李志剛模具CADCAM-講義

模具CAD/CAM機(jī)電工程學(xué)院彭華建1參考教材：

機(jī)械CAD/CAM技術(shù)

王隆太

主編

教材：模具CAD/CAM

華中理工大學(xué)李志剛主編2模具CAD/CAM機(jī)械CAD/CAM技術(shù)3模具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)繪圖、數(shù)控加工模具

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模具、模擬塑性成形過程、CAD/CAM/CAE一體化模具CAD/CAM系統(tǒng)的重要概念和基本知識(shí)，包括系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)處理方法、圖形變換、幾何造型、自動(dòng)繪圖、數(shù)控加工等內(nèi)容；沖壓模、注塑模CAD/CAM系統(tǒng)介紹。本課程主要講授內(nèi)容：4第一章CAD/CAM技術(shù)概論

CAD/CAM——ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing

CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。第一節(jié)CAD/CAM的基本概念一項(xiàng)利用計(jì)算機(jī)軟、硬件協(xié)助人完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)。5在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，從事產(chǎn)品的幾何造型分析，完成產(chǎn)品幾何模型的建立，然后抽取模型中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分析和計(jì)算，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果決定是否對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行修改，修改滿意后編輯全部設(shè)計(jì)文檔，輸出工程圖。一、CAD技術(shù)

CAD——工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，用自身的專業(yè)知識(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱，是一項(xiàng)綜合性技術(shù)。1.CAD設(shè)計(jì)過程：6輸入設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)模型定義工程分析計(jì)算滿意？文檔編輯、圖形輸出圖形交互設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)圖形庫(kù)程序庫(kù)73.CAD系統(tǒng)的組成：

由科學(xué)計(jì)算、圖形系統(tǒng)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)等組成。2.CAD的功能：

幾何建模、工程分析、模擬仿真、自動(dòng)繪圖?？茖W(xué)計(jì)算包括有限元分析、可靠性分析、動(dòng)態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的常規(guī)計(jì)算分析。

圖形系統(tǒng)用于幾何造型、自動(dòng)繪圖、動(dòng)態(tài)仿真等設(shè)計(jì)過程。

工程數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)設(shè)計(jì)過程中所需使用或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、圖形、文檔等信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。8毛坯設(shè)計(jì)、加工方法選擇、工序設(shè)計(jì)、工藝路線制定、工時(shí)定額計(jì)算。

其中，工序設(shè)計(jì)包含：加工設(shè)備和工裝的使用、加工余量的分配、切削用量選擇以及機(jī)床、刀具的選擇、必要的工序圖生成等。二、CAPP技術(shù)CAPP——ComputerAidedProcessPlanning。即計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設(shè)計(jì)。1.CAPP的功能：9

應(yīng)用CAPP之后，可以迅速編制出完整、詳盡、優(yōu)化的工藝方案和各種工藝文件，極大提高工藝人員的工作效率，縮短工藝準(zhǔn)備時(shí)間，加快產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度。為企業(yè)的科學(xué)管理提供可靠的數(shù)據(jù)。

2.CAPP的作用：

傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方式：工藝人員依據(jù)個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，以手工的方式進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，因效率低、工藝方案因人而異，難以取得最佳的工藝方案，從而難以適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的生產(chǎn)需要。10

通常指數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真、后置處理、NC代碼生成等。三、CAM技術(shù)

CAM——ComputerAidedManufacturing1.狹義CAM

利用計(jì)算機(jī)輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等方面。2.廣義CAM11四、CAD/CAM集成技術(shù)從上世紀(jì)60年代開始，在國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)了一批性能優(yōu)良的相互獨(dú)立的商品化CAD、CAPP、CAM系統(tǒng)．這些獨(dú)立的系統(tǒng)分別在產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)自動(dòng)化和數(shù)控編程自動(dòng)化方面起到了重要作用。但是，這些各自獨(dú)立的系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)彼此之間信息的自動(dòng)傳遞和交換，必須由設(shè)計(jì)者對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換。結(jié)果：降低了設(shè)計(jì)效率，并可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。12

CAD/CAM集成——在CAD、CAPP、CAM各模塊之間有關(guān)信息的自動(dòng)傳遞和轉(zhuǎn)換。集成化的CAD/CAM系統(tǒng)借助于公共的工程數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)格式的中性文件接口，把分散于機(jī)型各異的計(jì)算機(jī)中的CAD/CAM模塊高效地集成起來，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證系統(tǒng)內(nèi)信息的流動(dòng)暢通無阻。計(jì)算機(jī)集成制造——ComputerIntegratedManufacturing，即“CIM”。１９７４年由美國(guó)哈林頓博士提出。

將企業(yè)內(nèi)所有分散的信息系統(tǒng)進(jìn)行集成，不僅包括生產(chǎn)信息，還包括生產(chǎn)管理過程所需的全部信息，從而構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。

CAD/CAM集成技術(shù)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的一項(xiàng)核心技術(shù)。13第二節(jié)模具CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)模具CAD/CAM的開發(fā)始于上世紀(jì)70年代末期，目前已經(jīng)開發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的CAD/CAM系統(tǒng)，今后應(yīng)繼續(xù)加速模具CAD/CAM的研究開發(fā)賀推廣應(yīng)用工作。一、CAD/CAM技術(shù)在模具行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

早在上世紀(jì)60年代，國(guó)外一些飛機(jī)賀汽車制造公司就開始CAD/CAM技術(shù)的研究工作。如日本豐田公司在1965年將數(shù)控加工用于模具加工，80年代初期開始采用覆蓋件沖模CAD/CAM系統(tǒng)。目前，數(shù)控加工（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS)已經(jīng)應(yīng)用于模具制造，應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)比較普遍的為美、日、德等國(guó)。14幾何造型功能，即具備描述物體幾何形狀的能力；標(biāo)準(zhǔn)化（設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、模具零件和結(jié)構(gòu)）GT；設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的處理（程序化、公式化）；柔性（設(shè)計(jì)方式、生產(chǎn)方式）二、模具CAD/CAM的優(yōu)越性

提高模具質(zhì)量；節(jié)省時(shí)間，提高生產(chǎn)率；大幅降低成本（原材料、復(fù)雜型面加工）；解放技術(shù)人員，使其從事更多的創(chuàng)造性工作。三、模具CAD/CAM的特點(diǎn)15第三節(jié)建立CAD/CAM系統(tǒng)的過程和方法

一、系統(tǒng)分析

根據(jù)軟件工程學(xué)的方法，CAD/CAM系統(tǒng)的生命周期分為系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)維護(hù)5個(gè)階段。

主要任務(wù)：對(duì)現(xiàn)行的工作流程進(jìn)行調(diào)查，收集并分析有關(guān)資料，了解用戶的需求，確定系統(tǒng)的總目標(biāo)、功能、性能和接口，建立系統(tǒng)的總體邏輯模型。常用工具：數(shù)據(jù)流程圖。

詳細(xì)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)各功能模塊的內(nèi)部細(xì)節(jié)，包括算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

概要設(shè)計(jì)：確定軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和模塊間的關(guān)系，定義各模塊間的接口，設(shè)計(jì)全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)鈺其他軟件及用戶之間界面的纖細(xì)內(nèi)容。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過程可分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)；強(qiáng)調(diào)“自頂向下”的分解，即將系統(tǒng)逐級(jí)向下分解為模塊和子模塊。16三、程序設(shè)計(jì)

主要任務(wù)：根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，將功能模塊用某種語言實(shí)現(xiàn)。

基本技術(shù)：結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)測(cè)試目的是保證系統(tǒng)的可靠性，分為單元測(cè)試、整體測(cè)試、有效性測(cè)試3種。

結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)——用一組標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則賀工具從事程序設(shè)計(jì)。這些準(zhǔn)則和工具包括:一組基本控制結(jié)構(gòu)、自頂向下的擴(kuò)展原則、模塊化賀逐步求精的方法。五、系統(tǒng)維護(hù)

分為改正性維護(hù)、適應(yīng)性維護(hù)、完善性維護(hù)3種。17第四節(jié)CAD/CAM的發(fā)展趨勢(shì)

一、集成化

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS，ComputerIntegratedManufactureSystem）:

將企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營(yíng)管理等活動(dòng)集成起來，其目的是在計(jì)算機(jī)輔助下，利用最小的制造和管理資源，最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，獲得最大的總體效益。

CIM的核心技術(shù)——集成，包括物理集成、信息集成、功能集成，其中信息集成是CIM的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

信息集成的必要條件：共享的產(chǎn)品模型、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)。二、微型化

以超級(jí)微機(jī)為基礎(chǔ)的CAD/CAM系統(tǒng)不斷增多，功能也不斷擴(kuò)大。（“雙核”，數(shù)G內(nèi)存）18三、網(wǎng)絡(luò)化

將多臺(tái)微機(jī)工作站連接成分布式CAD/CAM系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)靈活，功能強(qiáng)。四、智能化

