计算机辅助设计及制造技术

前言

第1章计算机辅助设计技术1

1 1计算机辅助设计概述1

1 2CAD系统6

1 3CAD质量保证体系10

1 4用户界面设计11

1 5设计资料管理19

1 6图形基础31

思考题与习题36

第2章三维几何建模技术37

2 1几何建模方法37

2 2图形输入42

2 3机械零件的特征建模43

2 4SolidWorks三维设计70

思考题与习题92

第3章计算机辅助工艺设计93

3 1计算机辅助工艺设计的概念93

3 2计算机辅助工艺设计的步骤96

3 3成组技术97

3 4半创成式CAPP系统102

3 5人工智能技术106

3 6网络化CAPP系统110

3 7网络CAPP系统的实例114

3 8开目CAPP125

思考题与习题139

第4章计算机辅助制造技术140

4 1计算机辅助制造概述140

4 2CAM的支撑系统146

4 3数控加工技术149

4 4网络化CAM实例168

4 5CimatronNC174

思考题与习题193

第5章产品数据管理技术194

5 1产品数据管理概述194

5 2PDM系统的体系结构及功能204

5 3PDM在现代企业中的作用207

5 4产品结构配置209

5 5工作流程管理212

5 6产品生命周期管理217

5 7PDM的实施218

5 8产品数据管理开发实例220

5 9开目PDM232

思考题与习题263

参考文献264 2100433B

该书是根据中国机械工程学会《见习机械设计工程师资格认证实施细则)的规定与要求而编写的。全书共分5章，包括计算机辅助设计技术、三维几何建模技术、计算机辅助工艺设计、计算机辅助制造技术和产品数据管理技术等内容。书中介绍了实现制造业企业信息化的主要应用技术基础，并介绍了国内外相关领域著名的软件产品，提供了部分典型应用案例。本书内容从理论到实践，注重应用，循序渐进。具有系统性、新颖性、实用性等特点。该书作为见习机械设计工程师资格考试培训教材，可用于高等工科院校学生学习计算机辅助设计及制造技术课程的教材，也可供工程技术人员参考使用。

计算机辅助设计和制造的技术基础有4个方面。

应用计算机辅助设计和制造技术时，飞行器部件的几何外形要用数学表达式来表示，称为外形数学模型。为适应电子计算机计算和探索适用的外形数学模型，建立了计算几何学学科。常用的描述外形的数学方法有分段二次曲线、参考样条曲线和曲面、孔斯曲面、贝齐埃曲面和 B－样条曲面等。

包括图形显示的硬件技术、基本软件和各种算法。它们是实现交互式设计的必备工具。可以生成各种图形和字符，将图形放大、缩小、平移、旋转、修改、消除隐藏线、产生明暗度和色调等。

在飞行器的设计和制造过程中，用户在数据库中存取信息，实现数据的统一管理和传递。数据库系统除计算机外存贮器（磁盘、磁带）中的大量相互关联的数据外，还包括处理数据的软件以及支持这些软件的硬件。数据库的管理系统是数据库系统软件的核心部分。

应用数控技术可直接调用设计阶段形成的数字信息，经过处理后用来控制机床和其他加工设备，加工出所需的零件。数控技术不仅用于加工，也用于绘图、测量、弯管、钻孔和铆接等。2100433B

《逆向工程及智能制造技术》是化学工业出版社出版图书。

逆向工程及智能制造技术

• 出版社： 化学工业出版社

• ISBN：9787122359520

• 版次：1

• 商品编码：12660599

• 品牌：化学工业出版社

• 包装：平装

• 开本：16开

• 出版时间：2020-05-01

• 用纸：胶版纸

• 页数：209

• 正文语种：中文

内容简介

本书围绕逆向工程及智能制造技术,重点介绍以数据点云语义特征理解和几何特征生成为手段还原产品设计意图,基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术及其在智能制造领域的应用。首先综述了逆向工程的概念、CAD建模方法、建模技术及在智能制造中的应用;其次阐述了逆向工程的工作流程、软硬件平台;再次介绍了基于变量化设计的逆向工程CAD建模框架及关键技术:数据点云测量及预处理、基于多尺度分析的截面特征提取、曲面特征提取、约束驱动的特征模型优化重建;最后给出了逆向工程在创新设计、数控加工、3D打印及再制造等智能制造领域的应用。

