教學(xué)課件-計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及應(yīng)用

第10章工程數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理工程數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理是CAD的一項(xiàng)重要內(nèi)容，了解和掌握工程數(shù)據(jù)的處理方法具有重要的意義。本章概述工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常需要引用一系列的數(shù)據(jù)資料，如圖表、各種標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)等。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，這些資料的獲得通常由人工查詢(xún)手冊(cè)或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在CAD過(guò)程中，這些數(shù)據(jù)則可以由計(jì)算機(jī)處理。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格、線(xiàn)圖及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范算法設(shè)計(jì)處理設(shè)計(jì)資料10.1概

述10.2數(shù)表的計(jì)算機(jī)處理設(shè)計(jì)手冊(cè)或設(shè)計(jì)規(guī)范中有各種形式的數(shù)表，其中，有些數(shù)表有精確的計(jì)算公式，當(dāng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)力求找到原來(lái)的公式，將其編寫(xiě)成計(jì)算程序。但對(duì)于大多數(shù)數(shù)表而言，它們并不存在表達(dá)公式，或有些數(shù)表的公式難以找到。對(duì)于這樣的數(shù)表，就需要對(duì)其進(jìn)行程序化處理。數(shù)表程序化一元函數(shù)插值二元函數(shù)插值10.2.1數(shù)表程序化數(shù)表的程序化一般是通過(guò)數(shù)組的方法實(shí)現(xiàn)的。可以用一維、二維或多維數(shù)組分別表示一維、二維或多維數(shù)表，且自變量各值與因變量數(shù)組的下標(biāo)一一對(duì)應(yīng)。在計(jì)算機(jī)處理過(guò)程中，一般是將輸入的各自變量值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的因變量數(shù)組下標(biāo)，根據(jù)下標(biāo)即可查到因變量的值。10.2.2一元函數(shù)插值線(xiàn)性插值拋物線(xiàn)插值10.2.3二元函數(shù)插值直線(xiàn)—直線(xiàn)插值拋物線(xiàn)—直線(xiàn)插值拋物線(xiàn)—拋物線(xiàn)插值直線(xiàn)—直線(xiàn)插值拋物線(xiàn)—直線(xiàn)與拋物線(xiàn)—拋物線(xiàn)插值工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常要通過(guò)一些線(xiàn)圖來(lái)查找某些參數(shù)或系數(shù)。由于線(xiàn)圖不能直接存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，所以，在編制程序時(shí)必須將線(xiàn)圖程序化。

建立擬合公式的方法最小二乘法擬合的基本思想最小二乘法多項(xiàng)式擬合最小二乘法其他函數(shù)擬合10.3線(xiàn)圖的程序化10.3.1建立擬合公式的方法工程實(shí)際設(shè)計(jì)中，時(shí)常需要用一定的數(shù)學(xué)方法將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一系列數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擬合為近似的經(jīng)驗(yàn)公式，這種建立經(jīng)驗(yàn)公式的過(guò)程稱(chēng)為曲線(xiàn)擬合。在實(shí)際曲線(xiàn)擬合時(shí)，常用的方法之一是最小二乘法。10.3.2最小二乘法擬合的基本思想對(duì)擬合公式的最基本的要求是由對(duì)應(yīng)系數(shù)確定的擬合曲線(xiàn)與各結(jié)點(diǎn)的偏差的平方和為最小，這就是最小二乘法擬合的基本思想。10.3.3最小二乘法多項(xiàng)式擬合采用最小二乘法多項(xiàng)式擬合，得到以下擬合公式：10.3.4最小二乘法其他函數(shù)擬合冪函數(shù)，其擬合函數(shù)為

。指數(shù)函數(shù)，其擬合函數(shù)為

。對(duì)數(shù)函數(shù)，其擬合函數(shù)為

。由MathWorks公司開(kāi)發(fā)的MATLAB是較為流行的通用數(shù)據(jù)處理軟件之一，是具有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)算功能的應(yīng)用軟件。MATLAB是一種交互式、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界與學(xué)術(shù)界，主要用于矩陣運(yùn)算，同時(shí)，在數(shù)值分析、自動(dòng)控制模擬、仿真分析、數(shù)字信號(hào)處理、動(dòng)態(tài)分析和繪圖等方面也具有強(qiáng)大的功能。多項(xiàng)式的表示多項(xiàng)式插值多項(xiàng)式擬合10.4通用數(shù)據(jù)處理軟件介紹數(shù)據(jù)獨(dú)立地存放在計(jì)算機(jī)的外存上(軟盤(pán)、硬盤(pán)等)就形成了數(shù)據(jù)文件。用戶(hù)可通過(guò)應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行各種操作。數(shù)據(jù)文件按組織形式和管理方式可分為順序文件、隨機(jī)文件等類(lèi)型。順序文件中的數(shù)據(jù)按其輸入的先后次序存放。處理順序文件時(shí)必須從頭至尾一個(gè)接一個(gè)地讀寫(xiě)，效率較低。隨機(jī)文件又稱(chēng)為記錄文件，它以記錄的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。對(duì)于隨機(jī)文件，用戶(hù)可以隨機(jī)讀寫(xiě)記錄數(shù)據(jù)，因此，存取速度要比順序文件快得多。。10.5工程數(shù)據(jù)文件處理數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，它的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，不僅應(yīng)用于事務(wù)處理，并且進(jìn)一步應(yīng)用到人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，涉及到非數(shù)值計(jì)算各方面的應(yīng)用。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫(kù)在CAD中的應(yīng)用10.6數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在CAD中的應(yīng)用10.6.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是在文件管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)據(jù)管理技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)是存儲(chǔ)在一起并相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集合，這種數(shù)據(jù)集合以最小的冗余為多種應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)獨(dú)立于應(yīng)用程序，應(yīng)用程序能夠共享數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)資源。10.6.2數(shù)據(jù)庫(kù)在CAD中的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)在CAD中的應(yīng)用之一是CAD系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的聯(lián)接。目前，常用的方法有兩種：利用開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)互連(OpenDataBaseConnectivity，ODBC)實(shí)現(xiàn)互連；自編對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件直接進(jìn)行操作的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)在CAD系統(tǒng)中直接操作數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。Access在CAD中的應(yīng)用Excel在CAD中的應(yīng)用利用ARX應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)AutoCAD與FoxPro數(shù)據(jù)庫(kù)連接利用VBA編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與CAD的連接由于工程數(shù)據(jù)種類(lèi)多，且對(duì)事務(wù)處理能力的要求高，傳統(tǒng)的商用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不能很好地滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的需要，因此，作為支持工程應(yīng)用的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生了。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成方法10.7工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介10.7.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)決策支持環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)應(yīng)包括工程數(shù)據(jù)庫(kù)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫(kù)的終端用戶(hù)。10.7.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)模型方面的特點(diǎn)長(zhǎng)事務(wù)管理的功能友好的用戶(hù)接口工程數(shù)據(jù)庫(kù)相容性的支持10.7.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成方法在現(xiàn)有商用事務(wù)DBMS的外層增加一層軟件，彌補(bǔ)商用事務(wù)DBMS用于工程環(huán)境的不足。增加現(xiàn)有DBMS的功能，滿(mǎn)足工程數(shù)據(jù)管理的要求。建立專(zhuān)用的文件管理器，把現(xiàn)有的DBMS作為一項(xiàng)應(yīng)用。研究新的數(shù)據(jù)模型，開(kāi)發(fā)新的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，使它具有新的功能和性能，滿(mǎn)足工程數(shù)據(jù)管理的要求。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(ProductDataManagement，PDM)是一項(xiàng)新的管理思想和技術(shù)，它的核心思想是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的有序、設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化和資源的共享。PDM的產(chǎn)生PDM基本概念PDM的發(fā)展PDM的功能分析PDM技術(shù)分析10.8產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)及其發(fā)展10.8.1PDM的產(chǎn)生20世紀(jì)60、70年代，企業(yè)在其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中開(kāi)始使用CAD、CAM等新技術(shù)。新技術(shù)的應(yīng)用在促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理正是在這一背景下產(chǎn)生的一項(xiàng)新的管理思想和技術(shù)。PDM可以定義為以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過(guò)程、資源一體化集成管理的技術(shù)。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展，PDM技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在機(jī)械、電子、航空航天等領(lǐng)域獲得了普遍的應(yīng)用。10.8.2PDM基本概念主要從事PDM技術(shù)和計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的國(guó)際著名咨詢(xún)公司CIMdata公司對(duì)PDM所下的定義是：PDM是一門(mén)管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程的技術(shù)。PDM應(yīng)該是在企業(yè)范圍內(nèi)，由供應(yīng)、工程設(shè)計(jì)、制造、采購(gòu)、市場(chǎng)、銷(xiāo)售、客戶(hù)等共同組成的一種軟件管理系統(tǒng)。一個(gè)成熟的PDM系統(tǒng)應(yīng)該能夠使所有參與創(chuàng)建、交流、維護(hù)設(shè)計(jì)意圖的人們?cè)谡麄€(gè)信息生命周期中安全、有序、高效地共享與產(chǎn)品相關(guān)的各種不同數(shù)據(jù)，其中包括圖紙、數(shù)字化文檔、CAD文件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。10.8.3PDM的發(fā)展配合CAD工具的PDM系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)PDM產(chǎn)品PDM的標(biāo)準(zhǔn)化階段。10.8.4PDM的功能分析電子資料庫(kù)和文檔管理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理生命周期(工作流)管理集成開(kāi)發(fā)接口查看和圈閱掃描與成像設(shè)計(jì)檢索和零件庫(kù)項(xiàng)目管理電子協(xié)作10.8.5PDM技術(shù)分析PDM的系統(tǒng)構(gòu)造方法PDM系統(tǒng)的基本特征第11章計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)本章將介紹與CAD技術(shù)密切相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)技術(shù)，其中包括數(shù)控編程、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(ComputerAidedProcessPlanning，CAPP)，以及先進(jìn)制造技術(shù)中的計(jì)算機(jī)集成制造、并行工程和虛擬制造技術(shù)。本章概述計(jì)算機(jī)輔助制造是利用計(jì)算機(jī)來(lái)代替人去完成制造以及與制造過(guò)程有關(guān)的工作。概述CAM系統(tǒng)的典型體系結(jié)構(gòu)數(shù)控編程11.1計(jì)算機(jī)輔助制造11.1.1概述CAM有狹義和廣義之分。狹義的CAM通常僅指數(shù)控(NC)程序的編制；廣義上的CAM指利用計(jì)算機(jī)輔助從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的各直接和間接活動(dòng)，包括計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)計(jì)劃、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)等內(nèi)容。11.1.2CAM系統(tǒng)的典型體系結(jié)構(gòu)CAM子系統(tǒng)與CAD和CAE等子系統(tǒng)在系統(tǒng)底層一級(jí)集成式開(kāi)發(fā)以現(xiàn)有側(cè)重產(chǎn)品造型的系統(tǒng)為平臺(tái)的插件式CAM系統(tǒng)支持簡(jiǎn)單曲面造型的專(zhuān)用NC計(jì)算系統(tǒng)11.1.3數(shù)控編程手工編程自動(dòng)編程數(shù)控編程語(yǔ)言11.2計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)CAPP概述CAPP的系統(tǒng)原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)派生式CAPP系統(tǒng)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)11.2.1CAPP概述CAPP的提出CAPP發(fā)展簡(jiǎn)史及分類(lèi)CAPP系統(tǒng)分類(lèi)11.2.2CAPP的系統(tǒng)原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CAPP的系統(tǒng)原理CAPP系統(tǒng)的組成11.2.3派生式CAPP系統(tǒng)派生式CAPP系統(tǒng)的工作原理派生式CAPP系統(tǒng)的研制過(guò)程派生式CAPP系統(tǒng)舉例TOJICAP系統(tǒng)原理圖11.2.4創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工作原理零件信息描述創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝決策邏輯創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中的逆向編程原理創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中的工序設(shè)計(jì)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)實(shí)例STCAPP系統(tǒng)原理圖CAD/CAM系統(tǒng)的集成是把CAD、CAPP、CAE、CAM(包括數(shù)控編程和生產(chǎn)計(jì)劃與控制)等各種功能通過(guò)軟件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來(lái)組織各種信息的提取、交換、共享和處理，以保證系統(tǒng)內(nèi)信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行。