人工智能技術(shù)——設(shè)計(jì)制作自動(dòng)化的重要途徑。近年來，人工智能的應(yīng)用集中在引入知識(shí)工程、發(fā)展專家系統(tǒng)。五、最優(yōu)化

塑性成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)是解決模具可靠性問題的重要途徑；利用仿真技術(shù)模擬加工過程，有利于保證加工質(zhì)量。六、新型化

用于CAD/CAM的新型外部設(shè)備將不斷問世，系統(tǒng)將不斷更新。19第二章模具CAD/CAM系統(tǒng)的組成

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)策略、邏輯控制、信息組織、以及經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)造性方面占主導(dǎo)地位。CAD/CAM系統(tǒng)的組成

CAD/CAM系統(tǒng)由——硬件、軟件、設(shè)計(jì)人員。

硬件——基礎(chǔ)。包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等。

計(jì)算機(jī)在信息的存儲(chǔ)與檢索、分析與計(jì)算、圖形與文字處理等方面有著特有的功能；

軟件——核心。包括操作系統(tǒng)、支撐軟件和應(yīng)用軟件等。20良好的通信聯(lián)網(wǎng)功能——將位于不同地點(diǎn)和不同部門的各種異構(gòu)

計(jì)算機(jī)和控制裝置連接起來，進(jìn)行信息

交換和協(xié)同工作。第一節(jié)模具CAD/CAM系統(tǒng)的硬件1.組成：由計(jì)算機(jī)主機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器、生產(chǎn)裝備、以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等組成。2.硬件系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求強(qiáng)大的圖形功能——要求系統(tǒng)具有大的內(nèi)存、高的圖形分辨率。大的外存儲(chǔ)容量——要求系統(tǒng)具有大硬盤存儲(chǔ)容量。方便的人機(jī)交互功能——要求系統(tǒng)能提供方便的人機(jī)交互工具和快速的交互響應(yīng)速度。213.主要硬件設(shè)備

（1）計(jì)算機(jī)主機(jī)：

CAD/CAM系統(tǒng)硬件的核心。主要由中央處理器（CPU）、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入／輸出（I/O）接口組成。

內(nèi)存儲(chǔ)器：CPU可以直接訪問的存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)常駐的控制程序、用戶指令、準(zhǔn)備接受處理的數(shù)據(jù)。

CPU：計(jì)算機(jī)的心臟，由控制器和運(yùn)算器組成。

控制器的作用：使系統(tǒng)內(nèi)各模塊相互協(xié)調(diào)地工作，能夠進(jìn)行人機(jī)之間、計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的信息傳輸和資源的調(diào)度，指揮系統(tǒng)中各功能模塊執(zhí)行各自的功能。運(yùn)算器的作用：執(zhí)行程序指令所要求的計(jì)算和邏輯操作，輸出數(shù)值計(jì)算和邏輯操作的結(jié)果。22計(jì)算機(jī)的分類：1、大中型計(jì)算機(jī)采用一個(gè)主機(jī)連接多個(gè)終端，支持多用戶同時(shí)工作，有較強(qiáng)的計(jì)算能力和運(yùn)算速度，可以從事復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算和分析。２、小型機(jī)性價(jià)比優(yōu)于大中型計(jì)算機(jī)，２０世紀(jì)７０年代末８０年代初的CAD/CAM系統(tǒng)多采用這種機(jī)型。到了２０世紀(jì)８０年代中期，小型機(jī)逐漸被性能價(jià)格比更好的工程工作站所代替。３、工程工作站２０世紀(jì)８０年代初出現(xiàn)的介于小型機(jī)與個(gè)人微機(jī)之間的新型計(jì)算機(jī)，它采用多CPU并行處理技術(shù)、大的虛擬存儲(chǔ)空間，具有強(qiáng)大圖形顯示和處理功能，具有高速網(wǎng)絡(luò)通信能力。４、微型型計(jì)算機(jī)近年來，高檔微機(jī)的功能已經(jīng)接近低檔工作站水平。23（4）輸出設(shè)備當(dāng)CPU需要使用外存儲(chǔ)器中的信息時(shí)，需要將這些信息調(diào)入內(nèi)存儲(chǔ)器接受CPU處理。而內(nèi)存儲(chǔ)器中暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)則調(diào)回到外存儲(chǔ)器，以便騰出內(nèi)存裝入待運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。磁帶、磁盤、光盤、U盤、移動(dòng)硬盤等。（2）外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器不能直接被CPU訪問，通常用于存儲(chǔ)CPU暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)。常見的外存儲(chǔ)器：（3）輸入設(shè)備光標(biāo)控制設(shè)備、數(shù)字化儀、鍵盤、圖形掃描等。圖形顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等。24

文檔——關(guān)于軟件程序的各種設(shè)計(jì)、使用說明書，是程序設(shè)計(jì)的依據(jù)。

文檔的設(shè)計(jì)和編制水平在很大程度上決定了軟件的質(zhì)量，只有具備了合格、齊全的文檔，軟件才能商品化。第二節(jié)模具CAD/CAM系統(tǒng)的軟件

計(jì)算機(jī)軟件——控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行，并使計(jì)算機(jī)發(fā)揮最大功效的計(jì)算機(jī)程序、數(shù)據(jù)以及各種文檔。分為系統(tǒng)軟件、支撐軟件、專業(yè)性應(yīng)用軟件三個(gè)不同的層次。

程序——指揮計(jì)算機(jī)硬件工作和工程計(jì)算的指令的集合，是軟件的主要內(nèi)容。25

（３）圖形接口標(biāo)準(zhǔn)——為了統(tǒng)一不同硬件和操作系統(tǒng)環(huán)境下圖形接口軟件模塊的開發(fā)而制定的圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中提供了接口函數(shù)。１、系統(tǒng)軟件用于計(jì)算機(jī)的管理、維護(hù)、控制、運(yùn)行，以及對(duì)計(jì)算機(jī)程序的翻譯和執(zhí)行。主要有以下幾類：

（１）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的基本功能有：CPU管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入輸出管理。常用的有操作系統(tǒng)有DOS、Windows、Unix等。

（２）編譯系統(tǒng)——將用高級(jí)語言編寫的程序，翻譯轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的機(jī)器指令的軟件程序。常用的高級(jí)語言有C、FORTRAN、PASCAL、BASIC等26

（1）單一功能型支撐軟件２、支撐軟件由專門的軟件公司開發(fā)，是在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的滿足CAD/CAM用戶一些共同需要的通用性軟件。支撐軟件一般分為單一功能型和綜合集成型兩大類。

模具CAD/CAM系統(tǒng)的支撐軟件主要包括圖形處理軟件、幾何造型軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。只提供CAD/CAM系統(tǒng)中某些典型的功能，如二維繪圖、三維造型設(shè)計(jì)、工程分析計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。27（1）單一功能型支撐軟件主要有美國(guó)的AutoCAD2000和國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的PICAD、高華CAD、華軟InteCAD、大恒CAD等。A交互式繪圖軟件主要以人機(jī)交互方法完成二維工程圖樣的生成和繪制，具有圖形的增刪、縮放、復(fù)制、鏡像等編輯功能，具有尺寸標(biāo)注、圖形拼裝等圖形處理功能，具有尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化繪圖功能，具有較完備的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化圖庫(kù)。

優(yōu)點(diǎn)：繪圖功能強(qiáng)、操作方便、價(jià)格便宜B三維設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)基于微機(jī)平臺(tái)，具有參數(shù)化特征造型功能，具有裝配和干涉檢查功能，以及簡(jiǎn)單曲面造型功能，價(jià)格適中，易于學(xué)習(xí)掌握。國(guó)內(nèi)有MDT、Solidworks、Solidedge等。28（1）單一功能型支撐軟件C數(shù)控編程系統(tǒng)具有刀具的定義、工藝參數(shù)的設(shè)定、刀具軌跡的自動(dòng)生成、后置處理、切削加工模擬等功能。典型的軟件系統(tǒng)有MasterCAM、SurfCAM

等。D工程分析軟件國(guó)內(nèi)外流行的單一功能工程分析軟件有SAP、ADINA、ASTRAN、ANSYS等。29（2）綜合集成支撐軟件這類軟件功能比較完備，綜合提供了設(shè)計(jì)、造型、分析、數(shù)控編程等多種功能，如I-DEAS、UGII、CATIA、PRO/E等。一般由下列4個(gè)模塊組成：

