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CAD/CAM技術
本書全面系統(tǒng)地描述了產(chǎn)品全生命周期中CAD/CAM技術的基本概念、基本理論和基本方法。全書共分為12章,主要內容包括CAD/CAM技術概述、CAD/CAM系統(tǒng)、計算機圖形處理技術、計算機輔助概念設計、CAD/CAM建模技術、CAD/CAM裝配建模技術、計算機輔助工程分析、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造技術、計算機輔助質量管理技術、CAD/CAM系統(tǒng)集成及CAD/CAM應用軟件開發(fā)技術等。
全書將概念、理論與應用有機結合,在建模、分析、工藝、編程及二次開發(fā)等章節(jié)分別增加了SolidWorks、開目CAPP、MasterCAM、ANSYS等軟件的應用實例。
第1章 CAD/CAM技術概述 (1)
1.1 CAD/CAM技術的基本概念 (1) 1.2 CAD/CAM技術 (2) 1.2.1 CAD技術 (2) 1.2.2 CAE技術 (2) 1.2.3 CAPP技術 (4) 1.2.4 CAM技術 (4) 1.2.5 CAQ技術 (5) 1.2.6 PDM技術 (5) 1.3 CAD/CAM技術在產(chǎn)品設計制造 過程中的地位 (6) 1.4 CAD/CAM系統(tǒng)的功能與任務 (7) 1.4.1 CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能 (7) 1.4.2 CAD/CAM系統(tǒng)的主要任務 (7) 1.5 CAD/CAM技術的應用和發(fā)展 (9) 1.5.1 CAD/CAM技術在工業(yè)中的 應用 (9) 1.5.2 CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢 (10) 習題與思考題 (12) 第2章 CAD/CAM系統(tǒng) (13) 2.1 CAD/CAM系統(tǒng)的組成與分類 (13) 2.1.1 CAD/CAM系統(tǒng)的組成 (13) 2.1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的分類 (15) 2.2 CAD/CAM系統(tǒng)的硬件與支撐軟件 (15) 2.2.1 CAD/CAM系統(tǒng)的硬件 (15) 2.2.2 CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件 (18) 2.3 CAD/CAM系統(tǒng)的設計原則 (20) 2.3.1 系統(tǒng)設計的總體原則 (20) 2.3.2 系統(tǒng)中硬件設備的選用原則 (22) 2.4 網(wǎng)絡化CAD/CAM系統(tǒng) (23) 2.4.1 概述 (23) 2.4.2 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構和 網(wǎng)絡協(xié)議 (23) 2.4.3 客戶機/服務器工作模式 (24) 2.4.4 CAD/CAM系統(tǒng)和網(wǎng)絡 (25) 2.5 基于云計算的CAD/CAM系統(tǒng) (26) 2.5.1 云計算的概念與組成 (26) 2.5.2 CAD/CAM云設計平臺概念 和技術體系 (27) 習題與思考題 (31) 第3章 計算機圖形處理技術 (32) 3.1 圖形的幾何變換 (32) 3.1.1 圖形幾何變換的基本原理 (32) 3.1.2 二維圖形的基本變換 (32) 3.1.3 二維圖形的組合變換 (37) 3.1.4 三維圖形基本變換 (40) 3.1.5 三維圖形組合變換 (42) 3.1.6 工程圖的生成 (43) 3.2 圖形的消隱技術 (44) 3.2.1 消隱的概念與作用 (44) 3.2.2 消隱算法中的基本測試方法 (45) 3.2.3 常用消隱算法 (47) 3.3 圖形的光照處理技術 (50) 3.3.1 光照處理的基本原理 (51) 3.3.2 光照處理的基本算法 (53) 3.4 圖形裁剪技術 (54) 3.4.1 窗口與視區(qū) (54) 3.4.2 二維圖形裁剪 (56) 3.5 曲線設計 (61) 3.5.1 Bezier曲線 (61) 3.5.2 