系統(tǒng)集成的必要性CAD/CAM系統(tǒng)集成的程度CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)11.3CAD/CAM系統(tǒng)集成11.3.1系統(tǒng)集成的必要性目前制造業(yè)中許多研究工作都與如何減少閑置時(shí)間有關(guān)，以期提高設(shè)備的生產(chǎn)效率和利用率，減少在制品庫(kù)存，加快流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)等。要達(dá)到這個(gè)目的，必須在生產(chǎn)中廣泛地采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。11.3.2CAD/CAM系統(tǒng)集成的程度未經(jīng)集成的CAD/CAM系統(tǒng)低集成度的CAD/CAM系統(tǒng)中等集成度的CAD/CAM系統(tǒng)高集成度的CAD/CAM系統(tǒng)11.3.3CAD/CAM系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)CAD/CAM系統(tǒng)的集成就是按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)——制造的實(shí)際進(jìn)程，在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用程序所需要信息的處理和交換，形成連續(xù)、協(xié)調(diào)和科學(xué)的信息流。因此，產(chǎn)生公用信息的產(chǎn)品建模技術(shù)、存儲(chǔ)和處理公用信息的工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)和對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理以及對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行統(tǒng)一組織的執(zhí)行控制程序就構(gòu)成了集成過(guò)程中必須研究和解決的4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)并行工程虛擬制造技術(shù)11.4先進(jìn)制造技術(shù)概述11.4.1計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)是基于現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)的一門(mén)綜合性技術(shù)。計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的內(nèi)涵計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成CIMS集成的3個(gè)階段11.4.2并行工程并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程及其支持過(guò)程)進(jìn)行并行一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化工作模式。并行工程的提出和內(nèi)涵并行工程的關(guān)鍵技術(shù)基于并行工程的CAD系統(tǒng)框架介紹11.4.3虛擬制造技術(shù)虛擬制造是CAD/CAM/CAE集成化發(fā)展的最高層次。虛擬制造基本概念虛擬制造的類(lèi)型虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的主要應(yīng)用第12章Mastercam軟件包Mastercam是由美國(guó)CNCSoftwareNC公司開(kāi)發(fā)的基于PC平臺(tái)的CAD/CAM一體化軟件，它集二維繪圖、三維實(shí)體造型、曲面設(shè)計(jì)、體素拼合、數(shù)控編程、刀具路徑摸擬及真實(shí)感摸擬等多種功能于一身，是經(jīng)濟(jì)有效的全方位的軟件系統(tǒng)。Mastercam自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多次的升級(jí)改進(jìn)，其功能不斷得到加強(qiáng)和完善，在業(yè)界贏得了越來(lái)越多的用戶(hù)，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、船舶、軍工、汽車(chē)和航空等領(lǐng)域，特別是在模具制造業(yè)中應(yīng)用最廣。本章概述Mastercam的發(fā)展歷史、主要功能、MastercamX6的工作界面，以及文件管理。Mastercam的基本情況