CAD部分

由幾何造型、參數(shù)化特征造型模塊、工程圖繪制模塊、裝配模塊組成。

CAE部分由有限元分析模塊、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析模塊、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊組成。CAM部分由數(shù)控加工編程模塊、數(shù)控加工后置處理模塊、切削加工檢驗(yàn)?zāi)K組成。30在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專門應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制的軟件。通常由用戶結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)工作需要自行開發(fā)。（3）應(yīng)用軟件用戶開發(fā)工具部分為用戶二次開發(fā)提供了用戶編程語言（UPL）或與高級(jí)語言的開發(fā)接口，如UGII的GRIP、AutoCAD的AutoLISP、ADS接口等。通過二次開發(fā)，可以提高軟件系統(tǒng)的用戶化程度，充分發(fā)揮軟件系統(tǒng)的性能，提高使用效率。當(dāng)某一行業(yè)的應(yīng)用軟件逐步商品化形成通用軟件產(chǎn)品時(shí)，它也可以稱為一種支撐軟件，如Matlab軟件。（2）綜合集成支撐軟件31第三節(jié)CAD/CAM系統(tǒng)的支撐技術(shù)

CAD/CAM系統(tǒng)除了配置必要的軟、硬件之外，還需要多種技術(shù)的支持，如數(shù)據(jù)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、成組技術(shù)、工程分析技術(shù)、仿真技術(shù)等。一、數(shù)據(jù)管理技術(shù)機(jī)械CAD/CAM涉及的數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量大、種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容：產(chǎn)品的物理特征、材料性能、數(shù)學(xué)模型、零件規(guī)格、幾何形體描述、測(cè)試數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式：數(shù)值、文字信息、幾何圖形信息。32

文件管理方式——按統(tǒng)一的規(guī)則和方法來組織和存取數(shù)據(jù)的技術(shù)。它把數(shù)據(jù)組織成文件，即數(shù)據(jù)文件，用一個(gè)專用的文件管理系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一管理。

CAD/CAM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理，從文件管理模式，發(fā)展為數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式，并進(jìn)一步發(fā)展為工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式。1、文件管理系統(tǒng)

文件管理系統(tǒng)一般由操作系統(tǒng)提供。

數(shù)據(jù)文件是一組具有相同性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的記錄的集合，而記錄則是由一系列相關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)組成，它能完整地表示一個(gè)處理對(duì)象。在文件管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)文件的建立、查詢和存取是通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的，沒有數(shù)據(jù)的集中管理，缺乏數(shù)據(jù)的獨(dú)立性。33

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的作用：2、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)除了必要的硬件和系統(tǒng)軟件之外，其核心部分是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)——用于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)及系統(tǒng)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制的軟件。提供了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、建立、檢索、編輯修改等操作功能，對(duì)數(shù)據(jù)的安全性、完整性、和保密性進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理，起著應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的接口作用，用戶通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理和應(yīng)用，而不必了解數(shù)據(jù)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型：層次型(機(jī)器-部件-零件)、網(wǎng)狀型(交叉)、關(guān)系型(表格)三種。Foxpro屬于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。34

工程數(shù)據(jù)庫(kù)——能滿足人們?cè)诠こ袒顒?dòng)中對(duì)數(shù)據(jù)處理要求的數(shù)據(jù)庫(kù)。它與商用數(shù)據(jù)庫(kù)的主要差別表現(xiàn)在對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的支持，對(duì)工程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的定義和管理。3、工程數(shù)據(jù)庫(kù)在CAD/CAM系統(tǒng)中，人們希望能夠利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)有效地管理工程應(yīng)用中所涉及的圖形、圖像、聲音等更加自然的信息形式，這是現(xiàn)行商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)難以適應(yīng)的。因而人們提出了工程數(shù)據(jù)庫(kù)的概念。35包括圖表、二維或三維的零件圖和裝配圖。（１）工程數(shù)據(jù)的類型機(jī)械CAD/CAM系統(tǒng)面臨著整個(gè)設(shè)計(jì)和制造過程的數(shù)據(jù)，包括文字的和圖形的、靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的，非常復(fù)雜。其數(shù)據(jù)類型可歸納為以下幾種：

A管理型數(shù)據(jù)

B設(shè)計(jì)型數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程中所用到的數(shù)據(jù)資料，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、產(chǎn)品目錄、技術(shù)資料等．生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，具有動(dòng)態(tài)性。

C加工制造型數(shù)據(jù)包括加工工藝數(shù)據(jù)、數(shù)控加工指令、檢測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等，要求實(shí)時(shí)性較高．

D圖形數(shù)據(jù)36（2）工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)A具有復(fù)雜工程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理的能力；B具有動(dòng)態(tài)建模的能力；C支持多庫(kù)操作和多版本管理；D

支持工程數(shù)據(jù)的長(zhǎng)記錄存取和文件兼容處理；E

支持智能型的規(guī)則描述和查詢處理；F具有良好的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)環(huán)境和支持工具。4、CAD/CAM集成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法（3）采用工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。將成為開發(fā)下一代CAD/CAM集成系統(tǒng)、CIMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理的主流。（1）基于文件記錄的專用數(shù)據(jù)管理方法。目前常用的方法，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)文件一一對(duì)應(yīng)。（2）在商用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）上建立一套軟件接口方法。目前所研制的CAD/CAM系統(tǒng)大多采用這種方法。375.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）

PDM——管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程的技術(shù)。與產(chǎn)品相關(guān)的信息——CAD/CAM文件、材料清單、產(chǎn)品配置、事物文件、電子表格、供應(yīng)商清單等產(chǎn)品信息。與產(chǎn)品相關(guān)的過程——加工工序、加工指南、工作流程等對(duì)過程的定義和管理。

PDM系統(tǒng)——在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上、采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)的對(duì)企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的一種軟件平臺(tái)。為企業(yè)提供了一種宏觀管理和控制所有與產(chǎn)品相關(guān)信息的機(jī)制，覆蓋了產(chǎn)品生命周期內(nèi)的全部信息。38PDM系統(tǒng)應(yīng)具有的功能——電子資料及文檔管理、產(chǎn)品配置管理、工作流程管理、分類及檢索功能、項(xiàng)目管理功能。

目前，PDM系統(tǒng)已包括了文檔管理、產(chǎn)品配置管理及工作流程管理等最基本的功能，可以對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期進(jìn)行完整的描述和控制。PDM在企業(yè)中的作用已經(jīng)普遍被人們所認(rèn)可。二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——用通信線路和通信設(shè)備將分散在不同地點(diǎn)并具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)相互連接的計(jì)算機(jī)群。1、概述392、局域網(wǎng)系統(tǒng)的組成（1）網(wǎng)卡——局域網(wǎng)絡(luò)的通信接口，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與電纜系統(tǒng)的物理連接，進(jìn)行計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)與傳輸電纜中的傳輸信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，決定網(wǎng)絡(luò)的傳輸率和傳輸可靠性等網(wǎng)絡(luò)性能。（3）服務(wù)器——一臺(tái)高檔微機(jī)、工程工作站或小型機(jī)。其作用為：運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；存儲(chǔ)、管理網(wǎng)絡(luò)中共享的軟、硬件資源；對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各工作站的活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。由網(wǎng)卡與媒體、服務(wù)器、工作站、網(wǎng)間連接器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件等組成。CAD/CAM系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)均屬于局域網(wǎng)。（2）傳輸媒體——雙絞線、同軸電纜或光纜等。40（4）工作站——PC機(jī)或工程工作站，是用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的操作平臺(tái)。服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)控制和協(xié)調(diào)各工作站之間的工作，最大限度地對(duì)各網(wǎng)絡(luò)用戶提出的要求作出迅速的響應(yīng)，它能區(qū)分、處理、響應(yīng)各工作站同時(shí)發(fā)來的對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的不同要求。3、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（6）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件——主要是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。（5）網(wǎng)間連接器——是將幾種不同型式的網(wǎng)絡(luò)連接在一起的互連設(shè)備。有中繼器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等幾種不同形式類型。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)工作站節(jié)點(diǎn)相互連接的方法和形式。局域網(wǎng)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式：總線形、星形、環(huán)形、網(wǎng)狀形。實(shí)驗(yàn)室采用HUB的形式為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式。414.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議——在網(wǎng)絡(luò)中，通信雙方共同遵守的規(guī)則和約定的集合。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）1980年制定了開放系統(tǒng)互連模型（OSI），現(xiàn)已作為廣泛承認(rèn)的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)——采用7層功能結(jié)構(gòu)來描述兩用戶之間的通信：即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。在OSI互連模型中，兩個(gè)相互通信的系統(tǒng)都有共同的層次結(jié)構(gòu)，而每個(gè)層次均有自身的通信協(xié)議，包括語法、語義、時(shí)序三方面的約定。只有物理層（最底層）才在通信媒體上進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的信息流傳輸，而在上面各層中兩系統(tǒng)之間并無實(shí)際的傳輸。42三、成組技術(shù)成組技術(shù)——合理組織產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一種將工程技術(shù)和管理技術(shù)集于一體的生產(chǎn)組織管理方法。成組技術(shù)利用產(chǎn)品零件之間的相似性，將零件分類成組，然后根據(jù)每組零件所擁有的相似特征，為其同組零件找出相對(duì)統(tǒng)一的最佳方案，從而節(jié)約時(shí)間和精力，以取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。第四節(jié)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用一、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展1、單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段

