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第1章　绪论 1

1.1 CAD/CAM概述 1

1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM 2

1.1.2　从计算机科学的角度看 3

1.2　CAD/CAM技术的发展 4

1.2.1 CAD/CAM发展概况 4

1.2.2　CAD/CAM展望 5

1.3　CAD/CAM系统的组成、集成及工作过程 6

1.3.1 CAD/CAM系统的组成 7

1.3.2 CAD/CAM系统的集成 9

1.3.3　CAD/CAM系统的工作过程 10

1.4　CAD/CAM系统应具备的基本功能 11

1.5 当前CAD/CAM系统常用软件 12

1.5.1　CAD/CAM系统支撑软件 12

1.5.2 国产专业应用软件介绍 14

1.6 CAD/CAM集成的支撑系统 15

1.6.1　计算机网络基础 15

思考题 16

1.6.2 网络的类型 16

1.6.3 CAD/CAM集成环境下网络的特点 16

第2章　工程数据的处理 17

2.1　数表的程序化处理 17

2.1.1　一维数表的处理 17

2.1.2　二维数表的处理 18

2.2　数表的文件化处理 19

2.2.1　用编辑软件产生顺序文件设计 20

2.2.2　用程序生成顺序文件设计 20

2.2.3　文件的读取和检索的设计 21

2.3　一维数表的插值处理 22

2.3.1　线性插值法 22

2.3.2　拉格朗日二次插值（抛物线插值） 23

2.4　线图的处理 24

2.4.1　线图的表格化处理 24

2.4.2　线图的公式化处理 24

2.5　工程数据的数据库管理 25

2.5.1　数据库系统及管理 25

2.5.2　FoxPro关系型数据库系统 26

2.5.3　FoxPro与高级语言的接口设计 31

思考题 35

第3章　图形技术基础 36

3.1　坐标系 36

3.1.1　设备坐标系 36

3.1.4　窗口坐标系 37

3.2　图形变换 37

3.1.3　规范坐标系 37

3.1.2　用户坐标系 37

3.2.1　二维图形的几何变换 38

3.2.2　三维图形几何变换 41

3.2.3　三维形体的投影变换 42

3.3　窗口－视区变换 46

3.3.1　窗口 46

3.3.2　视区 47

3.3.3　窗、视变换 47

3.4　交互技术 48

3.4.1　常见交互技术及其应用 48

3.4.2　交互技术的分类 49

3.4.3　交互设计原则 50

3.5　用户界面 51

3.5.1　用户界面的类型与设计 52

3.5.2　用户界面设计 52

思考题 53

第4章　几何造型系统的数据结构 55

4.1　数据结构知识 55

4.1.1　基本概念 55

4.1.2　线性表 56

4.1.3　树形结构 57

4.1.4　二叉树结构 57

4.2　几何体在计算机中的表示 58

4.2.1　几何造型中的坐标系 58

4.2.2　表示形体的数据结构 59

4.3　三维形体的原理及表达 60

4.3.1　线框造型 61

4.3.2　曲面（表面）造型 62

4.3.3　实体建模 67

思考题 69

第5章　几何造型技术 70

5.1　实体造型技术 70

5.1.1　布尔运算理论 70

5.1.2　布尔运算的具体实现 71

5.1.3　边界表示的数据结构与欧拉操作 71

5.1.4　构造实体几何 73

5.1.5　CSG与B-rep混合造型方法 76

5.1.6　扫描表示法 77

5.2　特征建模 78

5.2.1　特征的定义 78

5.2.2　特征表示及数据结构 79

5.2.3　特征造型的特点 79

5.3　装配造型 80

5.3.1　装配模型的表示 80

5.3.2　装配约束技术 81

5.3.3　装配造型方法及步骤 83

5.4.1　参数化与变量化造型的关键技术 84

5.4　参数化与变量化技术 84

5.4.2　参数化与变量化技术的发展现状 85

思考题 85

第6章　隐藏线和隐藏面的处理 86

6.1　消隐常用的计算方法 87

6.1.1　两直线段求交点 87

6.1.2　平面多边形的外法矢量 87

6.1.3　包容性检验 88

6.1.4　包围盒检验 89

6.1.5　交矩形检验 90

6.1.6　深度检验 90

6.1.7　平面和棱边的分类 91

6.2 凸多面体消隐（Roberts消隐） 92

6.3　任意多面体的隐藏线消除 93

6.3.1　算法思想 94

6.3.2　剔除朝后面和建立潜在可见面表 94

6.3.3　建立潜在可见棱边表 94