Mastercam的主要功能MastercamX6工作界面文件管理12.1概

述12.1.1Mastercam的基本情況1984年美國(guó)CNCSoftwareInc.公司推出第一代Mastercam產(chǎn)品，這一軟件就以其強(qiáng)大的加工功能聞名于世。多年來(lái)該軟件在功能上不斷更新與完善，已被工業(yè)界及學(xué)校廣泛采用。12.1.2Mastercam的主要功能Design——CAD設(shè)計(jì)模塊Mill、Lathe、Wire和Router——CAM模塊12.1.3MastercamX6工作界面MastercamX6的工作界面12.1.4文件管理文件管理功能除了提供文件的建立、打開(kāi)、保存和打印等常規(guī)功能外，還提供了文件合并、格式轉(zhuǎn)化等功能，以及項(xiàng)目管理、文件對(duì)比和文件追蹤功能，以便于用戶(hù)管理和掌握設(shè)計(jì)工作。文件合并文件轉(zhuǎn)換及更新文件對(duì)比和文件追蹤項(xiàng)目管理12.2系統(tǒng)設(shè)置和基本操作在使用Mastercam繪圖前，用戶(hù)需要對(duì)與繪圖有關(guān)的屬性、顏色、文件管理、打印、屏幕顯示等進(jìn)行必要的設(shè)置。配置Mastercam繪圖環(huán)境并了解相應(yīng)的繪圖概念與操作，可以使用戶(hù)提高繪圖效率與繪圖準(zhǔn)確性。系統(tǒng)配置基本概念與操作12.2.1系統(tǒng)配置CAD設(shè)置顏色設(shè)置文件管理設(shè)置打印設(shè)置屏幕顯示設(shè)置渲染設(shè)置公差設(shè)置“系統(tǒng)配置”對(duì)話(huà)框12.2.2基本概念與操作圖素圖素串連圖層管理坐標(biāo)系選擇圖形對(duì)象觀察對(duì)象分析屏幕環(huán)境設(shè)置二維造型三維曲面設(shè)計(jì)三維實(shí)體設(shè)計(jì)12.3CAD零件設(shè)計(jì)12.3.1二維造型二維圖形繪制是任何CAD軟件的基本功能，本節(jié)將介紹Mastercam二維設(shè)計(jì)中的各種基本圖素的繪制方法，二維圖形的編輯操作，以及二維圖形的標(biāo)注方法。二維圖形的繪制二維圖形的編輯圖形標(biāo)注“繪圖”菜單12.3.2三維曲面設(shè)計(jì)三維曲面設(shè)計(jì)功能一直是Mastercam的強(qiáng)項(xiàng)。Mastercam除了提供豐富的自由曲面創(chuàng)建功能外，還內(nèi)嵌了一些標(biāo)準(zhǔn)曲面，如球面、圓柱面等。曲面創(chuàng)建曲面編輯創(chuàng)建曲面曲線(xiàn)三維曲面設(shè)計(jì)子菜單和工具欄12.3.3三維實(shí)體設(shè)計(jì)Mastercam的三維實(shí)體設(shè)計(jì)的基本操作集中在“實(shí)體”菜單中，以及工具欄o中。拉伸創(chuàng)建實(shí)體旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建實(shí)體掃掠創(chuàng)建實(shí)體舉升創(chuàng)建實(shí)體創(chuàng)建基本實(shí)體由曲面創(chuàng)建實(shí)體實(shí)體編輯“實(shí)體”菜單Mastercam具有強(qiáng)大的CAM功能。CAM主要是根據(jù)工件的幾何外形，通過(guò)設(shè)置相關(guān)的切削參數(shù)來(lái)生成刀具路徑。刀具路徑被保存為NCI(工藝數(shù)據(jù)文件)，它包含了一系列刀具運(yùn)動(dòng)軌跡以及加工信息，如刀具、機(jī)床、進(jìn)刀量、主軸轉(zhuǎn)速、冷卻液控制等。數(shù)控編程的基本過(guò)程參數(shù)設(shè)置操作管理刀具路徑編輯12.4數(shù)控加工基礎(chǔ)12.4.1數(shù)控編程的基本過(guò)程數(shù)控編程是從零件設(shè)計(jì)得到合格的數(shù)控加工程序的全過(guò)程，其最主要的任務(wù)是獲得刀具運(yùn)動(dòng)的路徑。零件幾何建模技術(shù)加工參數(shù)合理設(shè)置刀具路徑仿真后處理技術(shù)數(shù)控加工程序編制數(shù)控編程的基本過(guò)程12.4.2參數(shù)設(shè)置在Mastercam中，用戶(hù)可以進(jìn)行刀具、材料、機(jī)床和毛坯等工作環(huán)境的參數(shù)設(shè)置。刀具設(shè)置材料設(shè)置工作設(shè)置外形銑削設(shè)置對(duì)話(huà)框12.4.3操作管理Mastercam的CAM模塊提供了非常便捷的操作方式，在“刀具路徑”樹(shù)狀圖中，用戶(hù)可以方便地對(duì)刀具路徑的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行操作管理。按鈕功能樹(shù)狀圖功能操作管理零件實(shí)例12.4.4刀具路徑編輯Mastercam允許用戶(hù)像操作圖素一樣對(duì)刀具路徑進(jìn)行編輯。刀具路徑修剪刀具路徑變換Mastercam的CAM刀具路徑設(shè)計(jì)功能主要包括二維加工、三維加工和多軸加工。二維加工三維加工多軸加工12.5CAM刀具路徑設(shè)計(jì)12.5.1二維加工二維加工是生產(chǎn)實(shí)踐中使用得最多的一種加工方式。二維加工所產(chǎn)生的刀具路徑在切削深度方向上是不變的。外形銑削挖槽加工平面銑削鉆孔加工12.5.2三維加工三維加工又稱(chēng)曲面加工，主要是指加工曲面或?qū)嶓w表面等復(fù)雜型面。公用加工參數(shù)設(shè)置曲面粗加工曲面精加工曲面粗加工方法子菜單曲面精加工方法子菜單12.5.3多軸加工MastercamX6系統(tǒng)為用戶(hù)提供了功能強(qiáng)大的多軸加工功能，主要包括6組多軸加工方法，分別為“經(jīng)典”、“顯示線(xiàn)架構(gòu)”、“表面/固體”、“鉆/圓密爾”、“轉(zhuǎn)換為5倍”和“自定義應(yīng)用程序”。“多軸刀具路徑”對(duì)話(huà)框本節(jié)綜合有關(guān)Mastercam的CAD零件設(shè)計(jì)和CAM刀具路徑設(shè)計(jì)的功能，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的吹風(fēng)機(jī)模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的刀具路徑。零件模型設(shè)計(jì)零件刀具路徑設(shè)計(jì)12.6Mastercam綜合實(shí)例吹風(fēng)機(jī)實(shí)例第13章平面連桿機(jī)構(gòu)CAD平面連桿機(jī)構(gòu)CAD包括連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的是對(duì)給定形式和結(jié)構(gòu)尺寸的機(jī)構(gòu)，按照主動(dòng)件的位置、速度或加速度求解機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件或構(gòu)件上某些特定點(diǎn)的位置、速度或加速度。運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)械設(shè)計(jì)中不可缺少的環(huán)節(jié)。許多機(jī)械的工作質(zhì)量與它的運(yùn)動(dòng)特性密切相關(guān)，而且，運(yùn)動(dòng)分析又是動(dòng)力分析、動(dòng)載荷計(jì)算的基礎(chǔ)。本章概述矢量三角形法是對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行矢量分析，以矢量三角形為最小基本單元建立方程組進(jìn)行位置求解，而后再進(jìn)行速度和加速度分析。四桿機(jī)構(gòu)的位置分析簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析復(fù)雜平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析13.1矢量三角形法運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型13.1.1四桿機(jī)構(gòu)的位置分析四桿機(jī)構(gòu)是最基本的桿機(jī)構(gòu)。四桿機(jī)構(gòu)位置分析的任務(wù)一般是根據(jù)主動(dòng)件的輸入角度和各桿的長(zhǎng)度來(lái)確定各桿的位置。四桿機(jī)構(gòu)位置分析13.1.2簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析任何閉式鏈桿機(jī)構(gòu)在其封閉的機(jī)構(gòu)中都可以將之劃分為若干個(gè)封閉三角形回路，每個(gè)封閉三角形回路對(duì)應(yīng)一個(gè)矢量回路方程，該方程稱(chēng)為矢量三角形方程。如果在閉式鏈桿機(jī)構(gòu)中劃分的每個(gè)閉合三角形回路中只包括兩個(gè)未知數(shù)，則稱(chēng)該桿機(jī)構(gòu)為簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)。簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)分析簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)位置的三角形解法簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)的速度、加速度分析13.1.3復(fù)雜平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析由閉式鏈桿機(jī)構(gòu)劃分的閉合三角形中，可能有些閉合三角形回路的未知數(shù)超過(guò)兩個(gè)，而另一些回路中的未知數(shù)少于兩個(gè)。當(dāng)求解這種桿機(jī)構(gòu)時(shí)，必須將幾個(gè)矢量三角形聯(lián)立求解。如果連桿機(jī)構(gòu)中有一個(gè)或幾個(gè)閉合三角形回路中包含的未知數(shù)(邊長(zhǎng)或輻角)超過(guò)了兩個(gè)，則稱(chēng)這樣的桿機(jī)構(gòu)為復(fù)雜平面連桿機(jī)構(gòu)。急回機(jī)構(gòu)13.2桿組法運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型桿組法是根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理(1級(jí)機(jī)構(gòu)+基本桿組)，從給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的1級(jí)機(jī)構(gòu)開(kāi)始，順序確定機(jī)構(gòu)中各基本桿組的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)分析和模擬。基本桿組的劃分方法同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析RRR桿組的運(yùn)動(dòng)分析RRP桿組的運(yùn)動(dòng)分析RPR桿組的運(yùn)動(dòng)分析13.2.1基本桿組的劃分方法基本桿組的概念平面連桿機(jī)構(gòu)的分解Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)桿組結(jié)構(gòu)類(lèi)型13.2.2同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析是指已知該構(gòu)件上一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位置、速度和加速度)和構(gòu)件的角位置、角速度和角加速度，求出同一構(gòu)件上任意給定點(diǎn)的位置、速度和加速度。位置分析速度和加速度分析單桿的運(yùn)動(dòng)分析13.2.3RRR桿組的運(yùn)動(dòng)分析位置分析速度分析加速度分析RRR桿組13.2.4RRP桿組的運(yùn)動(dòng)分析桿組由兩個(gè)構(gòu)件、兩個(gè)回轉(zhuǎn)副和一個(gè)外移動(dòng)副組成。位置分析速度分析加速度分析RRP桿組13.2.5RPR桿組的運(yùn)動(dòng)分析桿組由兩個(gè)構(gòu)件與兩個(gè)外回轉(zhuǎn)副和一個(gè)內(nèi)移動(dòng)副組成。位置分析速度分析加速度分析RPR桿組桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和模擬過(guò)程就是利用計(jì)算機(jī)計(jì)算并以圖形形式動(dòng)態(tài)顯示機(jī)構(gòu)位置的過(guò)程，其中，計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。桿組法矢量三角形法13.3桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與模擬六桿偏心輪滑塊機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般可以分為3類(lèi)：函數(shù)變換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。函數(shù)變換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13.4平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的類(lèi)型本節(jié)以四桿機(jī)構(gòu)為例，討論機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合中尺寸綜合的數(shù)學(xué)建模方法。連桿機(jī)構(gòu)的綜合方法剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)函數(shù)變換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13.5連桿機(jī)構(gòu)的綜合13.5.1連桿機(jī)構(gòu)的綜合方法所謂連桿機(jī)構(gòu)綜合主要是研究能近似實(shí)現(xiàn)所要求運(yùn)動(dòng)變換的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)稱(chēng)近似設(shè)計(jì)方法。13.5.2剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使它能導(dǎo)引其連桿順序通過(guò)某些給定的位置，即根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。剛體旋轉(zhuǎn)矩陣和位移矩陣剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)13.5.3函數(shù)變換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)13.5.4軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)第1章概

論CAD技術(shù)是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段。本章結(jié)合現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和基本設(shè)計(jì)要求，介紹了CAD技術(shù)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)，以及CAD技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用。本章概述產(chǎn)品設(shè)計(jì)是將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)化為有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品的一個(gè)創(chuàng)新過(guò)程。因此，設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的生命，也是產(chǎn)品制造的前提和基礎(chǔ)。現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段。作為一門(mén)多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)，CAD技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及手段的綜合體現(xiàn)?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)概述CAD技術(shù)與現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)1.1現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)與CAD技術(shù)

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)多學(xué)科相交融的綜合性學(xué)科。所謂設(shè)計(jì)，是指根據(jù)使用要求確定產(chǎn)品應(yīng)具備的功能，構(gòu)思產(chǎn)品的工作原理、總體布局、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞、結(jié)構(gòu)形式、產(chǎn)品形狀，以及色彩、材質(zhì)、工藝、人機(jī)工程等事項(xiàng)，并轉(zhuǎn)化為工程描述(圖紙、設(shè)計(jì)文件等)，以此作為制造的依據(jù)。1.1.1現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)概述產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性思維和反復(fù)迭代的尋優(yōu)過(guò)程。作為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法及手段的綜合體現(xiàn)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。1.1.2CAD技術(shù)與現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的發(fā)展歷程CAD技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2

CAD技術(shù)的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是將創(chuàng)新構(gòu)思轉(zhuǎn)化為有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品的一個(gè)創(chuàng)新過(guò)程。因此，設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的生命，也是產(chǎn)品制造的前提和基礎(chǔ)?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段。作為一門(mén)多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)，CAD技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及手段的綜合體現(xiàn)。1.2.1

CAD技術(shù)的發(fā)展歷程CAD技術(shù)的核心和基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)，因此，CAD技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)，并伴隨計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展。經(jīng)過(guò)十幾年的努力，我國(guó)已初步建立起具有一定市場(chǎng)規(guī)模的擁有自主版權(quán)的CAD軟件產(chǎn)業(yè)；在全國(guó)范圍內(nèi)建立了CAD應(yīng)用培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)和咨詢(xún)服務(wù)體系；制訂了一批我國(guó)的CAD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合CAD應(yīng)用工程的需要，富有成效地開(kāi)展了科學(xué)研究；創(chuàng)建了一套CAD應(yīng)用工程管理工作體系、措施和辦法。目前，我國(guó)在涉及產(chǎn)品及工程設(shè)計(jì)的各領(lǐng)域已廣泛采用CAD技術(shù)，并發(fā)揮著重要的作用。1.2.2

CAD技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用CAD技術(shù)的未來(lái)發(fā)展集中體現(xiàn)在集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)上。集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化是現(xiàn)代CAD技術(shù)所追求的功能目標(biāo)。1.2.3

CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)CAD技術(shù)具有與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和手段不同的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)活動(dòng)。采用CAD技術(shù)對(duì)企業(yè)提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。CAD技術(shù)的特點(diǎn)CAD技術(shù)的應(yīng)用采用CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)1.3

CAD技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用CAD技術(shù)是多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)CAD技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段的綜合體現(xiàn)CAD技術(shù)是人的創(chuàng)造性思維活動(dòng)同基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的有機(jī)融合1.3.1

