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1、重庆大学计算机辅助设计与制造课程作业讨论题目：计算机辅助设计与制造感悟 姓名:姚云飞 指导教师姓名:刘 文 单位名称:重庆大学机械工程学院 班级：2011 级机械制造设计及其自动化专业 07 班 学号：20112528 2013 年 12 月 2 日 计算机辅助设计制造总结与感悟计算机辅助设计制造总结与感悟 机自机自 07 班班 姚云飞姚云飞 20112528一自己对这门课的收获自己对这门课的收获 最开始最开始学这门课时感觉和 CAD 制图差不多。自己希望学习之后可以有一些基本的三维建模的技能，通过以后的练习可以熟练掌握三维建模技术。对 CAD/CAM 系统有一些基本的了解和认识。学习之后，不

2、但可以建模，同时还可以进行自动数控加工编程，同时对建模中的一些方法的原理的学习开阔了我们的视野，让我们思维更加丰富。有了原理，以后学习这方面的知识就容易多了。二总结与感悟二总结与感悟第一章 CAD/CAM 的概论1.1 CAD/CAM 基本概念在产品设计阶段要完成任务规划，概念设计，结构设计与分析详细设计和工程设计等工作，如果借助计算机来完成这些工作就称为 CAD。在生产阶段，要完成数控加工编程，加工过程仿真，数控加工，质量检验，产品装备，性能测试与分析等工作，如果借助计算完成，则称之为 CAM。CAD/CAM 主要包括以下 9 种功能，图形图像处理，产品过程与建模，信息储存与管理，工程计算分

3、析与优化，工程信息传输与交换，模似与仿真，人机交互，信息输入和信息输出等基本功能。在上述的基本功能的基础上分别形成了CAD 和 CAM 各项任务的具体功能。1.2 CAD/CAM 技术的发展应用近二十年，CAD/CAM 是发展最迅速的技术和产业之一。20 世纪 90 年代初，CAD/CAM 技术应用已进入近百个工业领域。如此受大众欢迎的技术未来的发展肯定是我们所关心的。它未来的发展方向主要为支持 TOPDOWN、支持 DFx、智能 CAD/CAM 技术、并行工程、虚拟制造技术、计算机集成制造和支持异地设计的 CAD/CAM 技术。感悟感悟：通过这一章的学习，是我对 CAD/CAM 有的一个初步

4、的认识。它的发展以及在工业中的应用都是特别广泛的，还了解到它未来的发展趋势。CAD/CAM是计算机和数字化信息技术发展而形成的新技术。是 20 世纪最杰出的工程之一。这些使我对这一门课加深的不少了解，以及对自己学习上的一些要求。第二章 CAD/CAM 系统2.1 CAD/CAM 系统的组成与分类组成 CAD/CAM 系统的主要有关硬件有主机、储存器、输入输出设备、网络通信设备以及生产加工设备。软件主要指程序以及相关文档。根据使用软件规模大小的不同可分为 CAD 系统、CAM 系统和 CAD/CAM集成系统。从是否使用计算机网络方面分为单机系统和网络化系统。2.2 CAD/CAM 系统中的典型硬

5、件计算机基本系统主要包括主机和外部储存器，输入设备常见的有键盘、鼠标和操纵杆、数字化仪、图形版、光笔、触摸屏、扫描输入设备、语音输入设备、数据手套和位置传感器等。输出的设备主要有显示器、打印机、绘图机、立体显示器、3D 听觉环境系统、生产系统设备。网络设备则有服务器、工作站、电缆、网卡、集线器 HUB、中继器、网桥以及路由器和网卡。2.3 CAD/CAM 软件系统 CAD/CAM 的软件系统主要包括系统软件、机械支撑软件和应用软件。其中系统软件主要由操作系统、计算机编程语言和网络通讯及其管理软件组成。机械支撑软件从功能上可以分为 7 中。它们分别为基本图形资源与自动绘图软件、几何建模软件、工程

6、计算与分析软件、仿真与模拟、工艺过程设计、专用设备控制程序生成和管理与集成。感悟：感悟：在这一章里具体的介绍了 CAD/CAM 的组成，对于它的一些基本的硬件和软件都有比较深的映像。从上一章的概念化深入到具体结构，从客观物理上认识了他的组成。同时还了解到一些 CAD/CAM 系统设计的一些基本原则。我们必须本着实用化原则，适度先进性原则和系统性原则以及整体设计与分布实施的原则。这对我们以后在工作工程中有很大的帮助。第三章 CAD/CAM 软件开发基础3.1 工程数据的程序化方法CAD/CAM 是将资料以数据库或文件形式加以管理以便设计时计算机按照要求自动搜索与调用。数值程序化主要有用数组形式储