20世紀(jì)60~70年代。主要特征：CAD/CAE/CAM各功能模塊已基本形成，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，集成性差，企業(yè)尚處于單元技術(shù)的應(yīng)用階段。43

20世紀(jì)80年代，CAD/CAM技術(shù)迅速發(fā)展。主要特征：CAD/CAE/CAM以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃管理各大模塊之間信息流實(shí)現(xiàn)一體化（CIMS），系統(tǒng)集成性好，企業(yè)應(yīng)用已從二維計(jì)算機(jī)繪圖向著三維CAD建模、CAD/CAE/CAM集成化應(yīng)用方向發(fā)展。

20世紀(jì)90年代，CAD/CAM技術(shù)正從傳統(tǒng)的面向零件的CAD/CAM集成階段向面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)、制造協(xié)同工作環(huán)境方向發(fā)展。

熱點(diǎn)問題——面向產(chǎn)品全生命周期的建模技術(shù)；基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的企業(yè)級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；由工程工作站或高檔微機(jī)組成的客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；支持群體小組的協(xié)同工作模式。（２）CAD/CAM的集成階段（３）面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)制造的CAD/CAM階段44二、CAD/CAM技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用起步于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的分析計(jì)算。

20世紀(jì)80年代，國(guó)家在機(jī)械CAD/CAM技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面進(jìn)行了重點(diǎn)投資，支持對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有影響的重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品CAD進(jìn)行開發(fā)和研制，并取得了一系列在國(guó)內(nèi)來說具有開創(chuàng)性的成果。

20世紀(jì)90年代，我國(guó)CAD技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)入了較為系統(tǒng)的推廣階段，各類CAD系統(tǒng)的研制開發(fā)出現(xiàn)了商品化、產(chǎn)業(yè)化的勢(shì)頭。

1986年3月，王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位老科學(xué)家聯(lián)合向中共中央寫了一封信，題為《關(guān)于跟蹤世界戰(zhàn)略性高科技發(fā)展的建議》，信中懇切地指出，面對(duì)著世界新技術(shù)革命的挑戰(zhàn)，中國(guó)應(yīng)該不甘落后，要從現(xiàn)在就抓起，用力所能及的資金和人力跟蹤新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，而不能等到十年、十五年經(jīng)濟(jì)實(shí)力相當(dāng)好時(shí)再說，否則就會(huì)貽誤時(shí)機(jī)，以后永遠(yuǎn)翻不了身。這封信得到了鄧小平同志的高度重視，小平同志親自批示：“這個(gè)建議十分重要”，“找些專家和有關(guān)負(fù)責(zé)同志討論，提出意見，以憑決策，此事宜速作決斷，不可拖延。”在隨后的半年中，經(jīng)過廣泛、全面和極為嚴(yán)格的科學(xué)和技術(shù)論證后，中共中央、國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了《高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）綱要》。從此，中國(guó)的高技術(shù)研究發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。15年來，在黨中央和國(guó)務(wù)院的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在有關(guān)部門的大力支持下，經(jīng)過廣大科技人員的奮力攻關(guān)，863計(jì)劃取得了重大進(jìn)展，為我國(guó)高技術(shù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)家安全做出了重要貢獻(xiàn)。

由于計(jì)劃的提出與鄧小平同志的批示都是在1986年3月進(jìn)行的，因此此計(jì)劃被稱為“863計(jì)劃”。863計(jì)劃（國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃）：45第三章數(shù)據(jù)的處理方法在CAD作業(yè)中，將設(shè)計(jì)所需的表格數(shù)據(jù)和曲線圖表預(yù)先存入計(jì)算機(jī)中，供設(shè)計(jì)時(shí)靈活、方便的調(diào)用，這個(gè)過程中涉及到各種工程手冊(cè)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。工程手冊(cè)的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)表和線圖的處理，處理技術(shù)有數(shù)表的程序化、數(shù)表的文件化、數(shù)表的公式化等。

數(shù)表的類型:

1常數(shù)數(shù)表——數(shù)據(jù)之間沒有明顯的函數(shù)關(guān)系；2列表函數(shù)——用以表達(dá)工程中某些復(fù)雜問題參數(shù)之間的關(guān)系。46對(duì)于常數(shù)數(shù)表，可用賦值的方法進(jìn)行程序化處理。如果數(shù)據(jù)量較大，且需共享的數(shù)據(jù)，可將這些常數(shù)數(shù)表存入數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)庫(kù)中。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與程序的分離，增強(qiáng)數(shù)據(jù)管理的安全性，同時(shí)提高工程數(shù)據(jù)的可維護(hù)性。對(duì)于列表函數(shù)，可按常數(shù)數(shù)表處理方法進(jìn)行處理，也可對(duì)數(shù)表進(jìn)行公式化處理，即將數(shù)表中數(shù)據(jù)擬合成公式，由計(jì)算機(jī)直接求取所需的數(shù)據(jù)。一、數(shù)表的程序化

1、以數(shù)組的形式存放數(shù)表利用一維數(shù)組、二維數(shù)組或三維數(shù)組表示數(shù)表中的數(shù)據(jù)；用高級(jí)語言編寫檢索參數(shù)（系數(shù)）的程序。

2、以數(shù)據(jù)文件形式存放數(shù)表

將數(shù)表文件化處理，使程序簡(jiǎn)練；使數(shù)表與應(yīng)用程序分離，實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)表文件供多個(gè)應(yīng)用程序使用；增強(qiáng)數(shù)據(jù)管理的安全性，提高數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可維護(hù)性。47二、數(shù)表的公式化如果列表函數(shù)的數(shù)據(jù)之間存在有某些聯(lián)系或函數(shù)關(guān)系，應(yīng)盡量進(jìn)行公式化處理。

公式化處理方法：

原因：

1、數(shù)表的存儲(chǔ)和使用占用較多的計(jì)算機(jī)資源和存儲(chǔ)空間，增加檢索時(shí)間；

2、數(shù)據(jù)的離散性和離散數(shù)據(jù)的有限性，使相鄰兩數(shù)值點(diǎn)之間的函數(shù)值只能選取相近的數(shù)據(jù)，給計(jì)算帶來誤差。

1、函數(shù)插值；

2、曲線擬合。48一、函數(shù)插值

函數(shù)插值的基本思想：在插值點(diǎn)附近選取若干合適的連續(xù)結(jié)點(diǎn)，通過這些結(jié)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單函數(shù)g(x)以代替原有的未知的函數(shù)f(x)，插值點(diǎn)的g(x)值就作為原函數(shù)值的近似值。根據(jù)所選取的結(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，可將函數(shù)插值分為線性插值、拋物線插值、拉格朗日插值三種。根據(jù)插值點(diǎn)x值，選取兩個(gè)相鄰的自變量x1和x2，并滿足x1≤x≤x2的條件。過（x1，y1）（x2，y2）兩結(jié)點(diǎn)連線的直線代替原來的函數(shù)f(x)，可得插值點(diǎn)函數(shù)為：1、線性插值（一次插值、二點(diǎn)插值）49通過不在一條直線上的三點(diǎn)，構(gòu)建一條拋物線近似曲線g(x)以代替原有函數(shù)，其表達(dá)式為：2、拋物線插值（二次插值、三點(diǎn)插值）為n個(gè)結(jié)點(diǎn)的n-1次插值多項(xiàng)式，其表達(dá)式為累加和的形式：3、拉格朗日插值公式（多點(diǎn)插值）50二、函數(shù)擬合

工程上常采用數(shù)據(jù)的函數(shù)擬合方法（或“曲線擬合”）對(duì)列表函數(shù)進(jìn)行公式化處理。采用函數(shù)擬合方法所擬合的曲線不要求嚴(yán)格通過所有的結(jié)點(diǎn)，而是盡量反映數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，最小二乘法的實(shí)質(zhì)：如何選取結(jié)點(diǎn)系數(shù)，使各結(jié)點(diǎn)到所擬合曲線偏差的平方和最小。

1、在坐標(biāo)紙上標(biāo)示出列表函數(shù)各結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)其趨勢(shì)繪出大致的曲線；

2、根據(jù)曲線確定近似的擬合函數(shù)類型，擬合函數(shù)可為代數(shù)多項(xiàng)式、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等；

3、用最小二乘法原理確定函數(shù)中的待定系數(shù)。采用最小二乘法進(jìn)行函數(shù)擬合的處理步驟：51線圖——由直線、折線、各種曲線構(gòu)成，能直觀地表示出參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。線圖的計(jì)算機(jī)處理方法（3個(gè)）：（１）找到線圖原有的公式，將公式編到程序中；三、線圖的程序化

（２）將線圖離散為數(shù)表，并進(jìn)行程序化處理；（３）復(fù)雜的線圖各別進(jìn)行處理。52第四章計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)——利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力和實(shí)時(shí)顯示功能，處理各類圖形信息的技術(shù)。包括圖形的輸入、圖形的生成顯示、圖形的變換、編輯、識(shí)別、圖形的輸出繪制等方面。