CAD技術(shù)的特點(diǎn)1.3.2

CAD技術(shù)的應(yīng)用繪制二維、三維工程圖建立圖形及符號(hào)庫(kù)參數(shù)化設(shè)計(jì)三維造型工程分析生成設(shè)計(jì)文檔或報(bào)表1.3.3采用CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)提高設(shè)計(jì)效率、縮短設(shè)計(jì)周期提高設(shè)計(jì)質(zhì)量便于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化在設(shè)計(jì)階段可預(yù)估產(chǎn)品的特性易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)CAM提供了基礎(chǔ)使產(chǎn)品快速進(jìn)入市場(chǎng)一次性資金投入較大對(duì)工程技術(shù)人員的素質(zhì)和技能要求較高第2章CAD系統(tǒng)的組成CAD系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)，由軟件(又稱(chēng)為程序系統(tǒng))和硬件設(shè)備組成。其中，軟件是CAD系統(tǒng)的核心，而相應(yīng)的系統(tǒng)硬件設(shè)備則為軟件的正常運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障和運(yùn)行環(huán)境。另外，任何功能強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)均只是一個(gè)輔助設(shè)計(jì)工具，系統(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)系統(tǒng)使用人員的創(chuàng)造性思維活動(dòng)。因此，使用CAD系統(tǒng)的技術(shù)人員也屬于系統(tǒng)組成的一部分，將軟件、硬件以及人這三者有效地融合在一起，是發(fā)揮CAD系統(tǒng)強(qiáng)大功能的前提。本章概述CAD系統(tǒng)有著具有自身特點(diǎn)的系統(tǒng)分類(lèi)方式。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，CAD系統(tǒng)的配置形式也在不斷進(jìn)化。CAD系統(tǒng)的分類(lèi)CAD系統(tǒng)的構(gòu)建模式2.1CAD系統(tǒng)的類(lèi)型和構(gòu)建模式

按硬件組成分類(lèi):CAD系統(tǒng)按其硬件組成并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程一般可分為5類(lèi)：主機(jī)系統(tǒng)、小型機(jī)系統(tǒng)、工作站系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的微機(jī)-工作站系統(tǒng)。按工作方法及功能分類(lèi):CAD系統(tǒng)按工作方法及功能大致分為4類(lèi)：檢索型、自動(dòng)型、交互型和智能型。2.1.1CAD系統(tǒng)的分類(lèi)客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)基于Web的瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)2.1.2CAD系統(tǒng)的構(gòu)建模式CAD系統(tǒng)的硬件工作站和微機(jī)2.2CAD系統(tǒng)的硬件組成通常，將用戶(hù)可進(jìn)行CAD作業(yè)的獨(dú)立硬件環(huán)境稱(chēng)作CAD硬件系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)的硬件主要由主機(jī)、輸入設(shè)備(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀等)、輸出設(shè)備(顯示器、繪圖儀、打印機(jī)等)、信息存儲(chǔ)設(shè)備(主要指外存，如硬盤(pán)、軟盤(pán)、光盤(pán)、各種移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備等組成。2.2.1CAD系統(tǒng)的硬件CAD系統(tǒng)的硬件主要由計(jì)算機(jī)主機(jī)、外存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等組成。工作站和微機(jī)是目前CAD系統(tǒng)計(jì)算機(jī)配置的主流。CAD系統(tǒng)對(duì)硬件的要求一般都比較高，CAD硬件系統(tǒng)主要以工作站和微機(jī)為主。對(duì)于運(yùn)行CAD軟件的微機(jī)而言，則應(yīng)選擇運(yùn)算和圖形處理能力較強(qiáng)的機(jī)型。2.2.2工作站和微機(jī)計(jì)算機(jī)軟件是指控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行，并使計(jì)算機(jī)發(fā)揮最大功效的各種程序、數(shù)據(jù)及文檔的集合。系統(tǒng)軟件CAD支撐軟件CAD應(yīng)用軟件商品化CAD支撐軟件介紹2.3CAD系統(tǒng)的軟件組成操作系統(tǒng)編譯系統(tǒng)2.3.1系統(tǒng)軟件2.3.2CAD支撐軟件圖形處理軟件工程分析與計(jì)算軟件模擬仿真軟件數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程軟件文檔制作軟件2.3.3CAD應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件、支撐軟件的基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專(zhuān)門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)的軟件。這類(lèi)軟件通常由用戶(hù)結(jié)合當(dāng)前設(shè)計(jì)工作的需要自行研究開(kāi)發(fā)或委托開(kāi)發(fā)商進(jìn)行開(kāi)發(fā)，此項(xiàng)工作又稱(chēng)為“二次開(kāi)發(fā)”。如模具設(shè)計(jì)軟件、電器設(shè)計(jì)軟件、機(jī)械零件設(shè)計(jì)軟件、機(jī)床設(shè)計(jì)軟件，以及汽車(chē)、船舶、飛機(jī)設(shè)計(jì)制造行業(yè)的專(zhuān)用軟件均屬應(yīng)用軟件。2.3.4商品化CAD支撐軟件介紹高端產(chǎn)品低端產(chǎn)品中端產(chǎn)品CAD系統(tǒng)的構(gòu)建是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其構(gòu)建得是否合理，直接影響到使用單位CAD技術(shù)的應(yīng)用效果，而其中的系統(tǒng)選型工作尤為重要。CAD系統(tǒng)選型工作的重要意義CAD系統(tǒng)選型的基本要素選擇CAD系統(tǒng)的原則2.4CAD系統(tǒng)的選型原則2.4.1CAD系統(tǒng)選型工作的重要意義在CAD技術(shù)發(fā)展日新月異的今天，無(wú)論對(duì)企業(yè)還是對(duì)研究部門(mén)來(lái)說(shuō)，都需要建立適合自己需要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。尤其對(duì)于產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)行業(yè)，對(duì)于那些設(shè)計(jì)、制造工作相對(duì)復(fù)雜、繁重的單位則更應(yīng)該在客觀、科學(xué)、務(wù)實(shí)的需求分析及應(yīng)用規(guī)劃的指導(dǎo)下，進(jìn)行科學(xué)、合理的CAD系統(tǒng)的選型，為CAD技術(shù)的成功運(yùn)用打下良好的基礎(chǔ)，推動(dòng)CAD技術(shù)的應(yīng)用沿著良性循環(huán)的軌道健康地發(fā)展。2.4.2CAD系統(tǒng)選型的基本要素軟件選型運(yùn)行環(huán)境選型技術(shù)支持價(jià)格策略2.4.3選擇CAD系統(tǒng)的原則(1)軟件系統(tǒng)的選擇應(yīng)優(yōu)于硬件且應(yīng)具有優(yōu)越的性能。(2)硬件系統(tǒng)應(yīng)該符合國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、具有良好的開(kāi)放性。(3)整個(gè)軟硬件系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單、性能價(jià)格比優(yōu)越。(4)具有良好的售后服務(wù)體系。(5)供應(yīng)商應(yīng)該有良好的信譽(yù)，可以提供培訓(xùn)、故障排除及其他增值服務(wù)。第3章CAD接口技術(shù)及圖形標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)是CAD技術(shù)的重要組成部分，它是系統(tǒng)信息交流的橋梁。所謂接口，通常意義上是指兩個(gè)功能部件之間的一種共享界面。在一定的條件下，應(yīng)根據(jù)功能特性、公共的物理連接特性、信號(hào)特性以及其他特性來(lái)定義。在CAD系統(tǒng)中，接口可以認(rèn)為是系統(tǒng)內(nèi)部之間或系統(tǒng)內(nèi)外之間信息交流的一種共享邏輯界面，即信息交流的一種約定或一種標(biāo)準(zhǔn)。本章概述一個(gè)CAD系統(tǒng)必須允許用戶(hù)根據(jù)設(shè)計(jì)需要指定選擇功能、拾取操作對(duì)象、輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，并能夠動(dòng)態(tài)地輸入幾何形體的位置坐標(biāo)。這些常見(jiàn)的人機(jī)交互操作需要一個(gè)用戶(hù)接口，即系統(tǒng)使用者與應(yīng)用系統(tǒng)核心功能模塊之間的交互操作界面。交互任務(wù)與交互技術(shù)輸入控制方式交互系統(tǒng)的構(gòu)造3.1交互技術(shù)與用戶(hù)接口