7、存数据和数学公式计算数据两种方法。数表程序法主要有三种：1）屏幕直观输出法2）数组储存法3）公式计算法。工程中经常使用插值法和曲线拟合法。常用的差值法有线性插值和拉格朗日插值法。4）交互式分级描述法线图程序化拟合的主要原理为最小二乘法。根据数据的具体形式，我们通常用的有线性方程拟合、对数方程拟合、指数方程拟合、对数指数方程拟合和二次方程及多次方程拟合。后面几种都是在线性方程的基础上加以变形得来的。强调一点，对于同一组数据采取不同的方式拟合会有不同的结果，应选取标准差最小的一种拟合方法。线图程序化的步骤首先线图数表化和确定合理精度，然后正确运用分段原则以及选择合理的曲线拟合方程。最后将建立起来的

8、拟合公式编入程序。3.2CAD/CAM 中的数据结构事物从物理状态到信息的数据经历了现实世界信息世界数据世界三个领域。在数据世界里面数据的逻辑结构主要有线性结构和非线性结构。数据的物理结构主要有顺序储存结构和链接储存结构。链接储存结构有可以分为单向链结构、双向链结构和多向链结构三种。常见的数据结构有线性表、栈与队列、数组、串、树与二叉树以及图与网。这里强调一下遍历二叉树的三种遍历方法。第一种前序遍历，操作为从上至下，先左后右的原则。第二种为中序遍历，操作为从左至上，先上后下的原则。第三种为从左至右，先下后上的原则。3.3 数据的储存与管理同一文件的逻辑结构可以有多种物理组织方法。常用的有顺序文

9、件、索引文件和直接存取文件。在文件具体操作中查找时可以顺序查找（简单但效率低），也可以折半查找和分块查找。排序常用的方法有选择排序、冒泡排序以及插入排序。数据库是文件管理不可缺少的一部分，它的主要特点有数据模型复杂、数据共享性好、数据具有独立性以及数据具有安全性、完整性。它是一个通用的综合的文件集合。数据库系统由软件、硬件和管理员构成。数据库的基本功能有定义功能、管理功能、数据的建立和维护管理、通信功能和其他功能。数据库的基本模型包括层次模型、网状模型和关心模型。新的数据库技术向着分布式数据库、主动数据库、多媒体数据库和面向数据库发展。感悟：感悟：通过这一章的学习我主要学习了 CAD/CAM

10、软件方面的一些问题。在抽象上建立起了数据结构的模型。对工程数据处理有了更深一步的认识。这些理论不止在这一门课中有用，在其他电子学科以及以后的工程应用中都很有帮助。数据的处理方法更是让我们受益匪浅。数据结构的各种模型对我们思维上的帮组以及创新的冲击都是巨大的。第四章 图形处理技术基础4.1 图形的几何变换在 CAD/CAM 系统中几何图形是最基本的元素，它可以是二位的也可以是三维的。图形几何变换的原理实际是点的坐标的变换。二维的几何变换可以由一个 33 的齐次矩阵表示。其中左上角的 4 个元素实现比例变换、对称变换、旋转变换、错切变换等。右上角的两个元素实现透视变换。左下角的 2 个元素实现平移

11、变换，右下角的 1 个元素实现全图的等比例变换。组合变换则是由基本变换组合而来，相应的矩阵也是由各自的基本矩阵相乘而来。三维图形的基本变换与二维相识，它由一个 44 的齐次矩阵表示。其中左上角的 9 个元素实现比例变换、对称变换、旋转变换、错切变换、投影变换等。右上角的 3 个元素实现透视变换。左下角的 3 个元素实现平移变换。右下角的 1个元素实现全图的等比例变换。组合变换与二维的处理方法一样。工程图中三视图的生成可以用矩阵的方式来做。4.2 图形的消隐技术要使图形显示出较真实的立体感，避免因二义性造成的错觉，必须消除物体自身遮挡或物体之间相互遮挡而无法看见的线条称为消隐。它的目的主要为提高