一、變換原理圖形變換的實(shí)質(zhì)——對(duì)組成圖形的個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換。

1、平移變換

x-y平面上的點(diǎn)P(x,y)，在坐標(biāo)方向上增加平移量Tx和Ty，新位置的坐標(biāo)為（x’,y’）。平移變換的關(guān)系式為：第一節(jié)圖形變換53

3、旋轉(zhuǎn)變換點(diǎn)P(x,y)繞坐標(biāo)原點(diǎn)o順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)θ角后，到達(dá)新位置P’（x’,y’），該旋轉(zhuǎn)變換的關(guān)系式為：

2、比例變換比例變換的關(guān)系式為：

思考：如圖像關(guān)于坐標(biāo)軸、原點(diǎn)、通過原點(diǎn)與坐標(biāo)軸成45°角直線作鏡像變換，系數(shù)Sx、Sy分別是多少？54二、變換的矩陣表示

齊次坐標(biāo)——將一個(gè)n維向量用n+1維向量表示。如二維向量的點(diǎn)的坐標(biāo)（x,y），其齊次坐標(biāo)為（x,y,1），在幾何意義上，相當(dāng)于把發(fā)生在三維空間的變換限制在某一坐標(biāo)為1的平面內(nèi)。

變換矩陣T——用來對(duì)原圖形施行坐標(biāo)變換的工具。二維圖形變換矩陣T為3X3階矩陣，三維圖形變換矩陣T為4X4階矩陣。1、齊次坐標(biāo)2、變換矩陣（1）平移變換矩陣：55（2）比例變換矩陣：（3）旋轉(zhuǎn)變換矩陣：若對(duì)點(diǎn)[xy1]進(jìn)行平移變換，則有：56

級(jí)聯(lián)變換——由一系列的簡(jiǎn)單變換（變換序列）通過級(jí)聯(lián)組合而實(shí)現(xiàn)的變換，也稱為組合變換、復(fù)合變換。相應(yīng)的變換矩陣為級(jí)聯(lián)變換矩陣。

級(jí)聯(lián)變換矩陣——級(jí)聯(lián)變換中各個(gè)基本變換的有序乘積。例如，將圖形繞任意點(diǎn)P（Xp，Yp）轉(zhuǎn)α角的旋轉(zhuǎn)變換，可通過如下的基本變換實(shí)現(xiàn)：三、變換的級(jí)聯(lián)

（1）將旋轉(zhuǎn)中心P點(diǎn)平移到坐標(biāo)原點(diǎn)；（2）將圖形繞坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)α角；（3）將旋轉(zhuǎn)中心平移回到原來位置。57三維圖形的幾何變換可在二維圖形幾何變換的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的擴(kuò)展。三、三維圖形變換運(yùn)用齊次坐標(biāo)的方法，可將三維空間點(diǎn)的幾何變換表示為：其中，T是4X4階的變換矩陣。58第二節(jié)計(jì)算機(jī)輔助繪圖

交互式繪圖——在交互式繪圖系統(tǒng)的支持下，用戶使用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，通過人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行繪圖的方法。目前，國(guó)內(nèi)比較流行的交互式繪圖CAD軟件有具有自主版權(quán)的CAXA電子圖板、開目CAD（華中科技大學(xué)）、高華CAD（清華大學(xué)）和PICAD（北京凱思軟件公司）等，以及AutoCAD、Microstation等國(guó)外的軟件系統(tǒng)。一、交互式繪圖59二、程序參數(shù)化繪圖機(jī)械工程圖中，由于很多零部件的形狀相似，例如鍵、銷、螺釘、螺母、滾動(dòng)軸承等，一般采用程序參數(shù)化繪圖來繪制這些零件。利用程序參數(shù)化繪圖，用戶只須向程序提供所要求的一些參數(shù)。如鈑金件只須提供起始點(diǎn)坐標(biāo)和各邊邊長(zhǎng)；齒輪零件只須提供模數(shù)、齒數(shù)、變位系數(shù)等參數(shù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件，可用其規(guī)格尺寸作為參數(shù)。

形狀特征拼合法——一種繪圖方法。將形狀特征（如倒角、鍵槽、退刀槽、中心孔等）賦予參數(shù)，編制成繪圖程序，通過調(diào)用這些特征繪圖程序，可以拼合成各種不同的零件圖形，這種繪圖方法即為形狀特征拼合法。60三、尺寸驅(qū)動(dòng)式參數(shù)化繪圖

基本思想——以草圖方式快速繪制圖形，然后進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注，最后通過驅(qū)動(dòng)程序，產(chǎn)生由尺寸標(biāo)注所控制的準(zhǔn)確圖形。參數(shù)化圖形中，除了包含各圖元的幾何信息外，還包含了各種約束條件，即結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。1、尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化繪圖原理由尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化軟件模塊，在非參數(shù)化圖形基礎(chǔ)上引入了約束機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。（1）結(jié)構(gòu)約束——各圖元之間的平行、垂直、相切、對(duì)齊、相等、對(duì)稱等拓?fù)潢P(guān)系。（2）尺寸約束——表示圖形中各組成圖元的長(zhǎng)度、角度、半徑及相對(duì)位置等。各尺寸標(biāo)注的尺寸值作為參數(shù)進(jìn)行處理。612、尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化繪圖軟件的主要功能只要圖元間近似的相對(duì)位置關(guān)系在系統(tǒng)精度的設(shè)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)的草圖整理功能就能將不精確的草圖整理為具有準(zhǔn)確相對(duì)位置關(guān)系的圖形，為進(jìn)一步作參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)做好準(zhǔn)備。在尺寸驅(qū)動(dòng)前，應(yīng)對(duì)圖形進(jìn)行參數(shù)化處理，也就是在圖形間添加適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)約束，并使尺寸值成為參數(shù)。每一個(gè)尺寸只須標(biāo)注一次，其余視圖的尺寸跟隨聯(lián)動(dòng)，即三視圖尺寸隨動(dòng)處理。尺寸之間若存在一定的函數(shù)關(guān)系，可將某些尺寸設(shè)置成變量，其它尺寸用變量的表達(dá)式來表示。（1）草圖繪制與整理（2）參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)（3）建立尺寸間的函數(shù)關(guān)系62四、參數(shù)化圖庫(kù)的使用與建立

如在AutoCAD中可使用形（Shape）或圖塊（Block）的功能實(shí)現(xiàn)建庫(kù)。對(duì)于一些標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，編制相應(yīng)的圖形參數(shù)式繪圖程序，然后組成一個(gè)個(gè)圖形程序庫(kù)。如PCCAD（清華天河軟件公司）二維繪圖軟件提供的參數(shù)化圖庫(kù)管理系統(tǒng)，用戶只需畫出圖形，進(jìn)行參數(shù)化處理并編寫尺寸變量參數(shù)表，就可方便的建立自己的參數(shù)化圖庫(kù)。

1、用圖塊或符號(hào)的方式建立圖庫(kù)

2、建立圖形程序庫(kù)。

3、利用參數(shù)化圖庫(kù)管理工具建立圖庫(kù)63五、工程圖的自動(dòng)生成完成產(chǎn)品幾何造型設(shè)計(jì)后，通過設(shè)定圖幅、視圖類型、投影方向等參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成所需的工程圖。由于工程圖中各個(gè)視圖是根據(jù)產(chǎn)品實(shí)體模型自動(dòng)生成的，因而很好地解決了傳統(tǒng)二維繪圖中始終存在的投影線、截交線難求的問題。通過參數(shù)關(guān)聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用，使得無論在三維實(shí)體模型環(huán)境還是在二維工程圖環(huán)境下，任一方的修改都能在另一環(huán)境中得到反映，徹底解決了由于設(shè)計(jì)修改引起的圖檔更新問題。64第五章幾何造型第一節(jié)幾何造型的一般概念一、機(jī)械CAD/CAM幾何建模的概念1、幾何建模的概念

CAD/CAM系統(tǒng)中的幾何模型——把三維實(shí)體的幾何形狀及其屬性用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述和存儲(chǔ)，供計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換與處理的數(shù)據(jù)模型。幾何模型包含了三維形體的幾何信息、拓?fù)湫畔⒁约捌渌膶傩詳?shù)據(jù)。

幾何建模——用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)來表示和構(gòu)造形體的幾何形狀，建立計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型的過程。

幾何建模技術(shù)是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAE集成的基礎(chǔ)。65采用三維實(shí)體造型技術(shù)來構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)象模型，不僅使設(shè)計(jì)過程直觀、方便，同時(shí)也為后續(xù)的應(yīng)用，如物性計(jì)算、工程分析、數(shù)控加工編程及模擬、三維裝配、運(yùn)動(dòng)仿真、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、渲染處理等提供了一個(gè)較好的產(chǎn)品數(shù)據(jù)化模型，對(duì)實(shí)現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)的集成、保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性和完整性提供了技術(shù)支持。（1）20世紀(jì)60年代，開始產(chǎn)生線框模型；（2）20世紀(jì)70年代，三維形體出現(xiàn)表面模型；（3）20世紀(jì)70年代末，出現(xiàn)實(shí)體模型。2、幾何建模技術(shù)的發(fā)展實(shí)體造型——通過簡(jiǎn)單體素的幾何變換和并、交、差集合運(yùn)算，生成各種復(fù)雜形體的建模技術(shù)。幾何模型為線框模型、表面模型、實(shí)體模型的統(tǒng)稱，即形體的描述和表達(dá)是建立在幾何信息和拓?fù)湫畔⒌奶幚砘A(chǔ)上。66二、CAD/CAM幾何建模技術(shù)的基本知識(shí)

