◆ 先修课程

《机械原理》、《机械设计》、《计算机应用基础》、《VB程序设计》

◆ 本课程的课时分配情况

章　次	教学内容	课　时
第一章	绪论	4
第二章	CAD/CAM系统	4
第三章	CAD/CAM应用软件	8
第四章	CAD/CAM软件工程技术	4
第五章	图形处理技术基础	10
第六章	几何造型系统	6
第七章	工程数据的计算机处理	4
第八章	计算机辅助工艺规程设计	5
第九章	计算机辅助制造技术基础	8
第十章	CAD/CAM集成与先进制造技术	3
第十一章	Solidworks三维设计软件	16
合 计		72

◆ 课程性质、目的和任务

《机械CAD/CAM》课程是机械设计制造及其自动化的一门专业必修课。CAD/CAM技术是随着计算机和数字化信息技术发展而形成的高新技术，是20世纪最杰出的工程成就之一，也是数字化、信息化制造技术的基础。其发展和应用对制造业产生了巨大的影响和推动作用。本课程的目的是使学生获得机械CAD/CAM技术的基本理论和基础知识；拓宽学生的专业知识面，掌握现代设计制造方法；熟悉CAD/CAM系统硬件和常用软件；具有进行CAD/CAM系统规划与实施的初步能力。

通过本课程的学习，应使学生达到以下基本要求：

1、了解CAD/CAM技术的发展概况及趋势，系统的基本组成配置

2、熟悉CAD/CAM技术的基本原理，CAD/CAM集成化、网络化和智能化的基本概念

3、掌握CAD/CAM技术的基本方法，CAD/CAM建模及设计技术

4、学会应用CAD/CAM技术去解决工程实际问题的能力

◆ 本课程的要求和内容

第一章 绪论

一、学习要求

通过本章的学习，要求学生了解CAD/CAM的概念、 CAD/CAM的发展、 CAD/CAM的地位和作用、CAD/CAM的研究应用状况，同时了解该课程的基本框架。

本章要了解的内容：

1、CAD/CAM的概念

2、CAD/CAM系统的核心和各部分功能

3、CAD技术的发展、CAM技术的发展、CAD/CAM技术的共同发展过程

本章要理解的内容：

1、制造设计过程与CAD/CAM技术的融合

2、CAD/CAM技术与先进制造技术的关系，其带来的经济效益和在经济一体化中的作用

3、CAD/CAM在现代工业生产中的重要性，目前研究应用状况，及未来发展趋势

二、课程内容

1、 CAD/CAM的概念

CAD是指工程技术人员以具有高速计算能力和图形显示能力的计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行绘图、分析计算和编写技术文件等设计活动的总称。CAD是辅助设计而不是完全的设计自动化，它将人的主导性与创造性放在首位，同时，充分发挥计算机的长处，使两者有机结合。要求学生了解CAD/CAM技术，其与传统设计技术的区别，产品设计过程包括的七个环节，各个环节的定义和需要完成的内容；CAD/CAM渗透于工业生产中的各个环节和在各环节中的功用。

2、CAD/CAM的发展

CAD/CAM技术是随计算机技术的发展而发展起来的，目前它已经成为新一代生产技术的核心，被公认为是提高制造业生产率和产品竞争力的关键。学习中主要了解CAD技术发展经历的四个主要阶段，CAM技术发展的主要方面和发展的过程，CAD和CAM技术的共同发展和集成应用。

3、CAD/CAM的地位和作用

CAD/CAM技术作为20世纪开始发展的最杰出的工程技术之一，被称为工业起飞的引擎，它推动了几乎一切领域的技术革命。CAD技术发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一。学习中主要理解产品设计制造过程的六个阶段所需完成的内容和达到的目标，和CAD/CAM在其中的应用；先进制造技术与CAD/CAM技术相关的内容；CAD/CAM在经济一体化中带来的效益。

第二章 CAD/CAM系统

一、学习要求

本章分为四节，通过学习要求学生了解CAD系统的类型和构建模式、CAD系统的硬件组成、CAD系统软件的组成，并掌握CAD系统的选型原则。

本章要理解的内容：

1、CAD系统的分类和构建模式

2、CAD系统的硬件和软件系统

3、CAD支撑的软件和应用的软件

4、CAD系统选型工作的重要意义

本章要掌握的内容：

1、CAD系统选型的基本要素

2、选择CAD系统的原则

二、课程内容

1、CAD系统的类型和构建模式

CAD系统是指用于计算机软件（操作系统、图形支撑软件和专业应用软件等）及外围设备（打印机和绘图仪等）的系统。学习过程中要求掌握CAD系统的分类，如根据硬件组成、工作方法、功能等进行的分类；掌握CAD系统的两个主要构建模式。