B樣條曲線 (62) 3.6 曲面設計 (64) 3.6.1 Bezier曲面 (65) 3.6.2 B樣條曲面 (66) 3.6.3 孔斯曲面 (66) 習題與思考題 (68) 第4章 計算機輔助概念設計 (69) 4.1 基本概念 (69) 4.1.1 概念設計的內涵 (69) 4.1.2 計算機輔助概念設計的內涵 (71) 4.1.3 CACD的方法與支撐技術 (74) 4.2 CACD的流程與模型 (74) 4.2.1 設計流程 (74) 4.2.2 設計概念的產(chǎn)生、定位與 決策 (76) 4.2.3 計算機輔助概念設計體系 結構 (78) 4.2.4 功能建模 (78) 4.2.5 形態(tài)學建模 (80) 4.3 CACD方案的評價 (81) 4.3.1 方案評價的指標體系與 原理 (81) 4.3.2 方案評價識別模型 (82) 習題與思考題 (84) 第5章 CAD/CAM建模技術 (85) 5.1 基本概念 (85) 5.1.1 概述 (85) 5.1.2 建;A知識 (85) 5.1.3 常用建模方法 (89) 5.2 線框建模 (90) 5.2.1 線框建模的概念 (90) 5.2.2 線框建模的特點 (91) 5.3 表面建模 (92) 5.3.1 表面建模的基本概念 (92) 5.3.2 表面描述方法的種類 (93) 5.3.3 曲面造型方法 (94) 5.3.4 曲面建模的特點 (96) 5.4 實體建模 (96) 5.4.1 實體建模的基本原理 (96) 5.4.2 實體建模的表示方法 (98) 5.5 特征建模 (103) 5.5.1 特征建模的概念 (103) 5.5.2 特征建模的形成體系 (104) 5.5.3 特征間的關系 (105) 5.5.4 特征的表達方法 (106) 5.5.5 特征庫的建立 (106) 5.5.6 特征建模技術的實現(xiàn)和 發(fā)展 (107) 5.6 參數(shù)化特征建模 (107) 5.6.1 參數(shù)化特征建模的概念 (107) 5.6.2 參數(shù)化特征建模的表示 及其數(shù)據(jù)結構 (108) 5.6.3 參數(shù)化特征建模技術應用 范圍 (110) 5.7 同步建模 (110) 5.7.1 基本概念與特點 (110) 5.7.2 同步建模軟件的結構層次 (111) 5.7.3 同步解析引擎 (112) 5.7.4 同步建模中的特征技術 (112) 5.7.5 應用同步建模技術的CAD 數(shù)據(jù)交換 (114) 5.8 行為建模 (115) 5.8.1 基本概念與特點 (115) 5.8.2 行為建模技術的核心 (116) 5.9 SolidWorks 的參數(shù)化特征建模 技術 (117) 5.9.1 SolidWorks工作界面及特征 管理樹 (117) 5.9.2 SolidWorks實體建模 (120) 5.9.3 SolidWorks曲面建模 (122) 5.9.4 SolidWorks的參數(shù)化特征 建模實例 (125) 習題與思考題 (129) 第6章 CAD/CAM裝配建模技術 (131) 6.1 裝配建模概述 (131) 6.2 裝配模型 (132) 6.2.1 裝配模型分類 (132) 6.2.2 裝配模型的結構 (134) 6.2.3 裝配模型的管理 (135) 6.3 裝配約束技術 (136) 6.3.1 裝配約束分析 (136) 6.3.2 裝配約束規(guī)劃 (138) 6.4 裝配建模方法 (140) 6.4.1 自底向上的裝配設計 (140) 6.4.2 自頂向下的裝配設計 (141) 6.4.3 混合裝配建模方法 (142) 6.5 裝配建模技術的應用 (142) 6.5.1 基于Solidworks的自底向上 的裝配設計 (142) 6.5.2 基于Solidworks的自頂向下 的裝配設計 (144) 習題與思考題 (146) 第7章 計算機輔助工程分析 (147) 7.1 概述 (147) 7.2 有限元分析技術 (149) 7.2.1 有限元分析基本原理 (150) 7.2.2 有限元法的分析步驟 (150) 7.2.3 有限元法的前置處理與后置 處理 (155) 7.3 優(yōu)化設計方法 (156) 7.3.1 優(yōu)化設計數(shù)學模型 (156) 7.3.2 優(yōu)化設計過程 (158) 7.3.3 機械設計中常用優(yōu)化設計 方法 (159) 