1、幾何信息

幾何信息——構(gòu)成三維形體的各幾何元素的形狀、位置和大小。

幾何信息可以用具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式來進(jìn)行定量描述，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過某些不等式對(duì)其邊界加以限制。

2、拓?fù)湫畔?/p>

拓?fù)湫畔ⅰ从橙S形體中幾何元素的數(shù)量及其相互間連接關(guān)系。幾何元素間的連接關(guān)系是指：一個(gè)形體（Object）由哪些面（Face）組成，每個(gè)面上有幾個(gè)環(huán)（Loop），每個(gè)環(huán)由哪些邊（Edge）組成，每條邊又由哪些點(diǎn)（Vertex）定義。形體由點(diǎn)、邊、環(huán)、面、體等各種不同的幾何元素構(gòu)成，其中點(diǎn)（V）、邊（E）、面（F）為最基本的幾何元素。67形體在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用六層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行定義。（1）體——由封閉表面圍成的有效空間。

正則形體——具有良好邊界的形體。正則形體沒有懸邊、懸面，任意邊沒有兩個(gè)以上的鄰面。

（2）殼——構(gòu)成一個(gè)完整實(shí)體的封閉邊界，是形成封閉的單一連通空間的一組面的結(jié)合。一個(gè)連通的物體由一個(gè)外殼和若干個(gè)內(nèi)殼構(gòu)成。（3）面——由一個(gè)外環(huán)和若干個(gè)內(nèi)環(huán)界定的不連通表面。

面有方向性，用外法失方向作為該面的正方向。4、形體的表示3、非幾何信息產(chǎn)品除描述實(shí)體幾何信息、拓?fù)湫畔⒁酝獾男畔?。包括零件的物理屬性和工藝屬性等，如零件質(zhì)量、性能參數(shù)、公差、加工粗糙度、技術(shù)要求等。68

外環(huán)——確定面的最大邊界的環(huán)。外環(huán)的邊按逆時(shí)鐘走向。

內(nèi)環(huán)——確定面內(nèi)孔或凸臺(tái)周界的環(huán)。內(nèi)環(huán)的邊按順時(shí)鐘走向。（5）邊——實(shí)體兩個(gè)鄰面的交界。

頂點(diǎn)不能孤立存在于實(shí)體內(nèi)、實(shí)體外或面和邊的內(nèi)部。（4）環(huán)——面的封閉邊界，由有序、有向邊的組合。

環(huán)不能自交，且有內(nèi)外之分。一條邊有兩個(gè)頂點(diǎn)，分別稱為該邊的起點(diǎn)和終點(diǎn)，邊不能自交。（6）頂點(diǎn)——邊的端點(diǎn)，為兩條或兩條以上邊的交點(diǎn)。69形體使用如右圖所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（topology）

頂點(diǎn)（Vertex）邊（Edge）

環(huán)（Loop）面（Face）殼（Shell）

體（Object）

模型（Model）點(diǎn)（Point）曲線（Curve）表面（Surface）705、正則集和正則集合運(yùn)算正則集的數(shù)學(xué)定義：

S=kiS式中，k表示閉包，i表示內(nèi)部，S表示集合。該公式的含義為：如果一集合S的內(nèi)部閉包與原來的集合相等，則稱此集合為正則集。通常的交、并、差運(yùn)算有可能產(chǎn)生非正則集。為此，定義一套正則化的集合算子并（∪*）、交（∩*）、差（\*），以區(qū)別于常規(guī)的集合算子∪、∩與\，保證在運(yùn)算后仍產(chǎn)生正則集，及保證形體的有效性。實(shí)體造型中，通過布爾運(yùn)算將一些基本體素合成復(fù)雜的形體。布爾運(yùn)算是一種正則化的集合運(yùn)算，它保證兩個(gè)基本體素經(jīng)過運(yùn)算后所得結(jié)果是有意義的，并可進(jìn)一步參與布爾運(yùn)算。716、歐拉公式運(yùn)用歐拉公式可以檢驗(yàn)形體的合法性和一致性。（1）對(duì)于正則形體，其點(diǎn)（V）、邊（E）、面（F）的個(gè)數(shù)滿足歐拉公式：

V–E+F=2（2）將三維封閉的空間分割成B個(gè)獨(dú)立的多面體，則點(diǎn)、邊、面、體的個(gè)數(shù)滿足歐拉公式：

V–E+F–B=1（3）對(duì)于有G個(gè)孔洞的形體，相應(yīng)的歐拉公式為：

V–E+F–L=2（B–G）72第二節(jié)三維幾何建模技術(shù)一、線框建模（WireFrameModeling）

1、線框建模——三維實(shí)體僅通過頂點(diǎn)和棱邊來描述形體的幾何形狀。

2、線框模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——由一個(gè)頂點(diǎn)表和一個(gè)棱邊表組成。棱邊表用來表示棱邊和頂點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，頂點(diǎn)表用來記錄各頂點(diǎn)的坐標(biāo)值。

3、優(yōu)點(diǎn)——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信息量少，占用的內(nèi)存空間小，對(duì)操作的響應(yīng)速度快。

4、缺點(diǎn)——由于線框模型只有棱邊和頂點(diǎn)的信息，缺少面與邊、面與體等拓?fù)湫畔?，?dǎo)致形體信息的描述不完整，容易產(chǎn)生多義性，不能正確表達(dá)曲面形體的輪廓線；不能進(jìn)行消隱；不能產(chǎn)生剖視圖；不能進(jìn)行物性計(jì)算和求交計(jì)算；無法檢驗(yàn)實(shí)體的碰撞和干涉；無法生成數(shù)控加工的刀具軌跡和有限元網(wǎng)格的自動(dòng)劃分等。73二、表面建模（SurfaceModeling）

1、表面建?！ㄟ^對(duì)物體各個(gè)表面或曲面進(jìn)行描述的一種三維建模方法。

2、表面模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了面的有關(guān)信息和連接指針，除了頂點(diǎn)表和棱邊表之外，增加了面表結(jié)構(gòu)。

線框建模作為建模的基礎(chǔ)與表面模型和實(shí)體模型密切配合，成為CAD建模系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

3、優(yōu)點(diǎn)——相對(duì)于線框模型而言，表面模型增加了面、邊的拓?fù)潢P(guān)系，因而可以進(jìn)行消隱處理、剖面圖的生成、渲染、求交計(jì)算、數(shù)控刀具軌跡的生成、有限元網(wǎng)格劃分等作業(yè)。

4、缺點(diǎn)——表面模型缺少體的信息以及體、面間的拓?fù)潢P(guān)系，無法區(qū)分面的哪一側(cè)是體內(nèi)或體外；不能進(jìn)行物性計(jì)算和分析。

5、常見的曲面構(gòu)造方法：平面、線性拉伸面、直紋面、回轉(zhuǎn)面、掃成面、圓角面、等距面。74三、實(shí)體建模（SolidMolding）

實(shí)體建模——不僅描述了實(shí)體的全部幾何信息，而且定義了所有點(diǎn)、線、面、體的拓?fù)湫畔?。（一）?shí)體建模的概念（１）能夠方便地確定三維空間中在面的哪一側(cè)存在實(shí)體，確定給定點(diǎn)的位置是處在實(shí)體的邊界面上，還是在實(shí)體的內(nèi)部或外部；（２）利用實(shí)體建模系統(tǒng)可對(duì)實(shí)體信息進(jìn)行全面完整的描述，能夠?qū)崿F(xiàn)消隱、剖切、有限元分析、數(shù)控加工，對(duì)實(shí)體著色、光照及紋理處理，能夠進(jìn)行實(shí)體的外形計(jì)算等。優(yōu)點(diǎn)：（二）幾何形體的表示方法常用三維實(shí)體在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法：基本體素表示法、掃描表示法、邊界表示法、構(gòu)造實(shí)體幾何表示法、空間單元表示法。75

基本體素表示法——用一組參數(shù)來定義一族形狀相似但大小不同的形體，如錐、柱、球、立方體等。

掃描表示法——由一個(gè)二維圖形或三維形體，在空間沿某一方向或脊椎線平移或繞某一軸線旋轉(zhuǎn)來定義實(shí)體的方法。1、基本體素表示法對(duì)基本體素的引用或比例變換只影響形體的幾何形狀，而不改變其拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