12、物体投影图的真实感，使其具有唯一的解释。消隐技术中的测试方法 3 种。第一种为重叠测试，将多边形两两判别，看他们是否有重叠部分，如果不重叠则他们互不遮挡。第二种为包含性测试，它通过交点数算法和夹角求和算法来确定图形是否重叠。第三种为深度测试法，我们只学习了优先级测试法，它是以坐标坐标平面为投影面建立投影关系，考察它们相互遮挡关系。常用的消隐方法有 Waenock 算法。它的实现过程基本上是沿着一条递归分割窗口的主线进行的。在递归过程中，多边形与窗口有四种几何关系：1）多变行环绕窗口；2）多边形与窗口相交；3）窗口环绕多边形；4）分离多边形。在确定关系后，有的则需要更进一步细分。另外一种针对空间

13、图像进行递归分割的算法为 Caemull 曲面分割算法。Z 缓冲器扫描线算法则是将空间中按扫描线从上到下的次序来处理，将三维转化为二维问题。4.3 图形的光照处理技术光照处理方法只是对真实世界的一种模拟。主要参考模型有漫反射、镜面反射和环境光。光照处理的基本算法有恒定亮度法和 Gouraud 插值法。恒定亮度法即对整个多边形只给出一个亮度值，它只适合在某种特定条件下。Gouraud 插值法解决了相邻平面亮度的不连续性。它的具体步骤 1）计算各多边形平面的外法线；2）求个顶点的法线；3)按光照模型求出所有可见顶点的亮度；4）求可见多边形上各点的亮度。4.4 图形的裁剪技术窗口时用户坐标系中定义的

14、确定显示内容的一个区域，只有这个区域的内容才可以在输出设备上输出。视图是在设备坐标系中定义一个区域，用于输出窗口中的图形。视图是一个有限的整数域。区分可见与不可见图形部分的过程称为裁剪。基本变换有平移窗口、比例变换和平移窗口。本课程只讨论二维裁剪，裁剪处理的基础有两点，裁剪局域内外的判断和图形与裁剪局域边界交点的计算。如果直线的两端点都在窗口内，该直线完全可见。如果直线的两端点都在窗口外，并且在窗口某边同一侧，该直线完全不可见。如果直线的两端点都在窗口外，并且不在窗口某边同一侧，此时需要直线段与窗口交点的性质来判定。如果直线的一个端点在窗口内，另一个在窗口外，则对直线进行裁剪。常用的裁剪算法有

15、编码裁剪算法、中点分割算法和逐边裁剪法。感悟：感悟：这一章介绍了几种图形的处理方法，这些变换在软件中都有涉及，老师也在课堂上给我们举例说明了。我们了解了这些变换的基本原理，我们不仅知道要怎么变换，同时还知道为什么这么变，老师的演示更一步加深我们对这些的原理的理解。在这一章和实验课阶段我们学会了如何建三维模型，对以后的工作和深入的学习研究有了很大的帮助。第五章 建模技术 5.1 基本概念将现实世界的产品及相关的信息转换或表示为计算机内部能够处理、储存和管理的数字化表示就是建模所需完成的任务。模型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。对于现实中的物体，人们从想象出发，到完成它的计算机内部表示这一过

16、程称为建模。几何信息是指物体在欧式空间中的形状、位置和大小，最基本的几何元素有点、直线和面。在描述物体时必须同时给出几何信息和拓扑信息。拓扑元素之间的各种关系不是独立的，其中可有一种导出其他几种。在 CAD 建模技术中，特征的概念源于对零件几何要素的归纳，以零部件的设计自动化为目的，将产品的零部件设计中常用的几何体的集合定义为特征。5.2 线框建模二维建模是以二维平面的基本图形元素为基础表达二维图形。三维线框建模是在二维线框模型的直接拓展和延伸。但是它存在以下等问题，1）几何意义的二义性；2）结构体的空间定义缺乏严密性；3）拓扑关系缺乏有效性 4）描述的结构体无法进行消隐、干涉校验、物性计算。5.3 表面建模表面建模是将物体分解为组成物体表面、边线和顶点，用表面、边线和顶点的有限集合表示建立物体的计算机内部模型。常用的表面描述方法有平面、直纹面、回转面、柱状面、Bezier 曲面、B 样条曲面、孔斯曲面、圆角面以及等距面。表面建模的特点：1）大多数 CAD/CAM 系统中都具备曲面建模功能。2）表面建模中面信息的存在有助于对物性方面和面积相关的特征计算。3）表面建模方式生成的零部件及产