2、CAD系统的硬件和软件组成

组成一个CAD系统包括硬件和软件两方面。硬件指能看见的物质方面的东西，即计算机和外设；软件指能使各种硬件良好、协调地工作，从而达到CAD工作的程序集合。要求掌握CAD系统组成需要的主要硬件；工作站和微机对CAD的重要性和配置要求；CAD系统的三类系统软件；CAD的各种支撑软件及其可解决的工程问题；CAD高端、中端和低端应用软件。

3、CAD系统的选型原则

选择CAD系统时需要考虑软件系统的选择应优于硬件且应具有优越的性能；硬件系统应该具有良好的开放性。掌握CAD系统选型时需要考虑的具体问题；选型时的基本要素，包括软件选型、运行环境、技术支持和价格原则等；选择CAD系统的主要原则。

第三章 CAD/CAM应用软件

一、学习要求

本章要求学生熟悉掌握以下软件的功能和应用：

（1）三维建模软件Pro/Engineer；

（2）有限元分析软件ANSYS；

（3）动力学分析软件ADAMS。

本章要理解的内容：

1、三维建模软件Pro/Engineer的用处、特点、功能；

2、有限元分析软件ANSYS的用处、特点、功能和其理论原理；

3、动力学分析软件ADAMS的用处、特点、功能和其理论原理。

二、课程内容

第一节 三维建模软件Pro/Engineer

Pro/Engineer及相关软件Pro/DESIGNER、Pro/MECHANICA，可同时进行综合工业设计、机械设计、功能仿真和加工制造等功能，缩短产品开发的时间与流程。Pro/Engineer主要的功能在于进行参数化的实体设计，它所提供的功能包括实体设计、曲面设计、建立工程图、零件装配、简单的有限元分析、模具设计、电路设计、装配管件设计、加工制造和逆向工程等。

第二节 有限元分析软件ANSYS

ANSYS软件是大型通用有限元分析软件。有限元法是一种采用电子计算机求解结构静、动力学特性等问题的数值解法。

ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛地用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

第三节 动力学分析软件ADAMS

工程师、设计人员利用ADAMS软件能够建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动学和动力学性能。

利用ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。该模型既可以是在ADAMS软件中直接建造的几何模型，也可以是从其他CAD软件中传过来的造型逼真的几何模型。然后，在几何模型上施加力矩和运动激励。最后执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试，所得的测试结果就是机械系统工作过程的实际运动情况。过去需要数星期、数月才能完成的建造和测试物理样机的工作，现在利用ADAMS软件仅需几个小时就可以完成，并能远在物理样机建造前，就可以知道各种设计方案的样机是如何工作的。

第四章 CAD/CAM软件工程技术

一、学习要求

本章要求学生学习：机械CAD/CAM应用软件开发的意义和要求、常用机械产品CAD应用软件的类型、CAD应用软件开发的工程方法。

本章要了解的内容：

1、应用软件开发的意义

2、机械产品设计的标准化、通用化、模块化要求

3、CAD/CAM应用软件开发应遵循的原则

4、机械CAD/CAM应用系统的结构组成及其作业过程

本章要理解的内容：

1、参数化和交互式CAD系统，基于成组技术的CAD应用系统

2、CAD软件开发规范和研制方法

二、课程内容

1、机械CAD/CAM应用软件开发的意义和要求

CAD/CAM软件系统要求有适应广大需求的通用性，并且各企业生产的类型不同，因此很多企业要求针对通用性CAD/CAM软件进行二次开发，应用软件的开发是必要和重要的。机械产品设计要求标准化、通用化和模块化，可大大降低成本、缩短开发周期，提高生产率。开发的软件应有良好的人机界面，需要遵循七点原则。（了解）

2、常用机械产品CAD应用软件的类型

参数化CAD系统结构简单、构造容易、运行效率高、可靠性和稳定性好，有利于企业产品的标准化、模块化和系列化设计。通过建立数据库、图形库、程序库以及系统的交互主控模块，即可构造交互式CAD系统，其应用广泛，适应性强，可应用于大范围机械产品的设计。（了解）