在以交互形式處理問(wèn)題的過(guò)程中，其交互過(guò)程可以分解為一系列的基本任務(wù)，且每一種交互任務(wù)都有一些應(yīng)用上的要求。交互技術(shù)則是完成交互任務(wù)的手段，它的實(shí)現(xiàn)在很大程度上依賴(lài)于設(shè)備及其支撐環(huán)境。3.1.1交互任務(wù)與交互技術(shù)在利用CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)輸入設(shè)備與應(yīng)用程序進(jìn)行交互操作。交互輸入過(guò)程中的輸入控制方式多種多樣，這些方式主要取決于程序與輸入設(shè)備之間如何相互作用，常用的控制方式有請(qǐng)求、取樣、事件3種方式。3.1.2輸入控制方式交互式用戶(hù)接口的表現(xiàn)形式交互式用戶(hù)接口的工作方式用戶(hù)命令集的描述人-機(jī)對(duì)話(huà)序列的設(shè)計(jì)交互式用戶(hù)接口的實(shí)現(xiàn)方式3.1.3交互系統(tǒng)的構(gòu)造計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI)計(jì)算機(jī)圖形元文件(CGM)3.2計(jì)算機(jī)圖形接口及計(jì)算機(jī)圖形元文件計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI)和計(jì)算機(jī)圖形元文件(CGM)是面向圖形設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂使圖形軟件與圖形設(shè)備的無(wú)關(guān)性得以實(shí)現(xiàn)。3.2.1計(jì)算機(jī)圖形接口(CGI)計(jì)算機(jī)圖形接口(ComputerGraphicsInterface，CGI)是ISOTC97組提出的圖形設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)，它的目的是提供控制圖形硬件的一種與設(shè)備無(wú)關(guān)的方法，可使有經(jīng)驗(yàn)的用戶(hù)能夠最大限度地、靈活地直接控制圖形設(shè)備。CGI也是一個(gè)程序接口，通常稱(chēng)為“虛擬圖形設(shè)備接口”。實(shí)際上，也可以將CGI看作是圖形設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一種標(biāo)準(zhǔn)。CGI在用戶(hù)程序和虛擬設(shè)備之間，以一種獨(dú)立于設(shè)備的方式提供圖形信息的描述和通信，它提供的功能集有：控制功能集、獨(dú)立于設(shè)備的圖形對(duì)象輸出功能集、圖段功能集、輸入和應(yīng)答功能集、光柵功能集。計(jì)算機(jī)圖形元文件(ComputerGraphicsMetafile，CGM)是ANSI于1986年公布的標(biāo)準(zhǔn)，1987年它成為ISO標(biāo)準(zhǔn)。CGM是一套與設(shè)備無(wú)關(guān)的語(yǔ)義詞法定義的圖形文件格式，該標(biāo)準(zhǔn)使程序與程序之間或系統(tǒng)與系統(tǒng)之間相互交換圖形數(shù)據(jù)成為可能。CGM標(biāo)準(zhǔn)主要由兩部分組成：一是功能規(guī)格說(shuō)明，以抽象的詞法描述了相應(yīng)的文件格式；二是描述了文件詞法的3種形式的編碼。3.2.2計(jì)算機(jī)圖形元文件(CGM)計(jì)算機(jī)圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)是面向圖形應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)，它提供了應(yīng)用程序與圖形軟件的應(yīng)用接口。圖形軟件(也可稱(chēng)為圖形程序庫(kù)或圖形程序包)是一組常用的有關(guān)圖形處理的子程序的集合，它隔離了應(yīng)用程序與物理設(shè)備的聯(lián)系。圖形軟件的標(biāo)準(zhǔn)化保證了圖形處理應(yīng)用程序的與設(shè)備無(wú)關(guān)性和應(yīng)用程序在源程序級(jí)的可移植性。圖形核心系統(tǒng)(GKS和GKS-3D)程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)圖形程序庫(kù)(OpenGL)3.3計(jì)算機(jī)圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)GKS(GraphicsKernelSystem，圖形核心系統(tǒng))是一個(gè)二維圖形標(biāo)準(zhǔn)，1977年由前聯(lián)邦德國(guó)提出，1985年成為ISO標(biāo)準(zhǔn)。3.3.1圖形核心系統(tǒng)(GKS和GKS-3D)GKS的體系結(jié)構(gòu)3.3.2程序員層次交互式圖形系統(tǒng)(PHIGS)PHIGS(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem，程序員層次交互式圖形系統(tǒng))是由ANSI提出、并于1986年被ISO批準(zhǔn)的一個(gè)三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。工程分析與計(jì)算軟件PHIGS的程序功能模塊結(jié)構(gòu)3.3.3圖形程序庫(kù)(OpenGL)CAD應(yīng)用軟件OpenGL是開(kāi)放的圖形程序庫(kù)(OpenGraphicsLibrary)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是近幾年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)性能卓越的三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL注重于快速繪制二維、三維對(duì)象。它最初由SGI公司提出，隨后得到了包括微軟、IBM、DEC、HP、SUN等大公司的支持。目前，OpenGL是高性能圖形處理和交互式視景處理的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各種專(zhuān)業(yè)圖形加速卡均以硬件加速OpenGL作為衡量其性能的主要依據(jù)。目前，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的方式主要有：專(zhuān)用數(shù)據(jù)格式交換方式(點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換)、采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的中性文件交換方式(星式交換)和統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換方式?；贒XF文件的圖形數(shù)據(jù)交換基本圖形交換規(guī)范(IGES)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(STEP)3.4產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)3.4.1基于DXF文件的圖形數(shù)據(jù)交換DXF(DrawingeXchangeFile，圖形交換文件)是美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)并首先應(yīng)用于AutoCAD的圖形數(shù)據(jù)交換的圖形文件格式，主要用于外部程序與圖形系統(tǒng)或不同的圖形系統(tǒng)之間交換圖形信息。DXF文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可讀性好，因而很容易被其他程序處理。由于AutoCAD在全世界二維繪圖領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和巨大的影響，故大多數(shù)CAD系統(tǒng)均支持DXF文件格式，用以完成與AutoCAD軟件的圖形信息交換，或與其他系統(tǒng)以該文件格式進(jìn)行圖形信息交換。因此，DXF已成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3.4.2基本圖形交換規(guī)范(IGES)基本圖形交換規(guī)范(InitialGraphicsExchangeSpecification，IGES)1980年由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局主持開(kāi)發(fā)，1982年成為ANSI標(biāo)準(zhǔn)。IGES雖然不是ISO標(biāo)準(zhǔn)，且在1992年以后其版本不再發(fā)展，但作為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有大多數(shù)CAD商用軟件仍支持IGES圖形文件格式。利用IGES文件，用戶(hù)可以從中提取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶(hù)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。3.4.3產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(STEP)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(StandardfortheExchangeofProductmodeldata，STEP)，由ISO工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)(TC184)第四分委員會(huì)(SC4)制定，并于1988年公布為ISO標(biāo)準(zhǔn)。STEP標(biāo)準(zhǔn)的組成3.4.3產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)(STEP)STEP標(biāo)準(zhǔn)的3層組織結(jié)構(gòu)第4章CAD軟件工程技術(shù)在CAD應(yīng)用領(lǐng)域，更多的用戶(hù)和技術(shù)人員要在基于某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)(如CATIA、UGNX、Creo\ProE、SOLIDEWORKS和AutoCAD等)的基礎(chǔ)上，針對(duì)企業(yè)或行業(yè)的特殊需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足本企業(yè)或某行業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造上的特殊要求，或者針對(duì)CAD的某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行專(zhuān)用CAD軟件開(kāi)發(fā)，以完成特殊的造型、計(jì)算、分析等專(zhuān)業(yè)應(yīng)用要求。采用軟件工程的方法可以高效、高質(zhì)量地保證軟件開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行。本章概述軟件工程技術(shù)是軟件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。自1968年提出軟件工程這一概念以來(lái)，軟件工程已有30多年的歷史，在此期間出現(xiàn)了大量的研究成果，并進(jìn)行了大量的技術(shù)實(shí)踐。由于學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共同努力，軟件工程已發(fā)展成為一門(mén)成熟的專(zhuān)業(yè)學(xué)科，它以提高軟件開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和效果為宗旨，在軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中起到了重要的技術(shù)保障和促進(jìn)作用。軟件與軟件工程軟件工程過(guò)程模型4.1軟件工程的基本概念

軟件是基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)的核心。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和其他領(lǐng)域?qū)浖枨蟮娜找嬖鲩L(zhǎng)，軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)乃至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。由于軟件開(kāi)發(fā)需要大量人的創(chuàng)造性思維活動(dòng)和手工編程勞動(dòng)，因此，采用先進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)方法和手段顯得尤為重要。4.1.1軟件與軟件工程線(xiàn)性順序模型(瀑布模型)原型模型增量模型螺旋模型4.1.2軟件工程過(guò)程模型CAD軟件工程的特點(diǎn)CAD軟件工程的開(kāi)發(fā)流程4.2CAD應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)CAD技術(shù)作為一個(gè)綜合應(yīng)用領(lǐng)域，涉及眾多的學(xué)科和專(zhuān)業(yè)。CAD應(yīng)用軟件在軟件規(guī)模、復(fù)雜程度、專(zhuān)業(yè)性和跨學(xué)科性等方面是其他軟件所無(wú)法相比的。4.2.1CAD軟件工程的特點(diǎn)文檔的完善性專(zhuān)用的工具與方法較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性1.可行性研究與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃2.軟件需求分析3.軟件設(shè)計(jì)4.代碼實(shí)現(xiàn)5.軟件測(cè)試6.運(yùn)行與維護(hù)4.2.2CAD軟件工程的開(kāi)發(fā)流程文檔在軟件開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段發(fā)揮著重要的作用。本節(jié)介紹在CAD應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)中，一些常用文檔的編制規(guī)范?？尚行匝芯繄?bào)告項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃軟件需求說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)要求說(shuō)明書(shū)概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4.3CAD軟件的文檔編制規(guī)范測(cè)試計(jì)劃測(cè)試分析報(bào)告項(xiàng)目開(kāi)發(fā)總結(jié)報(bào)告可行性研究報(bào)告的編寫(xiě)目的是說(shuō)明該軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)條件等方面的可行性；詳述為合理地達(dá)到開(kāi)發(fā)目標(biāo)而可能選擇的各種方案；說(shuō)明并論證所選定的方案。4.3.1可行性研究報(bào)告4.3.2項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃編制項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃的目的是用文檔的形式把對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中各項(xiàng)工作的負(fù)責(zé)人員、開(kāi)發(fā)進(jìn)度、所需經(jīng)費(fèi)預(yù)算、所需軟硬件條件等所做出的安排記載下來(lái)，以便根據(jù)本計(jì)劃開(kāi)展和檢查本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)工作。4.3.3軟件需求說(shuō)明書(shū)軟件需求說(shuō)明書(shū)的編制是為了確定一個(gè)反映用戶(hù)和軟件開(kāi)發(fā)單位雙方共同理解的該軟件系統(tǒng)的具體開(kāi)發(fā)目標(biāo)，使之作為整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的基礎(chǔ)。4.3.4數(shù)據(jù)要求說(shuō)明書(shū)數(shù)據(jù)要求說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)目的是為了向整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程提供關(guān)于被處理數(shù)據(jù)的描述和數(shù)據(jù)采集要求的技術(shù)信息。4.3.5概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)編制概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的目的是說(shuō)明對(duì)一個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮，包括該軟件系統(tǒng)的基本處理流程、系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、模塊劃分、功能分配、接口設(shè)計(jì)、運(yùn)行設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和出錯(cuò)處理設(shè)計(jì)等，為程序的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。4.3.6詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編制目的是說(shuō)明一個(gè)軟件系統(tǒng)各個(gè)層次中的每一個(gè)模塊(或子模塊)的設(shè)計(jì)考慮。如果一個(gè)軟件系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，層次很少，本文檔可以不單獨(dú)編寫(xiě)，有關(guān)的內(nèi)容可并入概要設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。4.3.7測(cè)試計(jì)劃這里所說(shuō)的測(cè)試，主要是指整個(gè)程序系統(tǒng)的組裝測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試。本文檔的編制是為了提供一個(gè)對(duì)該軟件的測(cè)試計(jì)劃，包括對(duì)每項(xiàng)測(cè)試活動(dòng)的內(nèi)容、進(jìn)度安排、設(shè)計(jì)考慮、測(cè)試數(shù)據(jù)的整理方法及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。4.3.8測(cè)試分析報(bào)告測(cè)試分析報(bào)告的編寫(xiě)是為了把組裝測(cè)試和確認(rèn)測(cè)試的結(jié)果、發(fā)現(xiàn)及分析寫(xiě)成文檔加以記載。4.3.9項(xiàng)目開(kāi)發(fā)總結(jié)報(bào)告項(xiàng)目開(kāi)發(fā)總結(jié)報(bào)告的編制是為了總結(jié)本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工作的經(jīng)驗(yàn)，說(shuō)明實(shí)際取得的開(kāi)發(fā)結(jié)果以及對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的各個(gè)方面的評(píng)價(jià)。第5章計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)通過(guò)算法和程序在顯示設(shè)備上構(gòu)造出圖形的一種技術(shù)。圖形處理技術(shù)在CAD技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，因此，了解和掌握計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的一些基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)的基本概念與術(shù)語(yǔ)，對(duì)掌握CAD技術(shù)和熟練使用CAD應(yīng)用軟件是非常有益的。本章概述計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的核心是數(shù)學(xué)算法問(wèn)題的解決。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹一些與圖形處理相關(guān)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。向量運(yùn)算矩陣運(yùn)算齊次坐標(biāo)5.1圖形處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)點(diǎn)和向量向量運(yùn)算5.1.1向量運(yùn)算二維坐標(biāo)系下的向量表示矩陣的加法運(yùn)算數(shù)乘矩陣矩陣的乘法運(yùn)算零矩陣的運(yùn)算單位矩陣逆矩陣轉(zhuǎn)置矩陣矩陣運(yùn)算的基本性質(zhì)5.1.2矩陣運(yùn)算所謂齊次坐標(biāo)表示法是指用一個(gè)