6.3.4　求每条潜在可见棱边与各个朝前面的隐藏关系 94

6.4.1　Z缓冲器算法基本思想 95

6.4　Z缓冲器算法 95

6.4.2　Z缓冲器算法步骤 96

6.4.3　深度值的计算 96

6.4.4　Z缓冲器算法特点 97

6.5　扫描线算法 97

6.5.1　扫描线算法的三表数据结构 97

6.5.2　扫描线经过非多边形相交区域 98

6.5.3　扫描线经过多边形投影相互覆盖区域 98

6.6　画家算法 99

6.5.4　多边形发生相互贯穿 99

6.5.5　扫描线消隐算法特点 99

6.6.1　画家算法的基本思想 100

6.6.2　多边形优先级的考虑 100

6.6.3　交叉覆盖和循环覆盖多边形的优先级考虑 100

6.6.4　解决深度优先级冲突的排序算法 100

6.6.5　画家算法特点 101

6.7　区域子分割算法（Warnack算法） 102

6.9.1　线消隐 103

6.9　消隐算法的编程实现 103

6.8　光线投射算法 103

6.9.2　面消隐编程实现举例 105

思考题 107

第7章 自由曲线和自由曲面理论 108

7.1 曲线曲面的基础知识 108

7.1.1　矢量代数基础 109

7.1.2　曲线论 110

7.1.3 曲面论 114

7.2.2　数据点的参数化 117

7.2.1　参数多项式 117

7.2　参数多项式与数据点的参数化 117

7.2.3　参数曲线的代数和几何形式 118

7.2.4　连续性 120

7.3　Bezier曲线与曲面 121

7.3.1　Bezier曲线的定义和性质 121

7.3.2　Bezier曲线的递推（de Casteljau）算法 125

7.3.3　Bezier曲线的拼接 126

7.3.4　Bezier曲线的升阶与降阶 127

7.3.5　Bezier曲面 128

7.4.1　B样条曲线的定义 130

7.4　均匀B样条曲线曲面 130

7.4.2　B样条曲线的矩阵表示 131

7.4.3　B样条曲面 132

7.5　NURBS曲线曲面 133

7.5.1　NURBS曲线的定义 133

7.5.2　权因子对NURBS曲线形状的影响 134

7.5.3　NURBS曲面的定义 135

7.5.4　权因子对NURBS曲面片的影响 135

7.6.1 曲线生成 136

7.6　曲线、曲面生成 136

7.6.2 曲面生成 137

思考题 140

第8章　计算机辅助工艺过程（CAPP）技术基础 141

8.1　概述 141

8.1.1 CAPP的基本概念 141

8.1.2　CAPP系统的发展及其在中国的应用 142

8.2　CAPP的基本功能与模块 144

8.3.2　工艺数据与知识的获取与表达 146

8.3　工艺数据库与知识库 146

8.3.1　工艺数据与知识的种类和特点 146

8.3.3　工艺数据与知识库的设计 147

8.3.4　构造工艺数据库与知识库的一般步骤 149

8.4　派生法CAPP系统 149

8.4.1 基于GT的派生法CAPP系统 149

8.4.2　基于特征的派生法CAPP系统 151

8.5　创成法CAPP系统 153

8.5.1　创成法CAPP系统的工作原理 153

8.5.2　零件信息描述 154

8.5.3　工艺知识库的建立 155

8.5.4　推理机的设计 155

8.5.5　创成法CAPP系统的工艺决策逻辑 156

8.6　其他类型的CAPP系统简介 158

8.6.1 基于人工神经元网络的CAPP系统 158

8.6.2　基于实例与知识的CAPP系统 158

8.6.3　混合式CAPP系统 159

思考题 159

9.1　计算机辅助工程（CAE）技术概述 160

第9章　计算机辅助工程技术基础 160

9.1.1　制品设计 161

9.1.2　模具设计和制造 161

9.1.3　注塑成型 162

9.2　有限元分析 162

9.2.1　有限元分析简介 162

9.2.2　弹性力学基本知识 163

9.2.3　有限元方法的表达式 164

9.2.4　有限元法的基本解法与步骤 165

9.2.5　有限元分析的前置处理和后置处理 167

9.2.6　有限元法在机械工程中的应用 167

9.2.7　有限元分析软件——ANSYS简介 167

9.3　优化设计 170

9.3.1　优化设计的数学描述 170

9.3.2　约束条件的处理 171

9.3.3　常用优化搜索方法 171

9.3.4　优化设计的一般过程 173

9.3.5　优化设计应用实例 174

9.4.1　仿真的基本概念及分类 175

9.4　仿真技术 175

9.4.2　计算机仿真的一般过程 177