基本體素表示法和其它構(gòu)造方法相結(jié)合，可以構(gòu)造出較復(fù)雜的形體。2、掃描表示法3、邊界表示法（BoundaryRepresentation）邊界表示法——即B-Rep法。通過構(gòu)成實(shí)體的面、環(huán)、邊、頂點(diǎn)的幾何數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中表示實(shí)體。76采用B-Rep表示實(shí)體的優(yōu)點(diǎn)：缺乏實(shí)體生成的過程信息，即該實(shí)體是由哪些基本體素定義的、是通過何種運(yùn)算拼合而成的；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大，必須具有方便的用戶界面才能建立起實(shí)體的所有邊界信息。采用B-Rep表示實(shí)體的缺點(diǎn)：詳細(xì)記錄了構(gòu)成形體的所有幾何元素的幾何信息和拓?fù)湫畔?，有利于以面和邊為基礎(chǔ)的多種幾何運(yùn)算和操作，以及交、并、差集合運(yùn)算，便于構(gòu)造和表達(dá)具有復(fù)雜外形的三維實(shí)體。77

構(gòu)造實(shí)體幾何表示法——即CSG表示法。用一棵有序的二叉樹記錄一個(gè)實(shí)體的所有組合基本體素以及正則集合運(yùn)算和幾何變換的過程。CSG表示法的特點(diǎn)——無二義性．4、構(gòu)造實(shí)體幾何表示法（ConstructiveSolidGeometry）

CSG的幾何造型系統(tǒng)中，通常有兩套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：一套是由基本體素以及集合運(yùn)算和幾何變換所生成實(shí)體的二叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；另一套是描述這些體素的位置及其體、面、邊、點(diǎn)的信息。對(duì)于同一實(shí)體，其CSG二叉樹的構(gòu)造并不唯一，同一復(fù)雜結(jié)構(gòu)可由不同的構(gòu)造方法如protrusion、cut、copy等得來。優(yōu)點(diǎn)——造型簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以方便地轉(zhuǎn)換成其它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示。缺點(diǎn)——不能存儲(chǔ)最終實(shí)體的更詳細(xì)的幾何信息，必須經(jīng)過運(yùn)算轉(zhuǎn)化為B-Rep表示后，才能對(duì)實(shí)體的點(diǎn)、邊、面等信息進(jìn)行查詢和編輯。78

CSG表示法與B-Rep表示法的綜合運(yùn)用——采用CSG樹作為用戶的輸入接口，同時(shí)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用B-Rep描述方法來記錄三維形體的完整的幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ？臻g單元表示法——用一系列規(guī)則的空間單元（或稱“體元”

）來表示實(shí)體的一種方法。通常用體元重心處的坐標(biāo)來表示一個(gè)空間單元，單元的大小決定了單元分解的精度。優(yōu)點(diǎn)——算法簡(jiǎn)單；容易實(shí)現(xiàn)并、交、差集合運(yùn)算；易于檢查實(shí)體間的碰撞干涉、便于消隱和輸出顯示；具有物性計(jì)算和有限元計(jì)算的基礎(chǔ)?？臻g單元表示法用于二維圖形（四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）和空間三維實(shí)體（八叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）5、空間單元表示法

缺點(diǎn)——需要大量的存儲(chǔ)空間；不能表達(dá)各部分之間的拓?fù)潢P(guān)系；沒有點(diǎn)、線、面等形體單元的概念；難以轉(zhuǎn)化為B-Rep表示和CSG表示。79第三節(jié)特征建模技術(shù)一、特征建模的概念

特征——從工程對(duì)象中高度概括和抽象后得到的具有工程語義的功能要素。它不僅包含了確定的幾何形狀信息，而且還含有如材料、尺寸公差和形位公差、粗糙度、裝配要求以及工藝、管理等各種屬性。

特征建模——通過特征及其集合進(jìn)行定義、描述零件模型的過程。

特征本身是參數(shù)化的，在特征建模時(shí)，各個(gè)形狀特征的位置和尺寸可以通過尺寸驅(qū)動(dòng)方便地進(jìn)行修改，其附屬的屬性也隨之修改。

參數(shù)化（Parametric）造型技術(shù)的主要特點(diǎn)：

1、基于特征；

2、全尺寸約束；

3、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改；

4、全數(shù)據(jù)相關(guān)。80二、特征的分類與特征間的關(guān)系從模具CAD/CAM的作業(yè)過程和要求來考慮，特征可分為形狀特征、精度特征、材料特征、技術(shù)特征、裝配特征和管理特征。在Pro/E軟件中，有：拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描特征、混成特征、孔特征、倒角特征、圓角特征、陣列特征、切割特征、肋特征、抽殼特征以及基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)等輔助特征。1、特征的分類（1）形狀特征——具有一定工程語義的幾何形體，包含了這些形體的幾何信息和拓?fù)湫畔?。?）精度特征——用于描述零件上公稱的幾何形狀允許的變化量，包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等信息。（3）材料特征——用于描述與零件材料及熱處理要求相關(guān)的信息，如零件的材料型號(hào)、性能、熱處理要求和方式、表面處理方式和條件、硬度、檢驗(yàn)方式等。81（4）技術(shù)特征——用于描述零件的有關(guān)性能和技術(shù)要求。（5）裝配特征——用于描述零件在裝配過程中要使用的信息和裝配時(shí)的技術(shù)要求，如零件的配合關(guān)系、裝配順序和方式、裝配要求等。（6）管理特征——用于描述零件的管理信息，如零件名、圖號(hào)、批量、設(shè)計(jì)者、日期、未注粗糙度等。其中，精度特征、材料特征、技術(shù)特征、裝配特征等四個(gè)與生產(chǎn)加工工藝相關(guān)的特征，統(tǒng)稱為“工藝特征”。一般有以下3種：（1）相鄰關(guān)系——在空間位置之間的相互關(guān)系。（2）從屬關(guān)系——在某一主特征上產(chǎn)生輔助特征（有時(shí)僅作為尺寸標(biāo)注參考、幾何圖元平移等），輔助特征從屬于主特征。（3）分布關(guān)系——表示某類特征在空間按照某種方式所排列的關(guān)系。2、特征之間的關(guān)系82三、常見特征建模的方式

基于特征的設(shè)計(jì)——由設(shè)計(jì)人員調(diào)用特征造型系統(tǒng)中的特征，通過增加、刪除和修改等操作建立零件特征模型的建模方式。

特征識(shí)別——根據(jù)已有的幾何模型，通過一系列的算法對(duì)待識(shí)別的幾何模型進(jìn)行解釋，識(shí)別出相應(yīng)的形狀特征，并加以定義，達(dá)到特征建模的目的。

特征識(shí)別方式：采用特征識(shí)別建立零件的特征模型過程比較復(fù)雜，且容易出錯(cuò)，對(duì)于復(fù)雜的零件甚至難以實(shí)現(xiàn)。１、基于特征的設(shè)計(jì)２、特征識(shí)別（1）交互式特征識(shí)別（2）系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行特征識(shí)別833、特征映射根據(jù)工程應(yīng)用環(huán)境的不同，有以下5種特征域：

特征的映射——為使后續(xù)的應(yīng)用能直接利用CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品信息，就必須將設(shè)計(jì)特征映射為各種后續(xù)應(yīng)用領(lǐng)域所需要的特征，這一過程稱之為特征的映射。

特征的多視域造成了在CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)間的特征及其信息需求不同，阻礙了各系統(tǒng)之間信息的真正集成。（1）設(shè)計(jì)特征域；（2）分析特征域；（3）工藝特征域；（4）制造特征域；（5）裝配特征域。84本節(jié)內(nèi)容作為課外上機(jī)內(nèi)容。要求以某一產(chǎn)品或該產(chǎn)品的某個(gè)部件為原型，設(shè)計(jì)其三維模型，并輸出二維圖紙。具體要求如下：

1、完成各零、部件的幾何造型（零件總數(shù)不少于兩個(gè)）；

2、完成各零件的二維圖；

3、完成產(chǎn)品或部件的裝配圖，并輸出二維圖.第四節(jié)幾種CAD軟件三維造型功能簡(jiǎn)介

模具CAD/CAM課程上機(jī)作業(yè)班級(jí)：模具_(dá)_____班姓名：任課老師：完成時(shí)間：自己制作封面，將打印的二維裝配圖、零件圖及封面裝訂在一起。封面形式如下：85第六章CAD/CAM集成技術(shù)一、產(chǎn)生產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代初。我國(guó)在20世紀(jì)80年代末開始興起計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)，20世紀(jì)90年代已經(jīng)在不少企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用。CAD/CAPP/CAM集成分系統(tǒng)是CIMS的一個(gè)重要組成部分。二、CAD/CAM集成內(nèi)容并非是各系統(tǒng)模塊疊加式組合，而是通過不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的映射和數(shù)據(jù)交換，利用各種接口將CAD/CAPP/CAM的各個(gè)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)連接成一個(gè)集體化的整體。86

