CAD系统的分类 8

2.1.2 CAD系统的构建模式 11

2.2 CAD系统的硬件组成 12

2.2.1 CAD系统的硬件 12

2.2.2 工作站和微机 14

2.3 CAD系统的软件组成 15

2.3.1 系统软件 16

2.3.2 CAD支撑软件 16

2.3.3 CAD应用软件 18

2.3.4 商品化CAD支撑软件包

介绍 18

2.4 CAD系统的选型原则 19

2.4.1 CAD系统选型工作的重要意义 19

2.4.2 CAD系统选型的基本要素 19

2.4.3 选择CAD系统的原则 22

2.5 习题 22

第3章 CAD接口技术及图形标准 23

3.1 交互技术与用户接口 23

3.1.1 交互任务与交互技术 23

3.1.2 输入控制方式 26

3.1.3 交互系统的构造 26

3.2 计算机图形接口及计算机图形元文件 28

3.2.1 计算机图形接口(CGI) 28

3.2.2 计算机图形元文件(CGM) 29

3.3 计算机图形软件标准 30

3.3.1 图形核心系统(GKS和GKS-3D) 30

3.3.2 程序员层次交互式图形系统(PHIGS) 31

3.3.3 图形程序库(OpenGL) 32

3.4 产品数据交换标准 33

3.4.1 基于DXF文件的图形数据交换 33

3.4.2 基本图形交换规范(IGES) 37

3.4.3 产品模型数据转换标准(STEP) 38

3.5 习题 41

第4章 CAD软件工程技术 42

4.1 软件工程的基本概念 42

4.1.1 软件与软件工程 42

4.1.2 软件工程过程模型 44

4.2 CAD应用软件开发 47

4.2.1 CAD软件工程的特点 47

4.2.2 CAD软件工程的开发流程 47

4.3 CAD软件的文档编制规范 49

4.3.1 可行性研究报告 49

4.3.2 项目开发计划 50

4.3.3 软件需求说明书 50

4.3.4 数据要求说明书 51

4.3.5 概要设计说明书 51

4.3.6 详细设计说明书 52

4.3.7 测试计划 52

4.3.8 测试分析报告 53

4.3.9 项目开发总结报告 53

4.4 习题 54

第5章 计算机图形处理技术基础 55

5.1 图形处理的数学基础 55

5.1.1 向量运算 55

5.1.2 矩阵运算 56

5.1.3 齐次坐标 59

5.2 图形程序库 60

5.2.1 设备驱动程序 60

5.2.2 图形程序库 60

5.3 坐标系 61

5.3.1 设备坐标系 61

5.3.2 虚拟设备坐标系(规格化的设备坐标系) 61

5.3.3 世界坐标系、造型坐标系和观察坐标系 62

5.3.4 坐标变换 63

5.4 窗口与视区 63

5.4.1 窗口 63

5.4.2 视区 64

5.4.3 窗口-视区变换 64

5.5 图形的裁剪与消隐 65

5.5.1 图形的裁剪 65

5.5.2 图形的消隐 66

5.6 二维图形几何变换 67

5.6.1 二维图形几何变换的一般

表示 67

5.6.2 平移变换与点的齐次坐标表示 70

5.6.3 二维组合变换 72

5.7 三维图形几何变换 73

5.7.1 三维基本变换 73

5.7.2 三维组合变换与投影变换 75

5.8 习题 76

第6章 几何造型系统 77

6.1 空间几何元素的定义 77

6.2 线框造型 80

6.3 曲面造型 80

6.4 实体造型 81

6.4.1 基本造型功能 81

6.4.2 实体造型的数据结构 84

6.4.3 基于特征的造型 87

6.4.4 参数化造型 88

6.5 非流形形体造型 89

6.6 装配造型 90

6.6.1 装配造型的功能 90

6.6.2 装配浏览 91

6.6.3 并行设计功能 92

6.6.4 装配模型的使用 92

6.6.5 装配简化 93

6.7 习题 93

第7章 自由曲线和自由曲面 94

7.1 基本概念 94

7.1.1 曲线和曲面的数学表示 94

7.1.2 基本术语 95

7.2 自由曲线 96

7.2.1 Hermite曲线 96

7.2.2 Bezier曲线 98

7.2.3 B样条曲线 103

7.3 自由曲面 108

7.3.1 双线性参数曲面 109

7.3.2 Coons曲面片与双三次参数曲面片 110

7.3.3 Bezier曲面 113

7.3.4 B样条曲面 114

7.3.5 曲面片的连续 115

7.4 习题 116

第8章 AutoCAD绘图软件包 117

8.1 概述 117

8.1.1 AutoCAD的发展历史 117

8.1.2 AutoCAD 2018的主要功能 118

8.1.3 AutoCAD 2018的工作界面 120

8.1.4 图形文件管理 127

8.2 绘图设置及绘图实用工具 128

8.2.1 图层、线型、线宽及颜色 128

8.2.2 样板文件 130

8.2.3 绘图实用工具 131

8.2.4 配置AutoCAD 2018绘图环境 135

8.3 二维绘图与编辑 137

8.3.1 二维绘图 138

8.3.2 二维编辑 138

8.3.3 图案填充、面域与图形

信息 139

8.3.4 使用文字与表格 142

8.3.5 标注图形尺寸 146

8.3.6 图形显示控制 147

8.4 三维建模 149

8.4.1 基本概念、基本操作 149

8.4.2 绘制三维点和线 153

8.4.3 绘制三维网格 154

8.4.4 实体建模 157

8.4.5 三维曲面建模 160