3、CAD应用软件开发的工程方法

CAD软件的规模大、复杂程度高，开发过程中需要遵循软件工程的原则。软件开发分为八个阶段：可行性研究、需求分析、概要设计、详细设计、软件实现、组装测试、确认测试、运行和维护。CAD软件研制时，首先对软件系统分析，明确应用环境、功能要求和需要达到的目的，分析系统的可行性，写出报告对系统的目标、功能、研制的计划进度等说明，最后进行总体和详细设计。

第五章 图形处理技术基础

一、学习要求

本章要求学生学习：图形的几何变换、图形的消隐技术、图形裁剪技术

本章要掌握的内容：

1、图形几何变换的基本原理

2、二维图形的基本变换和组合变换

3、三维图形的基本变换和组合变换

4、工程图形的生成

5、消隐的概念和作用，消隐算法中的基本测试方法和常用消隐算法

6、图形剪裁的基本概念，二维图形剪裁

二、课程内容

1、图形的几何变换

图形的几何变换（二维、三维）可以表达为变换矩阵T作用于一个图形特征点的集合A，得到新图形A1，即A1=A*T，变换矩阵T可以是基本变换矩阵也可以是复杂形式的矩阵，而复杂形式的矩阵都可以通过基本矩阵的组合得到。重点掌握复杂形式的矩阵如何由基本变换矩阵所形成，即掌握复杂变换如何由基本变换所得到。

2、图形的消隐技术

消隐处理是指在绘制图形时将被遮蔽的外表面及轮廓线消去，其原理不很复杂，关键问题应寻找快速、实用的算法。当前有许多消隐算法，各有其特点，但用到的检验和判别方法主要有四种，即面的可见性检验、极大极小检验、图形包容性检验、深度检验。在各种算法中主要了解Z向缓冲算法和扫描线算法原理。

3、图形裁剪技术

剪裁技术是通过对剪裁边界和被剪裁对象进行求交，剪裁位于剪裁边界外的图形，保留所需要的部分。剪裁边界通常是矩形窗口，也可是任意的多边形。另外，字符是一种特殊的子图形，因此，它具有一般线段和多边形剪裁的共性，也有自身特殊性。

第六章 几何造型系统

一、学习要求

本章要求学生学习：空间几何元素的定义，线框、曲面、实体、非流行形体造型，装配造型。

本章要理解的内容：

1、空间几何元素包括内容

2、机械产品设计的标准化、通用化、模块化要求

3、CAD/CAM应用软件开发应遵循的原则

4、机械CAD/CAM应用系统的结构组成及其作业过程

本章掌握的内容：

1、线框构造和曲面构造的概念和应用

2、实体构造包括的内容和实现的功能，以及在工业生产中的应用

3、实体造型的三种数据结构

4、装配造型的具体功能、应用

二、课程内容

1、空间几何元素的定义

几何造型中，任何复杂形体都是由基本几何元素构造而成的。几何造型通过对几何元素的各种变换处理和集合运算产生所需要的几何模型。主要掌握几何元素主要有：点、边、面、环、体、外壳、体素，由以上的几何元素可定义形体的层次结构。

2、线框、曲面、实体、非流行形体造型

线框造型是最早采用的几何造型方式，至今仍在广泛应用。曲面造型主要用于复杂构造的曲面。实体造型构造的模型称为实体模型，是在产品三维建模过程中应用最为普遍的。重点掌握实体造型的功能，基本几何模型的建立，基于实体特征的造型。

3、装配造型

一般，CAD系统的装配模块将零件、装配和子装配集合到一起，可使设计人员识别单个零件、保存相关零件的过程数据、保存零件在装配体中的相互关系。通过装配体的树型结构，可方便的浏览各个需要的零件。装配模型的创建可以以多方式应用于产品设计，可对产品进行静力学、动力学仿真分析，预测或验证产品性能。

第七章 工程数据的计算机处理

一、学习要求

本章要求学生学习：数表的计算机处理技术、线图的计算机处理技术、数表的公式化处理技术。

本章要理解的内容：

1、工程数据的计算机处理的意义

2、编写处理工程数据的过程

3、最小二乘法拟合的基本思想

4、工程数据的文件处理

本章重点掌握的内容

1、数表程序化的方法

2、线图程序化的方法

3、线图公式化处理的方法

学会利用计算机，针对工程设计中不同数据的形式，采用适当的方式进行处理。

二、课程内容

1、概述

学会在CAD/CAM中，需要将相关资料先期以数据库或文件的形式加以管理，以便在设计时由计算机按要求自动检索和调用；或在程序编制过程中融于其中，将其程序化，随着程序的运行自动选择，加工处理。