維向量表示一個(gè)

維向量。

維空間中點(diǎn)的位置向量用非齊次坐標(biāo)表示時(shí)，具有

個(gè)坐標(biāo)分量

，且是惟一的。若用齊次坐標(biāo)表示時(shí)，此向量有

坐標(biāo)分量

，且不惟一。非齊次坐標(biāo)與齊次坐標(biāo)是一對(duì)多的關(guān)系，但不影響圖形的形狀。5.1.3齊次坐標(biāo)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序圖形程序庫(kù)5.2圖形程序庫(kù)圖形處理是CAD系統(tǒng)所具有的基本功能。通用圖形處理軟件一般由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和圖形程序庫(kù)兩部分組成。采用各種高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的CAD應(yīng)用程序，通過(guò)直接使用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或使用構(gòu)建在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之上的圖形程序庫(kù)來(lái)控制圖形的顯示處理。5.2.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是一系列與設(shè)備相關(guān)的代碼，它直接控制圖形設(shè)備的顯示處理單元(圖形適配卡或顯卡)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是與設(shè)備相關(guān)的，由各個(gè)圖形設(shè)備廠家用低級(jí)語(yǔ)言(或?qū)Ｓ谜Z(yǔ)言)編寫(xiě)并固化于顯示處理單元中。因此，一臺(tái)圖形設(shè)備的顯示處理單元由一個(gè)特定的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)。直接用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序命令編寫(xiě)圖形處理程序的結(jié)構(gòu)框圖圖形程序庫(kù)(GraphicLibrary)可以認(rèn)為是“一種到圖形硬件的軟件接口”，是一種過(guò)程性的圖形API(ApplicationProgrammingInterface，應(yīng)用程序接口)。圖形程序庫(kù)實(shí)際上是一系列圖形處理子程序，且每個(gè)子程序都具有特定的用途，如某個(gè)子程序可以繪直線(xiàn)，另一個(gè)子程序可以繪圓等。5.2.2圖形程序庫(kù)利用圖形程序庫(kù)進(jìn)行圖形處理的結(jié)構(gòu)框圖計(jì)算機(jī)在處理圖形信息時(shí)，幾何圖形的定義和圖形的輸入/輸出都是在一定的坐標(biāo)系下進(jìn)行的。圖形在輸入/輸出的不同階段需要采用不同的坐標(biāo)系，以方便設(shè)計(jì)人員的理解和操作，提高圖形處理效率。設(shè)備坐標(biāo)系虛擬設(shè)備坐標(biāo)系(規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)系)世界坐標(biāo)系、造型坐標(biāo)系和觀察坐標(biāo)系坐標(biāo)變換5.3坐

標(biāo)

系設(shè)備坐標(biāo)系(DeviceCoordinateSystem，DCS)用于在圖形顯示設(shè)備上定義圖形或窗口的位置。設(shè)備坐標(biāo)系通常由沿水平方向的

軸和沿垂直方向的

軸組成，其坐標(biāo)原點(diǎn)可以任意選擇。5.3.1設(shè)備坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)系5.3.2虛擬設(shè)備坐標(biāo)系(規(guī)格化的設(shè)備坐標(biāo)系)為了避免由于設(shè)備坐標(biāo)系與設(shè)備的相關(guān)性影響應(yīng)用程序的可移植性，在編寫(xiě)圖形程序時(shí)，應(yīng)采用虛擬設(shè)備坐標(biāo)系(VirtualDeviceCoordinateSystem，VDCS)。虛擬設(shè)備坐標(biāo)系的原點(diǎn)通常位于顯示器的左下角，其

、

軸的正方向分別指向右方和上方，且取值范圍均為0～1。5.3.3世界坐標(biāo)系、造型坐標(biāo)系和觀察坐標(biāo)系設(shè)備坐標(biāo)系和虛擬設(shè)備坐標(biāo)系提供了在二維顯示屏幕上定義幾何圖形的坐標(biāo)系。在三維空間中定義幾何形體時(shí)可采用3種坐標(biāo)系：世界坐標(biāo)系造型坐標(biāo)系觀察坐標(biāo)系5.3.4坐標(biāo)變換不同的坐標(biāo)系之間通過(guò)變換矩陣建立聯(lián)系，每個(gè)造型坐標(biāo)系的位置和方位可通過(guò)變換矩陣由世界坐標(biāo)系確定。坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換過(guò)程“窗口”和“視區(qū)”是計(jì)算機(jī)圖形處理中常用的圖形處理技術(shù)，通過(guò)窗口操作可將窗口中選定的圖形輸出到視區(qū)中，供用戶(hù)觀察和進(jìn)行各種操作。窗口視區(qū)窗口-視區(qū)變換5.4窗口與視區(qū)5.4.1窗口在工程設(shè)計(jì)中，有時(shí)為了詳細(xì)表達(dá)圖形的某一部分，而將該部分單獨(dú)放大畫(huà)出，即所謂的局部視圖。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，采用窗口技術(shù)可將指定的局部圖形從整體中分離出來(lái)，并顯示于視區(qū)之中，即通過(guò)窗口操作觀察感興趣的圖形部分。窗口技術(shù)應(yīng)用的典型示例是在各種CAD系統(tǒng)中經(jīng)常用到的框選放大操作。5.4.2視區(qū)視區(qū)是在設(shè)備坐標(biāo)系(通常為顯示器的顯示屏幕)中定義的一個(gè)用于輸出窗口中的圖形的矩形區(qū)域，它決定了窗口中的圖形要顯示于屏幕上的位置和大小。5.4.3窗口-視區(qū)變換窗口和視區(qū)是在不同的坐標(biāo)系下定義的。因此，如果將窗口中的圖形信息傳送到視區(qū)來(lái)輸出顯示，必須把世界坐標(biāo)系中定義的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為設(shè)備坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，這樣的變換稱(chēng)之為窗口-視區(qū)變換。窗口-視區(qū)變換圖形的裁剪和消隱是計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)中的兩個(gè)重要問(wèn)題，前者是為了得到所需要的局部圖形，后者則用于實(shí)現(xiàn)三維圖形的真實(shí)感顯示以及消除圖形顯示的二義性。圖形的裁剪圖形的消隱5.5圖形的裁剪與消隱5.5.1圖形的裁剪利用窗口技術(shù)，通過(guò)定義窗口和視區(qū)，可以將整體視圖中的局部圖形顯示于屏幕的指定位置并對(duì)其進(jìn)行處理。為了準(zhǔn)確地將局部圖形從整體圖形中分離并顯示出來(lái)，需要對(duì)圖形進(jìn)行裁剪，即通過(guò)正確地識(shí)別圖形在窗口的內(nèi)外部分，裁剪掉位于窗口外的圖形部分，僅保留位于窗口內(nèi)的圖形部分。這種選擇可見(jiàn)圖形信息的方法稱(chēng)為裁剪。當(dāng)然，為適應(yīng)某種特殊需要也可剪裁掉位于窗口內(nèi)的圖形，而留出窗口的空白區(qū)域，以用于文字說(shuō)明或其他用途，我們稱(chēng)這種處理方法為“覆蓋”。5.5.2圖形的消隱消隱指消除隱藏線(xiàn)和隱藏面，其目的是消除物體顯示的二義性。(a)消隱前(b)消隱后圖形消隱在計(jì)算機(jī)圖形處理中，經(jīng)常需要對(duì)已生成的圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、放大或縮小等幾何變換操作，以生成新的圖形信息。由于點(diǎn)是構(gòu)成幾何形體的最基本元素，因此，通過(guò)對(duì)構(gòu)成幾何圖形的特征點(diǎn)集的幾何變換即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)圖形的幾何變換。二維圖形幾何變換的一般表示平移變換與點(diǎn)的齊次坐標(biāo)表示二維組合變換5.6二維圖形幾何變換5.6.1二維圖形幾何變換的一般表示比例變換對(duì)稱(chēng)變換錯(cuò)切變換旋轉(zhuǎn)變換5.6.2平移變換與點(diǎn)的齊次坐標(biāo)表示為了能夠用一個(gè)通用的變換矩陣覆蓋所有的圖形變換問(wèn)題，以方便用計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一處理，在圖形的幾何變換中引入了空間點(diǎn)的齊次坐標(biāo)表示。可以用一個(gè)統(tǒng)一的3×3矩陣來(lái)描述包括平移在內(nèi)的全部二維圖形變換，即：5.6.3二維組合變換在圖形的幾何變換中，圖形的實(shí)際變換往往不是單獨(dú)采用前述的各種基本變換就可以完成，通常需要將各種基本變換組合使用，以完成最終的圖形變換。這種由多種基本變換組合而成的變換稱(chēng)為組合變換，相應(yīng)的變換矩陣叫做組合變換矩陣。三維圖形幾何變換是二維圖形幾何變換的簡(jiǎn)單拓展。在三維空間中，用四維齊次坐標(biāo)表示三維點(diǎn)，即

。三維基本變換三維組合變換與投影變換5.7三維圖形幾何變換5.7.1三維基本變換與二維圖形幾何變換類(lèi)似，三維圖形的基本幾何變換也包括:比例變換對(duì)稱(chēng)變換平移變換旋轉(zhuǎn)變換5.7.2三維組合變換與投影變換與二維組合變換類(lèi)似，三維物體的復(fù)雜變換同樣可通過(guò)對(duì)三維基本變換矩陣的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，求解繞過(guò)原點(diǎn)的任意軸旋轉(zhuǎn)