本书可供从事计算机辅助几何设计、计算机视觉、机器视觉、数字化设计与制造等领域研究的科研人员以及从事计算机集成制造行业的企业界科技工作者阅读,也可作为高等院校机械工程、自动化及计算机应用等专业高年级本科生和研究生的参考用书。

目录

第1 章绪　论1

1.1　逆向工程技术　/ 2

1.1.1　逆向工程的概念　/ 2

1.1.2　CAD 建模方法　/ 4

1.1.3　逆向工程CAD 建模方法　/ 5

1.1.4　逆向工程CAD 建模技术　/ 9

1.2　逆向工程在智能制造中的应用　/ 15

1.2.1　智能制造　/ 15

1.2.2　逆向工程技术在智能制造中的应用　/ 16

第2 章逆向工程的技术基础19

2.1　逆向工程技术的工作流程　/ 20

2.2　逆向工程的硬件平台　/ 22

2.2.1　数据采集设备　/ 22

2.2.2　加工制造设备　/ 26

2.3　逆向工程的软件平台　/ 27

2.3.1　数据采集与分析软件　/ 27

2.3.2　专用的逆向造型软件　/ 29

2.3.3　CAD 建模软件　/ 31

2.3.4　逆向工程在智能制造中的应用软件　/ 34

第3 章基于变量化设计的逆向工程CAD 建模39

3.1　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模理论方法　/ 40

3.1.1　变量化设计造型方法　/ 40

3.1.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的提出　/ 41

3.1.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模的优势　/ 42

3.2　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模系统框架　/ 43

3.2.1　逆向工程CAD 建模的特征分析　/ 43

3.2.2　逆向工程CAD 建模的约束分析　/ 44

3.2.3　系统框架　/ 46

3.3　基于变量化设计的逆向工程CAD 建模关键技术　/ 48

3.3.1　数据点云预处理　/ 48

3.3.2　特征提取和特征间约束识别　/ 49

3.3.3　特征拟合　/ 51

3.3.4　基于图论的约束分解　/ 52

3.3.5　优化数值求解　/ 53

第4 章数据测量及预处理55

4.1　数据测量　/ 56

4.1.1　数据点云的分层　/ 58

4.1.2　数据点云的分析　/ 59

4.2　脉冲噪声自适应检测和滤除　/ 60

4.2.1　基于全局统计特性分析的粗检测　/ 61

4.2.2　自适应弦偏差脉冲噪声检测　/ 62

4.2.3　脉冲噪声的自适应滤除　/ 63

4.2.4　实例分析　/ 64

4.3　基于3D 邻域随机噪声滤波　/ 66

4.3.1　激光扫描数据点云的相关性分析　/ 66

4.3.2　激光扫描数据3D 邻域　/ 69

4.3.3　模糊加权均值滤波　/ 70

4.3.4　基于3D 邻域随机噪声滤波的算法步骤　/ 71

4.3.5　实例分析　/ 71

4.4　基于数据增强的多视点云匹配　/ 77

4.4.1　基于分层连通区域的点云数据增强　/ 77

4.4.2　基于同态滤波的点云数据增强　/ 82

4.4.3　增强点云数据的SIFT 特征匹配　/ 85

4.5　基于局部统计特性的数据精简　/ 92

4.5.1　激光扫描数据点云的区域类型确定　/ 92

4.5.2　激光扫描数据的精简　/ 93

4.5.3　实例分析　/ 95

第5 章基于多尺度分析的截面特征提取97

5.1　多尺度分析的提出　/ 98

5.2　基于多尺度分析的截面特征分割　/ 101