7.4 工程分析中的動態(tài)仿真 (161) 7.4.1 仿真的基本概念 (162) 7.4.2 計算機仿真的工作流程 (164) 7.4.3 仿真技術的應用 (166) 習題與思考題 (168) 第8章 計算機輔助工藝過程設計 (169) 8.1 概述 (169) 8.1.1 CAPP的定義及作用 (169) 8.1.2 CAPP的應用意義 (169) 8.1.3 CAPP的分類及基本原理 (170) 8.1.4 CAPP的發(fā)展趨勢 (171) 8.2 零件信息描述與輸入 (172) 8.2.1 圖紙信息描述與人機交互式 輸入 (172) 8.2.2 從CAD系統(tǒng)獲取零件 信息 (173) 8.3 派生式CAPP系統(tǒng) (174) 8.3.1 成組技術 (174) 8.3.2 零件分類編碼系統(tǒng) (176) 8.3.3 基于GT的派生式CAPP 系統(tǒng) (180) 8.3.4 基于特征(實例)推理的 派生式CAPP系統(tǒng) (181) 8.4 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) (185) 8.4.1 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的設計 方法 (185) 8.4.2 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的組成 及工作過程 (186) 8.4.3 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝 決策 (187) 8.4.4 一般創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的 工藝決策方法 (187) 8.5 CAPP專家系統(tǒng) (190) 8.5.1 專家系統(tǒng)概念 (190) 8.5.2 創(chuàng)成式CAPP專家系統(tǒng) 概述 (190) 8.5.3 CAPP專家系統(tǒng)組成 (191) 8.5.4 知識的獲取和表達 (191) 8.5.5 工藝決策知識的組織與管理 (194) 8.5.6 CAPP專家系統(tǒng)推理策略 (194) 8.6 計算機輔助工裝設計 (195) 8.6.1 夾具設計 (195) 8.6.2 復雜刀具計算機輔助設計 (198) 8.7 CAPP的工藝數(shù)據(jù)庫技術 (202) 8.7.1 工藝數(shù)據(jù)基本概念 (202) 8.7.2 工藝數(shù)據(jù)類型及特點 (202) 8.7.3 工藝數(shù)據(jù)庫建立 (205) 8.7.4 工藝數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (208) 8.8 CAPP系統(tǒng)開發(fā)與應用 (208) 8.8.1 CAPP系統(tǒng)開發(fā)目標 (208) 8.8.2 CAPP系統(tǒng)開發(fā)原則 (208) 8.8.3 開發(fā)環(huán)境及工具的選擇 (209) 8.8.4 CAPP系統(tǒng)開發(fā)過程 (210) 8.8.5 CAPP系統(tǒng)功能模塊 (212) 8.9 開目CAPP系統(tǒng)簡介 (212) 8.9.1 開目CAPP的功能模塊 (213) 8.9.2 開目CAPP主要特點 (215) 8.9.3 開目CAPP工藝規(guī)程編制 實例 (216) 習題與思考題 (223) 第9章 計算機輔助制造技術 (224) 9.1 CAM技術概述 (224) 9.1.1 CAM技術原理和基本概念 (224) 9.1.2 CAM系統(tǒng)功能與體系結構 (224) 9.2 計算機輔助數(shù)控編程基礎 (226) 9.2.1 計算機輔助數(shù)控加工編程的 一般原理 (226) 9.2.2 數(shù)控編程的內容與步驟 (226) 9.2.3 數(shù)控編程術語與標準 (228) 9.3 數(shù)控自動編程 (230) 9.3.1 APT語言自動編程 (230) 9.3.2 CAD/CAM集成系統(tǒng)數(shù)控 編程 (232) 9.4 圖形交互式自動編程技術 (233) 9.4.1 圖形交互式自動編程的 特點和基本步驟 (233) 