了解工程数据的分类，处理工程数据时应该注意的问题。

2、数表的计算机处理技术

掌握数表和程序化，数表程序化是用程序完整准确地描述不同函数关系的数表，以便在运行过程中迅速有效地检索和使用数表中的数据。

理解数表文件化要注意的几个问题，数据资料的正确组织，选择适宜的文件组织方法，根据要存储数据的使用情况、数量大小选择建立顺序、索引或直接存取文件，正确录入数据，这是系统正确运行的前提，注意保存、备份数据文件。

3、线图的计算机处理技术

掌握一般线图的处理，工程手册中的线图可能来源于某已知的复杂理论公式，查阅其原始公式编程即可；

掌握复杂线图的处理，工程手册中的线图可能来源于经验数据制作出来，可采用经验公式处理，即通过曲线拟合建立经验公式的方法处理。

4、数表的公式化处理技术

掌握函数插值，线性插值、抛物线插值、拉格朗日插值；

理解函数拟合，建立拟合公式的方法、最小二乘法拟合的基本思想、最小二乘法多项式拟合、最小二乘法其他函数拟合。

5、工程数据的文件处理

了解数据的存储与管理，工程数据库介绍。

第八章 计算机辅助工艺规程设计

一、学习要求

本章要求学生学习：CAPP概念及意义、CAPP的基础技术、CAPP的分类及应用。

本章要理解的内容：

1、CAPP发展及分类

2、派生式CAPP系统的工作原理

3、创成式CAPP系统的工作原理

4、CAPP专家系统的工作原理

本章重点掌握的内容：

1、CAPP系统的基本组成

2、CAPP的系统原理

3、零件信息描述

4、工艺设计的决策方式

5、派生式、创成式CAPP系统的设计过程

二、课程内容

1、概述

了解CAPP的提出，CAD的结果能否有效地应用于生产实践，NC机床能否充分发挥效益，CAD与CAM能否真正实现集成，都与工艺设计的自动化有着密切的关系，于是，计算机辅助工艺规程设计（CAPP，Computer Aided Process Planning）就应运而生，并且受到愈来愈广泛的重视。

理解CAPP的概念及意义、CAPP的发展、CAPP系统的基本组成。

2、CAPP的基础技术

理解成组技术，成组技术原理，零件编码分类，成组技术的应用；

掌握零件信息描述，型面描述法，元（体）素描述法，从CAD数据库获取零件信息。

学会工艺设计的决策方式，将工艺知识用决策表或决策树的形式来表示。

3、CAPP的类型

（1）派生式CAPP系统

理解派生式CAPP系统的工作原理、派生式CAPP系统的设计过程、派生式CAPP系统的应用。

（2）创成式CAPP系统

理解创成式CAPP系统的工作原理、创成式CAPP系统的设计过程、创成式CAPP系统的应用。

4、CAPP专家系统

了解CAPP专家系统的工作原理、CAPP专家系统的建立过程。

第九章 计算机辅助制造技术基础

一、学习要求

本章要求学生学习：数控加工的基本概念、数控机床的组成及分类、数控编程技术。

本章要理解的内容：

1、数控加工的特点

2、数控机床的基本概念

3、数控编程的方法

4、数控系统类型及工作过程

本章重点掌握的内容：

1、数控编程内容和步骤

2、数控程序编制过程

3、数控语言及源程序的编写

二、课程内容

1、概述

理解计算机辅助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狭义和广义的两个概念。CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC编程、工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。这是最初CAM系统的狭义概念。到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。CAPP已被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订则划分给MRPⅡ/ERP系统来完成。CAM的广义概念包括的内容则多得多，除了上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。

了解数控加工、数控程序、数控加工过程的基本概念。

2、数控机床的基本概念

理解数控机床的组成、数控机床的分类、数控机床加工的特点、数控机床的选用。明确以下概念：

数控技术：指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术；

数控系统：指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统，它是数控技术的载体；

计算机数控系统（CNC）：指以计算机为核心的数控系统；

数控机床：是指应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。

开环进给伺服系统、半闭环进给伺服系统、闭环进给伺服系统、CNC准备功能、CNC插补功能、CNC辅助功能、前置处理、后置处理、手动编程、自动编程、机床原点、机床坐标系、工件原点、工件坐标系。