5.2.1　曲率尺度空间理论　/ 101

5.2.2　尺度因子的确定　/ 102

5.2.3　多尺度特征点融合　/ 103

5.2.4　基于曲率尺度空间的截面特征分割　/ 105

5.2.5　实例分析　/ 105

5.3　基于多尺度分析的区域分割法　/ 108

5.3.1　种子区域选择　/ 108

5.3.2　种子区域增长方式和标准　/ 108

5.3.3　基于多尺度分析的种子增长算法　/ 109

5.3.4　实例分析　/ 110

5.4　截面曲线特征类型识别　/ 110

5.4.1　特征支撑区域　/ 111

5.4.2　基于面积的投影高度函数　/ 111

5.4.3　基于投影高度函数的曲线特征识别　/ 112

5.4.4　圆锥曲线特征识别　/ 113

5.5　截面曲线特征拟合　/ 115

5.5.1　直线和圆弧拟合　/ 115

5.5.2　圆锥曲线拟合　/ 117

5.5.3　自由曲线拟合　/ 119

第6 章曲面特征提取121

6.1　基于截面轮廓的曲面特征分割方法　/ 122

6.2　基于截面特征相似性度量的曲面特征分割　/ 123

6.2.1　形状描述　/ 124

6.2.2　相似性度量函数　/ 125

6.2.3　基于截面特征的相似性度量准则　/ 126

6.2.4　实例　/ 128

6.3　基于Curvelet 变换的曲面特征提取　/ 129

6.3.1　第二代离散Curvelet 变换理论　/ 129

6.3.2　基于Curvelet 变换的数据点云分析　/ 131

6.3.3　数据点云边缘增强　/ 132

6.3.4　曲面特征提取　/ 132

6.4　曲面特征识别　/ 133

6.4.1　规则曲面特征识别　/ 134

6.4.2　自由曲面造型特征识别　/ 136

6.4.3　过渡曲面特征识别　/ 137

6.4.4　自由曲面特征识别　/ 138

6.5　曲面特征拟合　/ 139

6.5.1　规则曲面特征拟合　/ 139

6.5.2　自由曲面造型特征拟合　/ 143

6.5.3　自由曲面拟合　/ 144

6.5.4　过渡曲面拟合　/ 145

第7 章基于约束驱动的特征模型优化重建147

7.1　基于图的几何约束分解　/ 148

7.1.1　有向约束图表示　/ 149

7.1.2　几何约束图的DSM 矩阵　/ 150

7.1.3　基于DSM 的耦合约束消除　/ 150

7.1.4　基于多尺度特征的几何约束凝聚算法　/ 152

7.1.5　实例分析　/ 154

7.2　特征模型优化的数值求解　/ 157

7.2.1　约束的数学表示　/ 157

7.2.2　数学模型的建立　/ 159

7.2.3　特征模型优化数值求解　/ 160

7.2.4　实例分析　/ 163

7.3　CAD 模型重建　/ 164

7.3.1　CAD 模型重建的基本步骤　/ 165

7.3.2　实例分析　/ 165

第8 章面向智能制造的逆向工程应用169

8.1　逆向工程在创新设计中的应用　/ 170

8.1.1　基于形态特征的逆向创新设计　/ 170

8.1.2　应用实例　/ 171

8.2　逆向工程在数控加工中的应用　/ 174

8.2.1　复杂自由曲面模型逆向设计及数控加工　/ 174

8.2.2　机器人腕关节模型重构及数控加工　/ 178

8.3　逆向工程在3D 打印中的应用　/ 183

8.3.1　FDM 式3D 打印机　/ 183

8.3.2　复杂曲面优化设计及3D 打印　/ 184

8.3.3　曳引机壳拓扑结构优化设计及3D 打印　/ 189

8.4　逆向工程在再制造中的应用　/ 195

8.4.1　逆向工程辅助废旧零部件再制造　/ 196

8.4.2　应用实例　/ 197

参考文献200

智能制造技术及装备研发