9.4.3 仿真在CAD/CAE/CAM系统中的应用 178

9.4.4　计算机仿真的发展方向 178

9.4.5　计算机仿真软件 179

思考题 180

第10章　计算机辅助制造 182

10.1　数控加工的特点和内容 182

10.2.2　数控编程的现状和发展趋势 184

10.2.1　数控加工编程的概念 184

10.2　数控编程及其发展 184

10.2.3　计算机辅助数控加工程序编制 186

10.2.4　数控编程方法 187

10.2.5　数控语言及其选择 189

10.2.6　APT语言基本语句 190

10.2.7　数控加工程序编程的内容与步骤 191

10.3　数控程序系统 193

10.4　数控加工仿真 194

10.4.1　数控加工仿真目的与意义 194

10.4.3　几何仿真 195

10.4.2　数控仿真技术的研究现状及发展趋势 195

10.4.4　数控加工仿真系统的体系结构 196

10.4.5　数控加工仿真形式 197

10.5　NC刀具轨迹生成方法研究现状 200

10.5.1　基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法 200

10.5.2　基于特征的NC刀轨生成方法 201

10.5.3　几个主要CAD/CAM系统中的NC刀轨生成方法分析 202

10.5.4　CAM系统刀轨生成方法的主要问题 203

10.5.5　数控加工轨迹生成原理 203

思考题 204

第11章　CAD/CAM集成技术 205

11.1　概述 205

11.1.1　系统集成的目的与原则 205

11.1.2　系统集成的内容 206

11.2　系统的集成环境和方式 206

11.2.1　集成环境 206

11.2.2　集成方式 207

11.3.1　产品建模技术 209

11.3.2　集成数据管理技术 209

11.3　CAD/CAM系统集成的关键技术 209

11.3.3　产品数据交换接口技术 210

11.3.4　执行控制程序 210

11.4　计算机集成制造系统（CIMS） 210

11.4.1　CIMS的构成 210

11.4.2　CIMS的特点 211

11.4.3　实现CIMS的关键技术 212

11.5 基于产品数据管理的CAD/CAM系统集成 213

11.5.1　产品数据表达 213

11.5.2　产品数据管理 214

11.5.3 基于PDM的CAD/CAM内部集成 215

11.5.4　基于PDM的CAD/CAM外部集成 216

11.5.5　PDM与CIMS的关系 217

11.6　敏捷制造 217

11.6.1　敏捷制造的基本原理 217

11.6.2　敏捷制造的组成 218

11.6.3 敏捷制造中的CAD/CAE/CAM系统 219

11.7　并行工程 220

11.7.1　并行工程的含义 220

11.7.2　并行工程的特点 221

11.7.3 面向并行工程的CAD/CAE/CAM技术 222

11.8　基本图形交换规范标准 224

11.8.1　DXF（绘图交换格式） 224

11.8.2　IGES（初始图形交换规范） 225

11.8.3　STEP（产品模型数据交换标准） 228

思考题 231

12.1.1　逆向工程定义 233

12.1.2　逆向工程的关键技术 233

12.1　逆向工程简介 233

第12章　逆向工程与快速原型制造 233

12.1.3　逆向工程的研究现状 234

12.1.4　逆向工程的应用领域 235

12.1.5　逆向工程商业软件 235

12.1.6　逆向工程技术的发展趋势 236

12.2　数据测量技术 236

12.2.1　接触式测量法 236

12.2.2　非接触式测量法 237

12.2.3　逐层扫描测量法 238

12.3.1　点云类型 239

12.3　数据预处理技术 239

12.3.3　数据精简 240

12.3.2　异常点去除 240

12.3.4　数据平滑 243

12.4　模型重构技术 243

12.4.1　概述 243

12.4.2　曲线曲面的插值法构造 244

12.4.3　B样条曲线曲面逼近 247

12.4.4　重构曲面的精度评定 250

12.5.1　Imageware简介 251

12.5　逆向工程软件（Surfacer）介绍 251

12.5.2　Surfacer介绍 252

12.6　快速原型制造技术 253

12.6.1　快速原型制造技术概述 253

12.6.2　快速成形方法 254

12.6.3　基于RP的快速制模技术 255

12.6.4　RP技术的局限性 256

思考题 257