角的三維幾何變換矩陣。第6章幾何造型系統(tǒng)幾何造型技術(shù)是CAD技術(shù)的核心與基礎(chǔ)，是利用計(jì)算機(jī)以及圖形處理技術(shù)來(lái)構(gòu)造物體的幾何形狀，模擬物體靜、動(dòng)態(tài)處理過(guò)程的技術(shù)。通常，把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能夠進(jìn)行交互編輯處理的系統(tǒng)稱(chēng)為幾何造型系統(tǒng)。按其發(fā)展歷史，幾何造型可分為線(xiàn)框造型、曲面造型和實(shí)體造型。隨著幾何造型技術(shù)的發(fā)展，又產(chǎn)生了非流形形體造型。本章概述在幾何造型中，任何復(fù)雜形體都是由基本幾何元素構(gòu)造而成的。幾何造型通過(guò)對(duì)幾何元素的各種變換處理和集合運(yùn)算產(chǎn)生所需要的幾何模型。6.1空間幾何元素的定義6.2線(xiàn)框造型線(xiàn)框造型(wireframemodeling)用頂點(diǎn)和邊表示形體，通過(guò)對(duì)點(diǎn)和邊的修改來(lái)改變構(gòu)造形體的形狀，即構(gòu)造模型是一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)框圖。與該模型相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)是直線(xiàn)或曲線(xiàn)方程、點(diǎn)的坐標(biāo)以及邊和點(diǎn)的連接信息，該連接信息決定哪些點(diǎn)分別是哪條邊的端點(diǎn)，以及哪條邊在哪個(gè)點(diǎn)上與其他邊相鄰。用線(xiàn)框造型構(gòu)造的模型稱(chēng)為線(xiàn)框模型(wireframemodel)。線(xiàn)框模型曲面造型(SurfaceModeling)是用有向棱邊圍成的部分定義形體表面，由面的集合來(lái)定義形體。曲面造型可以滿(mǎn)足求交、消隱、渲染處理和數(shù)控加工等要求。由曲面造型構(gòu)造的模型稱(chēng)為表面模型(surfacemodel)。6.3曲面造型汽車(chē)車(chē)身造型(達(dá)索公司，CATIA軟件)實(shí)體造型(solidmodeling)用于構(gòu)造具有封閉空間、稱(chēng)為實(shí)體的幾何形體。由實(shí)體造型構(gòu)造的模型稱(chēng)為實(shí)體模型(solidmodel)?；驹煨凸δ軐?shí)體造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基于特征的造型參數(shù)化造型6.4實(shí)體造型6.4.1基本造型功能基本幾何形體的創(chuàng)建形體的集合運(yùn)算掃掠構(gòu)造蒙皮構(gòu)造倒圓拉伸邊界造型6.4.2實(shí)體造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實(shí)體造型系統(tǒng)中，三維形體是通過(guò)各種造型功能構(gòu)造的。隨著實(shí)體的創(chuàng)建，與實(shí)體相關(guān)的數(shù)學(xué)描述也存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。為了明確地表達(dá)和構(gòu)造一個(gè)三維形體，描述實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常分3類(lèi)：CSG樹(shù)型結(jié)構(gòu)邊界表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間分割模型結(jié)構(gòu)6.4.3基于特征的造型基于特征的造型(Feature-basedModeling)，又稱(chēng)為特征造型，是以實(shí)體造型為基礎(chǔ)，使設(shè)計(jì)者采用一些常見(jiàn)的、具有一定設(shè)計(jì)或加工功能的特征作為造型的基本單元來(lái)構(gòu)造幾何模型，我們稱(chēng)這些基本單元為特征。一般來(lái)說(shuō)，特征可分為形狀特征、材料特征、精度特征、工藝特征等。特征造型實(shí)例6.4.4參數(shù)化造型參數(shù)化造型(parametricmodeling)，可以只通過(guò)修改其造型參數(shù)就可以方便地改變形體的形狀和尺寸。參數(shù)化造型利用幾何約束和幾何元素上的尺寸數(shù)據(jù)來(lái)定義和構(gòu)造幾何形體。幾何約束指幾何元素間的關(guān)系，如兩表面平行、兩邊共面、一條曲線(xiàn)邊與相鄰直線(xiàn)邊相切等。尺寸數(shù)據(jù)不僅包括定義形狀的尺寸，而且還包括這些尺寸間的關(guān)系，這些關(guān)系由設(shè)計(jì)者以數(shù)學(xué)方程的形式給出。常規(guī)實(shí)體造型系統(tǒng)僅允許用戶(hù)創(chuàng)建具有封閉空間和統(tǒng)一邊界維數(shù)的幾何形體，即數(shù)學(xué)意義上的流形形體。系統(tǒng)不允許非流形形體存在，如兩個(gè)表面在一個(gè)點(diǎn)處相接，兩個(gè)截然不同的幾何形體共享一個(gè)面、邊或點(diǎn)為其共同邊界，形體具有懸邊或懸面，或完全由面構(gòu)成的一個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等。具有這些特征的幾何形體稱(chēng)為非流形形體。6.5非流形形體造型非流形形體模型裝配造型(即裝配設(shè)計(jì))精確地保存了零件的設(shè)計(jì)過(guò)程和零件間的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可以按照零件間的配合順序關(guān)系構(gòu)造零件的幾何形狀。裝配造型的功能裝配瀏覽并行設(shè)計(jì)功能裝配模型的使用裝配簡(jiǎn)化6.6裝配造型6.6.1裝配造型的功能CAD系統(tǒng)的裝配模塊為零件分類(lèi)、裝配以及子裝配的構(gòu)成提供了一種邏輯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使設(shè)計(jì)人員識(shí)別單個(gè)零件、保留(保存)相關(guān)零件的過(guò)程數(shù)據(jù)、保存零件在裝配體中的相互關(guān)系。利用裝配體中有關(guān)配合、位置以及方位等數(shù)據(jù)，裝配造型可以精確地識(shí)別零件是如何連接的。裝配造型系統(tǒng)可使設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建和處理零件間的所有裝配約束、定義相關(guān)零件的位置和運(yùn)動(dòng)。6.6.2裝配瀏覽所有裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)均提供某種類(lèi)型的瀏覽器，以允許用戶(hù)在零件定位、關(guān)系定義以及訪(fǎng)問(wèn)CAD模型、圖紙和相關(guān)的零件數(shù)據(jù)方面與系統(tǒng)進(jìn)行交互。裝配樹(shù)型結(jié)構(gòu)6.6.3并行設(shè)計(jì)功能裝配造型的并行設(shè)計(jì)功能支持由多個(gè)部門(mén)組成的產(chǎn)品研發(fā)小組對(duì)裝配的協(xié)調(diào)與修改，支持在同一時(shí)間內(nèi)處理多個(gè)用戶(hù)對(duì)同一個(gè)裝配體的訪(fǎng)問(wèn)。在某些CAD系統(tǒng)中，由檢入、檢出(checkin/checkout)處理來(lái)控制誰(shuí)在某個(gè)零件上工作(他不離開(kāi)該零件，別人不得進(jìn)入)，并可防止兩個(gè)設(shè)計(jì)人員在同一時(shí)間修改相同的零件設(shè)計(jì)。支持并行工程的裝配造型系統(tǒng)也具有構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一裝配體的能力，以完成運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析以及其他工程分析等。6.6.4裝配模型的使用由裝配造型系統(tǒng)創(chuàng)建的裝配模型可以以多種方式應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。多數(shù)裝配模型模塊允許用戶(hù)在一個(gè)裝配體的零件間進(jìn)行測(cè)量或由裝配模型生成爆炸視圖。爆炸圖清晰地顯示了一個(gè)裝配體中所有零件的物理關(guān)系，這些視圖在描述裝配結(jié)構(gòu)時(shí)特別有用。裝配爆炸視圖(IBM公司，CATIA軟件)6.6.5裝配簡(jiǎn)化為提高裝配體的可處理性，許多系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)化裝配的方法。一種解決方法是使用例證，如構(gòu)造像緊固件這樣的通用零件，以用于重復(fù)使用，減少信息記錄量。另一種方法是將整個(gè)裝配或子裝配組合成一個(gè)單獨(dú)模型，稱(chēng)之為“團(tuán)聚”或“簇集”