9.4.2 加工工藝決策 (235) 9.5 MasterCAM數(shù)控編程實例 (238) 9.5.1 MasterCAM的基本功能 (238) 9.5.2 MasterCAM的工作界面 (238) 9.5.3 MasterCAM數(shù)控編程的一般 工作流程 (239) 9.5.4 MasterCAM數(shù)控編程實例 (239) 習題與思考題 (250) 第10章 計算機輔助質量系統(tǒng)技術 (251) 10.1 概述 (251) 10.1.1 與質量有關的基本概念 (251) 10.1.2 傳統(tǒng)的質量系統(tǒng)存在的 問題 (252) 10.1.3 計算機輔助質量系統(tǒng)及其 作用 (252) 10.2 計算機輔助質量系統(tǒng)設計 (254) 10.2.1 CAQ系統(tǒng)的基本組成 (254) 10.2.2 CAQ系統(tǒng)的信息流程 (254) 10.2.3 CAQ系統(tǒng)功能設計與 分析 (255) 10.3 加工系統(tǒng)質量監(jiān)測技術 (256) 10.3.1 加工系統(tǒng)的檢測技術 (256) 10.3.2 加工系統(tǒng)工件尺寸的自動 測量 (259) 10.3.3 加工系統(tǒng)刀具的自動識別 和監(jiān)測 (264) 10.3.4 加工系統(tǒng)加工設備的自動 監(jiān)測 (268) 習題與思考題 (271) 第11章 CAD/CAM系統(tǒng)集成 (272) 11.1 CAD/CAM集成的概念 (272) 11.1.1 CAD/CAM的概念與作用 (272) 11.1.2 CAD/CAM集成系統(tǒng)的基本 組成 (272) 11.1.3 CAD/CAM集成系統(tǒng)的體系 結構 (273) 11.2 CAD/CAM集成方法 (274) 11.2.1 基于專用接口的CAD/CAM 集成 (274) 11.2.2 基于STEP的CAD/CAM 集成 (275) 11.2.3 基于數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM 集成 (276) 11.3 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理的CAD/CAM 系統(tǒng)集成 (276) 11.3.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達 (277) 11.3.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (278) 11.3.3 基于PDM的CAD/CAM 內部集成 (279) 11.3.4 基于PDM的CAD/CAM 外部集成 (280) 習題與思考題 (280) 第12章 CAD/CAM應用軟件開發(fā)技術 (281) 12.1 應用軟件開發(fā)技術概述 (281) 12.1.1 CAD/CAM系統(tǒng)的開發(fā) 要求 (281) 12.1.2 CAD/CAM軟件開發(fā)方式 (282) 12.1.3 CAD/CAM軟件二次開發(fā) 的概念、目的和一般原則 (282) 12.1.4 CAD/CAM系統(tǒng)開發(fā)的 步驟 (283) 12.2 基于通用平臺的系統(tǒng)開發(fā)技術 基礎 (283) 12.2.1 CAD/CAM系統(tǒng)二次開發(fā) 平臺的體系結構 (283) 12.2.2 二次開發(fā)模式及開發(fā)接口 (284) 12.2.3 CAD/CAM軟件參數(shù)化 技術 (285) 12.3 基于SolidWorks的應用軟件開發(fā) 方法 (286) 12.3.1 程序開發(fā)環(huán)境 (286) 12.3.2 開發(fā)方式 (288) 12.3.3 基于SolidWorks的軟件 開發(fā)技術 (295) 12.4 零件參數(shù)化程序開發(fā)實例 (300) 12.4.1 創(chuàng)建零件 (300) 12.4.2 尺寸驅動 (302) 習題與思考題 (304) 參考文獻 (305)