3、数控语言自动编程系统

掌握程序编制过程，数控语言及源程序的编写，数控编程的基本功能指令，数控程序的格式，数控系统的功能指令组成，基本功能指令及编程方法，数控语言自动编程，理解系统类型及工作过程，后置处理及DNS技术。

第十章 CAD/CAM集成与先进制造技术

一、学习要求

本章要求学生学习：CAD/CAM系统集成技术、CAD/CAM系统集成数据管理、产品数据交换标准、基于CIMS的系统集成

本章要了解的内容：

1、系统集成的必要性

2、系统集成的内容

3、系统集成的程度

4、系统集成的工程数据库

本章要理解的内容：

1、CAD/CAM系统集成的关键技术

2、PDM的基本概念

3、基于CIMS的系统集成概念

4、实现CIMS的关键技术

二、课程内容

1、概述

理解CAD/CAM系统集成是把CAD、CAPP、CAE、CAM等各种功能通过软件有机结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，以保证系统内信息流的畅通并协调各系统有效运行。

了解CAD/CAM系统集成技术的发展概况；

理解系统集成的必要性：提高设备的生产率和利用率，减少制品库存时间，加快资金流转；克服自动化“孤岛”。

理解系统集成的内容，系统集成方式：低集成度的CAD/CAM系统；中等集成度的CAD/CAM系统；高集成度的CAD/CAM系统。

2、CAD/CAM系统集成数据管理

了解集成系统的工程数据库，基于客户／服务器异构分布式数据库系统结构，产品数据交换标准；理解PDM的核心思想，PDM的定义，PDM系统的体系结构，PDM系统主要功能。

3、先进制造技术

了解CIMS产生的背景和基础，CIMS的定义，CIMS对信息技术和制造业的促进，CIMS的组成与体系，CIMS的特征与内涵，并行工程，并行工程的关键技术，虚拟制造技术基本概念。

第十一章 Solidworks三维设计软件

一、学习要求

本章要求学生学习：Solidworks2006辅助零件设计、Solidworks2006软件辅助装配体设计、Solidworks2006软件辅助工程图设计。

本章要理解的内容：

1、Solidworks2006软件的特点

2、Solidworks2006术语、窗口特点，比如工具条，菜单和视图等

3、特征管理器的设计树等

4、草图几何关系操作

5、各种几何基准

6、零件的特征管理

本章重点掌握的内容：

1、Solidworks2006软件基本操作，工作环境设置

2、草图绘制、编辑方法

3、特征建模方法

4、Solidworks2006零件设计方法

5、Solidworks2006装配体设计方法

6、Solidworks2006工程图设计方法

二、课程内容

1、概述

了解Solidworks2006软件入门，Solidworks2006软件的特点，Solidworks2006软件用户界面，Solidworks2006软件的选项设置，Solidworks2006软件应用的基本流程。

2、草图绘制

学会草图绘制的基本知识：进入草图绘制，退出草图绘制；

掌握草图绘制工具：绘制直线与中心线，绘制圆，绘制圆弧，绘制矩形，绘制平行四边形，绘制多边形，绘制椭圆，绘制抛物线，绘制样条曲线，绘制草图文字；

理解草图编辑工具：绘制圆角，绘制倒角，草图剪裁，草图延伸，镜向草图，线性草图阵列，圆周草图阵列，移动、复制、旋转、缩放草图，几何关系约束。

3、特征建模

理解定位特征：基准面，基准轴，参考点，坐标系；

掌握基于草图的基础特征：拉伸，旋转，扫描，放样；

掌握基于草图的附加特征：倒角，圆角，抽壳，筋。

4、Solidworks2006零件设计

掌握机座设计，传动轴设计，盘形零件设计；

理解零件的特征管理。

5、Solidworks2006装配体设计

掌握装配体基本操作：新建装配体文件，插入零部件，移动零部件，旋转零部件；

理解装配体配合方式：一般配合方式，重合、平行、垂直、相切、同轴心、距离、角度；

掌握装配体设计实例。

6、Solidworks2006工程图设计

理解工程图概述：新建工程图，指定图纸格式，用户图纸格式，设定工程图选项，设定图纸；

掌握建立工程视图：标准三视图，模型视图，投影视图，剖面视图，辅助视图，工程图操作。