(agglomeration)。此外，可以通過(guò)臨時(shí)忽略那些當(dāng)時(shí)不需要的細(xì)節(jié)特征來(lái)降低模型的復(fù)雜程度，而那些被臨時(shí)忽略的細(xì)節(jié)特征作為零件的幾何模型仍予以保存。第7章自由曲線(xiàn)和自由曲面現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，對(duì)于諸如飛機(jī)、汽車(chē)、船舶等具有復(fù)雜曲面外形的產(chǎn)品，需要使用自由曲線(xiàn)和自由曲面來(lái)描述其幾何形狀，以滿(mǎn)足產(chǎn)品在流體動(dòng)力性能和造型方面的要求。對(duì)一般工業(yè)和民用產(chǎn)品而言，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，在滿(mǎn)足功能需要的前提下，以產(chǎn)品的造型為代表的非功能性因素，對(duì)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)趨向的影響越來(lái)越大。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)比以往更注重造型設(shè)計(jì)，也使自由曲線(xiàn)和自由曲面的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。本章概述在自由曲線(xiàn)和曲面的構(gòu)造中會(huì)涉及到曲線(xiàn)、曲面的數(shù)學(xué)表示以及相關(guān)基本術(shù)語(yǔ)，了解這些基本概念將有助于深入學(xué)習(xí)和理解自由曲線(xiàn)和曲面的構(gòu)造原理與方法。曲線(xiàn)和曲面的數(shù)學(xué)表示基本術(shù)語(yǔ)7.1基本概念7.1.1曲線(xiàn)和曲面的數(shù)學(xué)表示數(shù)學(xué)上通常用3種方式表示曲線(xiàn)和曲面：顯式表示、隱式表示和參數(shù)表示。在對(duì)自由曲線(xiàn)和自由曲面的描述中主要采用參數(shù)表示。7.1.2基本術(shù)語(yǔ)數(shù)學(xué)上通常用3種方式表示曲線(xiàn)和曲面：顯式表示、隱式表示和參數(shù)表示。在對(duì)自由曲線(xiàn)和自由曲面的描述中主要采用參數(shù)表示。點(diǎn)插值逼近光順擬合7.2自由曲線(xiàn)在曲面造型系統(tǒng)中，曲線(xiàn)構(gòu)造是曲面構(gòu)造的基礎(chǔ)，它構(gòu)成了曲面的基本單元——曲面片的邊界。工程上把形狀比較復(fù)雜、不能用二次方程描述的曲線(xiàn)和曲面稱(chēng)為自由曲線(xiàn)和自由曲面。Hermite曲線(xiàn)Bezier曲線(xiàn)B樣條曲線(xiàn)7.2.1Hermite曲線(xiàn)大多數(shù)CAD系統(tǒng)用三次參數(shù)曲線(xiàn)描述自由曲線(xiàn)，這是因?yàn)槿螀?shù)曲線(xiàn)已足以保證相連曲線(xiàn)的二階連續(xù)。另外，由于高于三次的參數(shù)曲線(xiàn)的計(jì)算費(fèi)時(shí)，且曲線(xiàn)上任何一點(diǎn)幾何信息的變化都可能導(dǎo)致曲線(xiàn)形狀發(fā)生復(fù)雜的變化，因此，工程上一般采用不高于三次的參數(shù)曲線(xiàn)。Hermite曲線(xiàn)用給定曲線(xiàn)段的兩個(gè)端點(diǎn)的位置矢量以及兩端點(diǎn)處的切線(xiàn)來(lái)描述一條曲線(xiàn)。7.2.2Bezier曲線(xiàn)法國(guó)雷諾汽車(chē)公司的工程師P.Bezier在20世紀(jì)60年代提出了一種在逼近的基礎(chǔ)上構(gòu)造曲線(xiàn)的方法——Bezier曲線(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上建立了一種自由曲線(xiàn)與曲面的設(shè)計(jì)系統(tǒng)——UNISURF。Bezier曲線(xiàn)的定義Bezier曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)Bezier曲線(xiàn)的性質(zhì)Bezier曲線(xiàn)的缺點(diǎn)Bezier曲線(xiàn)的合成Bezier曲線(xiàn)的計(jì)算實(shí)例7.2.3B樣條曲線(xiàn)為克服Bezier曲線(xiàn)存在的缺點(diǎn)，1972年Gordon、Rie-senfeld等人用B樣條基函數(shù)取代Bernstein基函數(shù)構(gòu)造出等距節(jié)點(diǎn)的B樣條曲線(xiàn)。B樣條曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)三次B樣條曲線(xiàn)三次B樣條曲線(xiàn)的性質(zhì)三次B樣條曲線(xiàn)的邊界條件和反算擬合三次B樣條曲線(xiàn)的特殊處理非均勻有理B樣條曲線(xiàn)(NURBS)對(duì)于具有復(fù)雜外形的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其曲面造型中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是用數(shù)學(xué)方法來(lái)描述所需構(gòu)造的外形曲面。雙線(xiàn)性參數(shù)曲面Coons曲面片與雙三次參數(shù)曲面片Bezier曲面B樣條曲面曲面片的連續(xù)7.3自由曲面7.3.1雙線(xiàn)性參數(shù)曲面雙線(xiàn)性參數(shù)曲面空間雙線(xiàn)性參數(shù)曲面7.3.2Coons曲面片與雙三次參數(shù)曲面片S.A.Coons于1964年提出了一種適合于計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)所用的構(gòu)造曲面的方法。該方法的基本思想是將曲面分片，然后拼合造型，即把所要描繪的曲面看作由若干個(gè)曲面片光滑拼接而成，每個(gè)曲面片由4條邊界定義，通過(guò)疊加修正曲面片產(chǎn)生滿(mǎn)足用戶(hù)需要的曲面。Coons曲面片雙三次參數(shù)曲面片7.3.3Bezier曲面Bezier曲面是Bezier曲線(xiàn)的拓廣。一條Bezier曲線(xiàn)由其特征多邊形的頂點(diǎn)控制，而一個(gè)Bezier曲面則由其特征多面體的頂點(diǎn)來(lái)定義。雙三次Bezier曲面7.3.4B樣條曲面與Bezier曲面類(lèi)似，B樣條曲面是B樣條曲線(xiàn)的拓廣。雙三次B樣條曲面片7.3.5曲面片的連續(xù)在對(duì)諸如汽車(chē)、摩托車(chē)、飛機(jī)、船舶以及一些造型獨(dú)特的日常用品進(jìn)行外形設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)復(fù)雜外形一般情況下無(wú)法給出全部數(shù)據(jù)并一次造型完成，通常采用分片構(gòu)造，最后通過(guò)拼接形成一個(gè)復(fù)雜的外形曲面。因此，分片構(gòu)造完成的曲面間的連接，在曲面造型中是需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。第8章AutoCAD繪圖軟件包AutoCAD是由美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的通用計(jì)算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計(jì)軟件包，具有易于掌握、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放等特點(diǎn)，深受廣大工程技術(shù)人員的歡迎。AutoCAD自1982年問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)行了十余次升級(jí)，從而使其功能逐漸強(qiáng)大，且日趨完善。如今，AutoCAD已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、農(nóng)業(yè)、氣象、紡織、輕工業(yè)等領(lǐng)域。在中國(guó)，AutoCAD已成為工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件之一。本章概述本節(jié)重點(diǎn)介紹AutoCAD的發(fā)展歷史、主要功能、AutoCAD2018的工作界面，以及圖形文件管理。8.1.1AutoCAD發(fā)展歷史8.1.2AutoCAD2018的主要功能8.1.3AutoCAD2018工作空間及工作界面8.1.4圖形文件管理8.1概

述8.1.1AutoCAD發(fā)展歷史從1982年發(fā)布的第一代版本到今天2018新版，AutoCAD已然走過(guò)整整35個(gè)年頭。8.1.2AutoCAD2018的主要功能二維繪圖與編輯功能文字與表格功能尺寸標(biāo)注功能塊與外部參照功能三維繪圖與編輯功能觀察與渲染三維圖形繪圖實(shí)用工具數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能

Internet功能圖形的輸入、輸出功能允許用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)8.1.3AutoCAD2018工作空間及工作界面AutoCAD2018的工作空間(又稱(chēng)為工作界面)有草圖與注釋、三維建模和三維基礎(chǔ)3種形式。AutoCAD2018工作界面8.1.3AutoCAD2018工作空間及工作界面AutoCAD2018工作界面由標(biāo)題欄、菜單欄、多個(gè)工具欄、繪圖窗口、光標(biāo)、坐標(biāo)系圖標(biāo)、模型/布局選項(xiàng)卡、命令窗口(又稱(chēng)為命令行窗口)、狀態(tài)欄、滾動(dòng)條和菜單瀏覽器等組成。8.1.4圖形文件管理創(chuàng)建新圖形文件打開(kāi)圖形文件保存圖形文件關(guān)閉圖形文件8.2繪圖設(shè)置及繪圖實(shí)用工具利用繪圖設(shè)置和有關(guān)的繪圖實(shí)用工具，可以使AutoCAD用戶(hù)提高繪圖效率與繪圖準(zhǔn)確性。圖層、線(xiàn)型、線(xiàn)寬及顏色樣板文件繪圖實(shí)用工具配置AutoCAD2018繪圖環(huán)境8.2.1圖層、線(xiàn)型、線(xiàn)寬及顏色圖層的基本概念管理圖層“圖層特性管理器”選項(xiàng)板8.2.2樣板文件樣板文件是擴(kuò)展名為.dwt的AutoCAD文件。樣板文件上通常有與圖形繪制有關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)或通用設(shè)置，如圖層、線(xiàn)型、文字樣式、尺寸標(biāo)注樣式等方面的設(shè)置。此外，還可以包括一些通用圖形對(duì)象，如標(biāo)題欄、圖幅框等。利用樣板文件創(chuàng)建新圖形，可以避免每當(dāng)繪制新圖形時(shí)要進(jìn)行的繪圖設(shè)置、繪制相同圖形對(duì)象這樣的重復(fù)操作，不僅提高了繪圖效率，而且還保證了圖形的一致性。8.2.3繪圖實(shí)用工具AutoCAD提供了眾多實(shí)用工具，利用這些工具可以提高繪圖效率與準(zhǔn)確性。對(duì)象捕捉草圖設(shè)置正交模式8.2.4配置AutoCAD2018繪圖環(huán)境設(shè)置參數(shù)選項(xiàng)設(shè)置圖形單位設(shè)置圖形界限設(shè)置工作空間“選項(xiàng)”對(duì)話(huà)框二維繪圖二維編輯圖案填充、面域與圖形信息使用文字與表格標(biāo)注圖形尺寸圖形顯示控制8.3二維繪圖與編輯8.3.1二維繪圖任何復(fù)雜圖形都可以分解成簡(jiǎn)單的點(diǎn)、線(xiàn)、面等基本圖形。為了能夠熟練地用AutoCAD繪制各種復(fù)雜工程圖，必須熟練掌握其基本圖形的繪制方法。繪圓弧子菜單8.3.2二維編輯AutoCAD2018的圖形編輯功能包括刪除、復(fù)制、鏡像、偏移、陣列、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、拉伸、修剪、延伸、打斷、倒直角、添加圓角，以及編輯多段線(xiàn)、編輯樣條曲線(xiàn)、編輯多線(xiàn)等。“陣列”子菜單8.3.3圖案填充、面域與圖形信息在繪制和編輯圖形時(shí)，執(zhí)行圖案填充和面域操作都是為了表達(dá)當(dāng)前圖形部分或全部的結(jié)構(gòu)特征。另外，查詢(xún)圖形信息是間接表達(dá)圖形組成結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)的一種方式，用戶(hù)可以對(duì)圖形中各點(diǎn)、各線(xiàn)段之間的距離和交角等特性進(jìn)行詳細(xì)的查詢(xún)。圖案填充面域信息查詢(xún)8.3.4使用文字與表格文字對(duì)象是AutoCAD圖形中很重要的圖形元素，是機(jī)械制圖和工程制圖中不可缺少的組成部分。文字樣式創(chuàng)建文字對(duì)象創(chuàng)建表格對(duì)象“文字樣式”對(duì)話(huà)框8.3.5標(biāo)注圖形尺寸尺寸標(biāo)注是繪圖設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。因?yàn)閳D形主要用來(lái)反映對(duì)象的形狀，而各部分對(duì)象的真實(shí)大小和相互之間的位置只有在標(biāo)注尺寸后才能確定下來(lái)。尺寸標(biāo)注樣式標(biāo)注尺寸8.3.6圖形顯示控制在AutoCAD2018中，可以使用多種方法來(lái)觀察繪圖窗口中繪制的圖形，以便靈活觀察圖形的整體效果或局部細(xì)節(jié)?？s放和平移視圖使用命名視圖使用平鋪視口使用ShowMotion利用AutoCAD2018，用戶(hù)可以創(chuàng)建線(xiàn)框模型、網(wǎng)格模型、曲面模型和實(shí)體模型；可以對(duì)三維模型進(jìn)行各種編輯操作，如對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行