第1章 CAD/CAM技术概述 1
1.1 CAD/CAM基本概念 1
1.1.1 CAD技术 1
1.1.2 CAE技术 2
1.1.3 CAPP技术 2
1.1.4 CAM技术 3
1.1.5 CAD/CAM集成技术 3
1.2 CAD/CAM技术的发展 4
1.2.1 20世纪50年代：CAD/CAM技术的准备和酝酿阶段 4
1.2.2 20世纪60年代：CAD/CAM技术的初步应用阶段 5
1.2.3 20世纪70年代：CAD/CAM技术开始广泛使用 6
1.2.4 20世纪80年代：CAD/CAM技术走向成熟 7
1.2.5 20世纪90年代：微机化、标准化、集成化发展时期 9
1.3 数字化设计与制造的功能分析 11
1.3.1 数字化设计制造基础 11
1.3.2 数字化设计与制造的基本流程 15
1.3.3 数字化设计与制造的基本功能 18
1.4 CAD/CAM系统的硬件和软件 22
1.4.1 CAD/CAM系统的硬件 22
1.4.2 CAD/CAM系统的软件 24
1.4.3 CAD/CAM系统选型的原则 26
1.5 数字化设计与制造技术的发展趋势和研究热点 27
1.5.1 数字化设计与制造技术的发展趋势 27
1.5.2 数字化设计与制造技术的研究热点 29
1.6 数字化设计制造在飞机制造行业的典型应用 30
1.6.1 波音777研制过程是数字化设计制造的经典 30
1.6.2 JSF拓展了数字化设计制造的应用 32
1.6.3 数字化设计制造已成为我国飞机研制技术的基本选择 33
思考题 34
第2章 CAD/CAM数学基础 35
2.1 CAD/CAM基础——CAGD 35
2.1.1 CAGD的研究对象与核心问题 35
2.1.2 形状数学描述的发展主线 36
2.1.3 形状数学描述的要求 37
2.2 曲线和曲面的矢量方程与参数方程 40
2.2.1 矢量、点与直线 40
2.2.2 曲线的矢量方程和参数方程 42
2.2.3 矢函数的导矢及其应用 43
2.2.4 曲线的自然参数方程 46
2.2.5 曲线论的基本公式 47
2.2.6 曲率和挠率 50
2.2.7 曲面的矢量方程和参数方程 53
2.2.8 曲面上的曲线及其切矢和曲面上的法矢 54
思考题 56
第3章 曲线曲面基本理论 57
3.1 三次样条曲线与参数样条曲线 57
3.1.1 三次样条函数及其力学背景 57
3.1.2 三次样条曲线 58
3.1.3 三次样条的局限性、解决办法及使用中的几个问题 61
3.1.4 参数样条曲线 63
3.1.5 弗格森曲线 68
3.2 孔斯曲面与定义曲面的基本方法 70
3.2.1 概述 70
3.2.2 具有给定边界的孔斯曲面 72
3.2.3 具有给定边界及其跨界斜率的孔斯曲面 75
3.2.4 双三次曲面 76
3.2.5 三种定义曲面的基本方法 79
3.3 贝齐埃曲线与曲面 80
3.3.1 引言 80
3.3.2 贝齐埃曲线的定义 81
3.3.3 贝齐埃曲线的几何性质 82
3.3.4 贝齐埃曲线的几何作图法 86
3.3.5 贝齐埃曲线的合成 87
3.3.6 贝齐埃曲面 88
3.3.7 贝齐埃曲面的合成 92
3.4 B样条曲线与曲面 96
3.4.1 均匀B样条曲线 96
3.4.2 非均匀B样条曲线及其他 104
3.4.3 双三次B样条曲面 117
3.4.4 B样条曲面的构作 120
3.5 非均匀有理B样条曲线和曲面 122
3.5.1 NURBS曲线、曲面的定义 123
3.5.2 NURBS曲线的几何性质 124
3.5.3 NURBS曲线形状的修改 126
3.5.4 圆锥曲线、圆弧及圆的NURBS表示 126
3.5.5 一些常用曲面的NURBS表示 129
思考题 132
第4章 产品建模技术 134
4.1 基本概念 134
4.1.1 计算机内部表示及建模技术 134
4.1.2 建模的方法及其发展 135
4.2 产品建模的基本方法 137
4.2.1 几何模型 137
4.2.2 特征建模 138
4.2.3 特征造型系统的基本要求 139
4.2.4 参数化与变量化设计 140
4.3 数字化定义 141
4.3.1 数字化定义模板 141
4.3.2 相关性设计 142
4.3.3 模型关系定义 144
4.4 装配建模 144
4.4.1 装配信息 144
4.4.2 装配结构 145
4.4.3 装配关系定义 145
4.4.4 大装配模型的简化 145
4.4.5 可装配性检查 146
4.4.6 装配顺序规划和装配路径规划 147
4.5 常用CAD/CAM系统简介 147
4.5.1 CATIA 148
4.5.2 Unigraphics 150
4.5.3 Solidworks 151
4.5.4 AutoCAD 151
4.5.5 CAXA 152
思考题 152
第5章 计算机辅助工艺过程设计 153
5.1 CAPP的发展概况及系统结构组成 153
5.1.1 CAPP的基本概念 153
5.1.2 CAPP的结构组成 154
5.1.3 CAPP的基础技术 156
5.1.4 CAPP发展趋势 156
5.2 零件信息的描述与输入 157
5.2.1 CAPP系统对零件信息描述技术的要求 157
5.2.2 零件信息描述的基本方法 158
5.3 交互型CAPP系统 160