CAD/CAM的集成涉及到網(wǎng)絡(luò)集成、功能集成和信息集成等諸多方面。

網(wǎng)絡(luò)集成：解決異構(gòu)和分布環(huán)境下網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間的設(shè)備互連、傳輸介質(zhì)互用、網(wǎng)絡(luò)軟件互操作和數(shù)據(jù)互通信等問題。

功能集成：保證各種應(yīng)用互通互換、應(yīng)用程序互操作以及系統(tǒng)界面一致性等。

信息集成：是CAD/CAPP/CAM集成的核心，要解決異構(gòu)數(shù)據(jù)源和分布環(huán)境下的數(shù)據(jù)互操作和數(shù)據(jù)共享等問題。

信息集成的三種實(shí)現(xiàn)方式：

1）通過專用格式文件的集成方式；

2）通過標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)文件的集成方式；

3）利用公用工程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行系統(tǒng)集成。87三、CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)

20世紀(jì)90年代初，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開發(fā)了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的交換標(biāo)準(zhǔn)（STEP，StandardfortheExchangeofProductModelData）。

1）產(chǎn)品建模技術(shù)。

2）集成的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。

3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)。四、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)

20世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局開始研究初始化圖形交換標(biāo)準(zhǔn)IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification），解決了圖形幾何信息的交換問題。

1、IGES標(biāo)準(zhǔn)

2、STEP標(biāo)準(zhǔn)88一、數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的概念

數(shù)控系統(tǒng)——數(shù)字控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱，NumericalControlSystem。早期是由硬件電路構(gòu)成的稱為硬件數(shù)控（HardNC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計(jì)算機(jī)代替稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。

第七章數(shù)控加工

CNC系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)數(shù)控（Computerized

numerical

control,簡(jiǎn)稱CNC）系統(tǒng)——用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。

CNC系統(tǒng)組成——由數(shù)控程序、輸入裝置、輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動(dòng)裝置（包括檢測(cè)裝置）等組成，核心是CNC裝置。89二、數(shù)控系統(tǒng)的分類與傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)上具備一些開放性，功能十分強(qiáng)大，如FANUC16i/18i,Simens840D,NumIO60等。根據(jù)系統(tǒng)硬件和軟件組成及其結(jié)構(gòu)形式分為以下4種類型:

1、傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)硬件由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，具有很強(qiáng)的專用性，經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的使用，質(zhì)量和性能穩(wěn)定可靠，目前還占領(lǐng)著制造業(yè)的大部分市場(chǎng)。

缺點(diǎn):a.用戶的應(yīng)用、維修以及操作人員培訓(xùn)完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用較高;b.系統(tǒng)功能的擴(kuò)充以及更新完全依賴于公司的技術(shù)水平，周期比較長(zhǎng);c.大量市售廉價(jià)通用軟硬件在專用數(shù)控系統(tǒng)上無法使用，功能比較單一。

2、PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)

缺點(diǎn)：但系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，系統(tǒng)價(jià)格也十分昂貴，一般的中小型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家沒有經(jīng)濟(jì)能力去購(gòu)買。90與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性價(jià)比，因而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PowerAutomation公司的PA8000NT，以及NUM公司的NUM1020系統(tǒng)等。3、NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件部分由開放式體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。如日本MAZAK公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64構(gòu)造的MAZATROL640CNC。這種數(shù)控系統(tǒng)的開放性能比較好，并且對(duì)功能進(jìn)行改進(jìn)也比較方便，系統(tǒng)的控制功能主要由運(yùn)動(dòng)控制卡來實(shí)現(xiàn)，機(jī)床硬件發(fā)生改變時(shí)，只需要修改相應(yīng)部分的控制軟件，并且系統(tǒng)性價(jià)比也比較高，能夠滿足大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家的需要。4、全軟件型的開放式數(shù)控系統(tǒng)

一種最新型的開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，所有的數(shù)控功能(包括插補(bǔ)、位置控制等)全部都是由計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。91三、數(shù)控加工編程發(fā)展歷程：手工編程數(shù)控語言自動(dòng)編程圖形交互編程CAD/CAM集成系統(tǒng)編程其中后面三種均為計(jì)算機(jī)輔助編程。92手工編程方法是編制加工程序的基礎(chǔ)，也是機(jī)床現(xiàn)場(chǎng)加工調(diào)試的主要方法，對(duì)機(jī)床操作人員來講是必須掌握的基本功，其重要性是不容忽視的。1、手工編程：從零件圖紙分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫程序單、程序校核等各步驟的數(shù)控編程工作均由人工完成的全過程。手工編程比較簡(jiǎn)單，容易掌握，適應(yīng)性較強(qiáng)。適合于編寫進(jìn)行點(diǎn)位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件的加工程序，以及程序坐標(biāo)計(jì)算較為簡(jiǎn)單、程序段不多、程序編制易于實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合。

932、自動(dòng)編程：是指在計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的支持下，自動(dòng)生成數(shù)控加工程序的過程的過程。它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)快速運(yùn)算和存儲(chǔ)的功能。特點(diǎn)：采用簡(jiǎn)單、習(xí)慣的語言對(duì)加工對(duì)象的幾何形狀、加工工藝、切削參數(shù)及輔助信息等內(nèi)容按規(guī)則進(jìn)行描述，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算、后置處理，產(chǎn)生出零件加工程序單，并且對(duì)加工過程進(jìn)行模擬。對(duì)于形狀復(fù)雜，具有非圓曲線輪廓、三維曲面等零件編寫加工程序，采用自動(dòng)編程方法效率高，可靠性好。在編程過程中，程序編制人可及時(shí)檢查程序是否正確，需要時(shí)可及時(shí)修改。94當(dāng)前，應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程已成為數(shù)控機(jī)床加工編程的主流。論文“基于Pro/ENC模塊的圖形交互式自動(dòng)編程”

文章摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,圖形交互式自動(dòng)編程的應(yīng)用越來越廣泛,它可以直接將零件的幾何圖形信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序,極大地提高了數(shù)控編程的效率.文章介紹了利用Pro/engjneerNC模塊進(jìn)行圖像交互式自動(dòng)編程的工作流程,并以銑削實(shí)例對(duì)編程過程中的有關(guān)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行了分析說明.3、圖形交互式自動(dòng)編程：4、CAD/CAM集成系統(tǒng)編程由CAD系統(tǒng)所生成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型將在CAM系統(tǒng)中直接轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的加工模型，CAM系統(tǒng)可幫助產(chǎn)品制造工程師完成被加工零件的形面定義、刀具的選擇、加工參數(shù)的設(shè)定、刀具軌跡的計(jì)算、數(shù)控加工程序的自動(dòng)生成、加工模擬等數(shù)控編程的整個(gè)過程。95取件位置應(yīng)避免工件材料內(nèi)部組織及內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響；切割路線的走向應(yīng)選擇注意材料變形的影響；將起（終）點(diǎn)選在切割表面的拐角處，或選在精度要求不高的表面上，或選擇容易修整的表面上。一、數(shù)控線切割編程中的工藝處理

1、偏移量f的確定第五節(jié)數(shù)控電火花線切割加工的程序編制采用快走絲機(jī)構(gòu)，在V空=60~80V時(shí)，一般Z=0.01~0.02mm。

2、取件位置、切割路線走向及起點(diǎn)的選擇96（1）適當(dāng)?shù)亩ㄎ豢梢院?jiǎn)化編程工作；（2）適當(dāng)?shù)膴A具可以簡(jiǎn)化編程工作或擴(kuò)大線切割機(jī)的使用范圍。

3、鉬絲切割軌跡的確定（1)直接加工零件時(shí)，鉬絲切割軌跡通過公差帶中心；

(2)加工冷沖模的凸凹模時(shí)，切割軌跡偏離公差帶中心，以延長(zhǎng)模具的使用壽命；

(3)當(dāng)線切割分粗精兩次完成，或有后續(xù)加工時(shí)，應(yīng)留出加工余量:

4、零件定位方式的確定與夾具選擇

5、輔助程序的規(guī)劃

輔助程序：引入程序、切出程序、超切程序和回退程序97第八章注塑模具CAD/CAM第一節(jié)注塑模CAD/CAE/CAM概述

一、發(fā)展簡(jiǎn)史

CAD、CAM的發(fā)展；

CAE的發(fā)展。

K.K.Wang，美國(guó)康奈爾大學(xué)（Cornell）大學(xué)教授，C-Mold——Moldflow。二、技術(shù)特點(diǎn)重點(diǎn)：注塑產(chǎn)品的造型、模具設(shè)計(jì)、繪圖、數(shù)控加工數(shù)據(jù)的生成。傳統(tǒng)的方法需要采用木模進(jìn)行仿行加工，CAD/CAE/CAM的集成化從根本上改變了模具生產(chǎn)方式。

CAE——預(yù)測(cè)成型工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)（流道系統(tǒng)；澆口位置、個(gè)數(shù)；冷卻等）。

CAM：模