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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——CAGD35

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 CATIA148

4.5.2 Unigraphics150

4.5.3 Solidworks151

4.5.4 AutoCAD151

4.5.5 CAXA152

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