5.3.1 概述 160
5.3.2 系统的总体结构 160
5.3.3 系统的数据结构 161
5.4 变异型CAPP系统 164
5.4.1 变异型CAPP系统的基本工作原理 165
5.4.2 变异型CAPP系统的设计过程 165
5.4.3 变异型CAPP系统的工作过程 168
5.4.4 变异型CAPP系统的基本构成 168
5.5 创成型CAPP系统 169
5.5.1 基本原理和系统构成 169
5.5.2 工艺决策 170
5.5.3 设计和工作过程 172
5.6 智能型CAPP系统 175
5.6.1 智能型CAPP系统的体系结构 175
5.6.2 工艺设计进程中的决策过程 175
5.6.3 智能型CAPP系统的实例 178
5.6.4 智能型工艺设计系统开发工具 180
5.7 工艺数据库和知识库 183
5.7.1 工艺数据和知识的类型及特点 183
5.7.2 工艺数据和知识的获取与表示 185
思考题 186
第6章 计算机辅助工程 187
6.1 有限元分析 187
6.1.1 有限元法的功用 187
6.1.2 有限元法的解题思路与步骤 188
6.1.3 有限元法的前置处理 190
6.1.4 有限元法的后置处理 192
6.1.5 通用有限元分析软件 192
6.1.6 有限元法在机械工程中的应用 193
6.2 优化设计 193
6.2.1 优化设计的基本概念和术语 193
6.2.2 优化设计的数学模型 195
6.2.3 常用优化设计方法 196
6.2.4 优化设计的一般过程 198
6.2.5 优化设计应用实例 199
6.3 可靠性分析 200
6.3.1 可靠性的概念和基本理论 200
6.3.2 可靠性指标 201
6.3.3 可靠性技术 203
6.3.4 机械可靠性设计方法 204
6.4 系统动态分析 206
6.4.1 动态分析简介 206
6.4.2 动态设计 207
6.4.3 动态分析的发展趋势 208
6.4.4 动态分析实例 209
6.5 虚拟样机技术 211
6.5.1 虚拟样机技术的特点 211
6.5.2 虚拟样机系统的体系结构 213
6.5.3 虚拟样机技术建立的基础 214
6.5.4 国内外有关虚拟样机的研究应用情况 215
6.5.5 虚拟样机结构分析实例 216
思考题 219
第7章 计算机辅助数控加工 220
7.1 数控机床概述 220
7.1.1 数控机床的基本工作过程与组成 220
7.1.2 数控机床的分类 222
7.1.3 数控加工的特点和适应性 224
7.2 计算机辅助数控编程 225
7.2.1 数控语言自动编程 225
7.2.2 图形交互自动编程 229
7.2.3 CAD/CAM集成编程 232
7.3 数控加工工艺处理 234
7.3.1 零件样图的分析 235
7.3.2 确定加工方案的原则 236
7.3.3 刀具及夹具的选择 237
7.3.4 确定切削用量 238
7.3.5 确定程序编制的允许误差 239
7.4 前置处理与后置处理 240
7.4.1 前置处理 240
7.4.2 后置处理 241
7.5 加工仿真 242
7.5.1 加工仿真的含义 242
7.5.2 加工过程仿真系统的总体结构 243
7.5.3 刀位仿真的总体结构 244
7.5.4 加工过程仿真中的干涉碰撞检验 244
7.5.5 加工仿真的形式 244
思考题 245
第8章 产品数据交换技术 246
8.1 产品数据交换的方式 246
8.1.1 专用数据格式的交换（点对点交换） 246
8.1.2 标准数据格式的中性文件的交换（星式交换） 246
8.1.3 统一的产品数据模型交换 247
8.2 DXF文件的图形数据交换 247
8.2.1 DXF概述 247
8.2.2 DXF文件的输入和输出命令 248
8.2.3 DXF文件的结构 248
8.2.4 基于DXF文件的应用开发 256
8.3 IGES文件的图形数据交换 260
8.3.1 IGES标准概述 260
8.3.2 IGES产品模型 260
8.3.3 IGES文件的结构 261
8.3.4 IGES应用中存在的问题 262
8.4 STEP标准 263
8.4.1 STEP标准概述 263
8.4.2 STEP标准的基本内容 263
8.4.3 描述方法 263
8.4.4 集成信息资源 265
8.4.5 应用协议 266
8.4.6 实现方法 267
8.4.7 STEP应用 270
8.5 其他格式的数据交换 271
思考题 271
第9章 计算机辅助生产管理与控制 273
9.1 概述 273
9.1.1 生产管理的概念 273
9.1.2 工业企业的生产类型及特点 274
9.1.3 计算机辅助生产管理（CAPM） 275
9.1.4 制造业的生产流程 276
9.2 制造计划管理 278
9.2.1 制造计划 278
9.2.2 数字化制造计划系统 281
9.3 生产调度 286
9.3.1 生产任务的静态排序 286
9.3.2 生产任务的动态排序 288
9.3.3 资源的实时动态调度 288
9.4 制造执行控制 289
9.4.1 制造执行系统在数字化生产管理系统中的地位和作用 290
9.4.2 制造执行控制的功能 291
9.4.3 制造执行过程的管理 292
思考题 293
参考文献 294