8.5 三维编辑 161

8.5.1 三维移动 161

8.5.2 三维镜像 161

8.5.3 三维旋转 162

8.5.4 三维阵列 162

8.5.5 对齐位置 163

8.5.6 布尔操作 163

8.5.7 其他编辑操作 164

8.5.8 标注三维对象的尺寸 165

8.6 渲染 165

8.7 AutoCAD的Internet功能 167

8.8 习题 168

第9章 二次开发技术 170

9.1 LISP、AutoLISP及Visual LISP 170

9.2 Visual LISP集成开发环境 170

9.2.1 菜单栏、工具栏和状态栏 171

9.2.2 文本编辑器 172

9.2.3 控制台窗口和跟踪窗口 173

9.3 加载、运行AutoLISP程序 174

9.3.1 在Visual LISP集成开发环境中加载、运行AutoLISP程序 174

9.3.2 在AutoCAD环境中加载、运行AutoLISP程序 174

9.4 AutoLISP编程 175

9.4.1 AutoLISP程序文件及其结构 176

9.4.2 AutoLISP数据类型 177

9.5 AutoLISP函数 179

9.6 在Visual LISP集成开发环境中调试程序 185

9.7 应用举例 189

9.8 习题 190

第10章 工程数据的计算机处理 192

10.1 概述 192

10.2 数表的计算机处理 193

10.2.1 数表程序化 193

10.2.2 一元函数插值 193

10.2.3 二元函数插值 195

10.3 线图的程序化 196

10.3.1 建立拟合公式的方法 196

10.3.2 *小二乘法拟合的基本思想 196

10.3.3 *小二乘法多项式拟合 197

10.3.4 *小二乘法其他函数拟合 198

10.4 通用数据处理软件介绍 199

10.5 工程数据文件处理 200

10.6 数据库管理系统在CAD中的应用 201

10.6.1 数据库系统概述 201

10.6.2 数据库在CAD中的应用 202

10.7 工程数据库系统简介 212

10.7.1 工程数据库系统的概念 212

10.7.2 工程数据库系统的特点 213

10.7.3 工程数据库系统的构成方法 214

10.8 产品数据管理技术及其发展 214

10.8.1 PDM的产生 215

10.8.2 PDM的基本概念 215

10.8.3 PDM的发展 216

10.8.4 PDM的功能分析 216

10.8.5 PDM技术分析 218

10.9 习题 219

第11章 计算机辅助制造技术 220

11.1 计算机辅助制造 220

11.1.1 概述 220

11.1.2 CAM系统的典型体系结构 221

11.1.3 数控编程 221

11.2 计算机辅助工艺规程设计 222

11.2.1 CAPP概述 222

11.2.2 CAPP的系统原理和系统结构 224

11.2.3 派生式CAPP系统 225

11.2.4 创成式CAPP系统 232

11.3 CAD/CAM系统集成 240

11.3.1 系统集成的必要性 240

11.3.2 CAD/CAM系统集成的程度 241

11.3.3 CAD/CAM系统集成的关键技术 242

11.4 先进制造技术概述 243

11.4.1 计算机集成制造系统 243

11.4.2 并行工程 246

11.4.3 虚拟制造技术 249

11.5 习题 251

第12章 Mastercam软件包 252

12.1 概述 252

12.1.1 Mastercam的基本情况 252

12.1.2 Mastercam的主要功能 253

12.1.3 Mastercam X6的工作界面 253

12.1.4 文件管理 255

12.2 系统设置和基本操作 257

12.2.1 系统配置 257

12.2.2 基本概念与操作 259

12.3 CAD零件设计 262

12.3.1 二维造型 262

12.3.2 三维曲面设计 265

12.3.3 三维实体设计 268

12.4 数控加工基础 272

12.4.1 数控编程的基本过程 272

12.4.2 参数设置 276

12.4.3 操作管理 281

12.4.4 刀具路径编辑 286

12.5 CAM刀具路径设计 287

12.5.1 二维加工 287

12.5.2 三维加工 288

12.5.3 多轴加工 292

12.6 Mastercam综合实例 293

12.6.1 零件模型设计 293

12.6.2 零件刀具路径设计 297

12.7 习题 301

第13章 平面连杆机构CAD 303

13.1 矢量三角形法运动分析的数学模型 303

13.1.1 四杆机构的位置分析 304

13.1.2 简单平面连杆机构的运动分析 305

13.1.3 复杂平面连杆机构运动分析 312

13.2 杆组法运动分析的数学模型 315

13.2.1 基本杆组的划分方法 315

13.2.2 同一构件上点的运动分析 317

13.2.3 RRR杆组的运动分析 318

13.2.4 RRP杆组的运动分析 320

13.2.5 RPR杆组的运动分析 322

13.3 杆机构运动分析与模拟 324

13.4 平面连杆机构设计的类型 326

13.5 连杆机构的综合 327

13.5.1 连杆机构的综合方法 328

13.5.2 刚体导引机构的设计 328

13.5.3 函数变换机构的设计 331

13.5.4 轨迹发生机构的设计 332

13.6 习题 333

参考文献 336