前 言CAD/CAM(計算機輔助設計與制造)是制造工程技術與計算機信息技術結合發(fā)展起來的一門先進制造技術,它的應用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計、制造內容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化,為制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益,被視為工業(yè)化與信息化深度融合的重要支撐技術。目前CAD/CAM技術廣泛應用于機械、電子、航空航天、汽車、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領域,它的研究與應用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。
對制造業(yè)來說,企業(yè)的核心競爭力主要體現(xiàn)在其產(chǎn)品的快速開發(fā)和制造能力上,CAD/CAM技術是提高產(chǎn)品設計質量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本的強有力手段,是當前工程技術人員必須掌握的基本工具,已經(jīng)成為機械工程等學科領域相關專業(yè)本科生和研究生的必修課程。我國作為世界制造大國,對掌握CAD/CAM技術的人才需求十分強烈。但由于CAD/CAM技術仍處于高速發(fā)展階段,其新技術層出不窮。因此,系統(tǒng)地編寫一本反映CAD/CAM技術基本原理與最新進展的教材,滿足當前CAD/CAM技術研究、教學和推廣應用的需要,是本書編寫的初衷。 本書融入作者多年的相關教學與科研經(jīng)驗,圍繞產(chǎn)品全生命周期的設計與制造環(huán)節(jié),全面敘述了CAD/CAM技術所涉及的計算機輔助技術概念、理論和應用技術。在整體結構和內容安排上具有如下特點。 (1)在整體結構上,充分體現(xiàn)內容安排的系統(tǒng)性、條理性和完整性。將產(chǎn)品全生命周期的設計制造理念貫穿全書始終,符合從概念設計到詳細設計及加工制造的基本流程。本書從基本理論入手,以概念設計→建模技術→裝配技術→輔助分析→輔助工藝過程→輔助數(shù)控編程→輔助質量控制→系統(tǒng)集成→CAD/CAM系統(tǒng)的二次開發(fā)技術為主線來安排章節(jié)。 (2)在內容安排上,著重介紹基本概念、原理、關鍵技術和實施方法,加入了云平臺、MBD等新概念,并對多種技術給出仿真實例,在傳統(tǒng)經(jīng)典內容的基礎上突出了新穎性與實用性;驹斫榻B做到清晰準確;關鍵技術介紹突出各單元技術的掌握;在介紹實施方法時,突出思路和方法的多樣性,以開闊學生的思路,培養(yǎng)他們分析問題和解決問的能力。增加了一章計算機輔助概念設計的內容,介紹計算機輔助概念設計的內涵、設計方法、建模與評價。在計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)一章,增加了工藝數(shù)據(jù)庫技術和計算機輔助工裝設計的內容;谄髽I(yè)對各通用系統(tǒng)的不同需求,增加了一章CAD/CAM應用軟件二次開發(fā)技術?紤]到PDM技術應用的日益廣泛,將PDM技術作為CAD/CAM集成技術一章的重點。 全書將概念、理論與應用有機結合,在建模、分析、工藝、編程及二次開發(fā)等章節(jié)分別增加了SolidWorks、開目CAPP、MasterCAM、ANSYS等軟件的應用實例,使學生對基本概念、原理及方法能進一步理解與掌握,從而加強他們的CAD/CAM技術工程應用意識。本書配有PPT課件,請登錄華信教育資源網(wǎng)(www.hxedu.com.cn)注冊后免費下載。 寫作分工如下:第1章由中北大學王宗彥教授編寫,第2、10章由太原理工大學李文斌教授和中北大學王宗彥教授編寫,第3章由太原工業(yè)學院孫淑婷副教授編寫,第4、5、7章由中北大學劉麗娟講師編寫,第6、9、12章由中北大學陸春月講師編寫,第8、11章由太原科技大學閆獻國教授和杜娟副教授編寫,武漢開目信息技術有限責任公司袁惠敏提供了開目CAPP軟件簡介。 全書由王宗彥、陸春月和劉麗娟統(tǒng)稿。本書參考或引用了一些文獻的部分內容,在此對文獻的作者謹致由衷的謝意。 由于編著者水平有限,書中不足、不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。
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