数字化设计与制造技术及应用PDF电子书下载

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第1章 数字化设计与制造技术概述 1

1.1 制造业发展概况 1

1.2 “中国制造2025”战略规划 2

1.3 数字化设计与制造技术概况 4

1.4 数字化设计与制造的内涵与体系 6

1.4.1 数字化设计技术 7

1.4.2 数字化分析技术 9

1.4.3 数字化工艺技术 10

1.4.4 数字化制造技术 11

1.4.5 CAD/CAM集成技术 12

1.4.6 产品数据管理技术 13

1.4.7 产品生命周期管理技术 13

1.5 CAD/CAM系统概况 13

1.5.1 CAD/CAM系统的硬件设备 14

1.5.2 CAD/CAM系统的软件体系结构 15

1.5.3 常用CAD/CAM软件系统 16

1.6 数字化设计技术发展历程 19

1.6.1 制造业市场竞争的发展概况 19

1.6.2 数字化设计与制造技术的发展历程 19

1.7 数字化设计与制造技术的发展趋势 23

第2章 数字化设计与制造基础技术 26

2.1 数字化产品开发技术 26

2.1.1 数字化产品开发过程 26

2.1.2 数字化设计与制造系统的内涵 27

2.2 数字化设计与制造系统的功能 29

2.3 参数化造型技术 32

2.3.1 尺寸驱动系统 33

2.3.2 变量设计系统 35

2.3.3 尺寸驱动系统与变量设计系统的比较 36

2.4 计算机图形处理技术 37

2.4.1 图形的概念 37

2.4.2 图形系统与图形系统标准 38

2.4.3 图形变换与处理 41

2.5 产品数据交换标准与接口技术 45

2.5.1 标准接口 46

2.5.2 业界接口 48

2.5.3 单一的专用接口 49

2.5.4 CAD软件数据交换的实现 49

第3章 产品数字化造型理论基础 51

3.1 产品模型与造型技术的基本概念 51

3.1.1 产品模型 51

3.1.2 几何造型技术 52

3.2 三维几何造型的理论基础 52

3.2.1 形体的定义 52

3.2.2 形体的几何信息和拓扑信息 53

3.2.3 正则形体 53

3.2.4 型体 55

3.2.5 布尔运算 55

3.3 几何造型方法 56

3.3.1 线框模型 56

3.3.2 表面模型 57

3.3.3 实体模型 59

3.4 实体造型方法 60

3.4.1 构造实体几何法 60

3.4.2 边界表示法 61

3.4.3 单元分解法 62

3.5 曲线描述基本原理 65

3.5.1 造型空间与参数空间坐标系统 65

3.5.2 曲线的数学描述方法 65

3.5.3 几何设计的基本概念 66

3.6 曲线设计 66

3.6.1 Bezier曲线 67

3.6.2 B样条曲线 69

3.7 曲面设计 72

第4章 参数化特征造型技术 74

4.1 特征造型 74

4.1.1 特征的定义 74

4.1.2 特征的分类 75

4.1.3 特征造型的特点 76

4.1.4 特征造型的基本方法 76

4.2 草图绘制 78

4.2.1 轮廓 78

4.2.2 轮廓的草绘 79

4.2.3 草图实体 79

4.2.4 草图的定义 80

4.2.5 草图绘制工具 81

4.2.6 参考几何体 81

4.2.7 草图设计中的动态导航技术 83

4.2.8 草图绘制的一般技巧 83

4.3 实体特征 84

4.3.1 基本特征 84

4.3.2 设计特征 86

4.3.3 特征阵列 88

4.3.4 特征复制 88

4.4 曲面造型 88

4.4.1 曲面生成 89

4.4.2 曲面编辑 91

4.4.3 利用曲面特征建立实体模型 92

4.5 装配造型 92

4.5.1 装配造型的基本概念 92

4.5.2 装配过程 93

4.5.3 在装配模式下建立零部件 94

4.5.4 装配造型的修改及装配信息 95

4.5.5 装配模型的场景模式 96

4.5.6 建立产品模型 96

4.6 生成工程图 97

4.6.1 环境设置 97

4.6.2 二维视图 99

4.6.3 尺寸及符号标注 102

第5章 产品数字化仿真技术 104

5.1 仿真概述 104

5.2 数字化仿真的基本步骤 105

5.3 数字化仿真软件的构成、现状与发展趋势 105

5.3.1 数字化仿真软件的基本结构与功能 106

5.3.2 数字化仿真软件的现状 108

5.3.3 数字化仿真软件的发展趋势 109

5.3.4 ANSYS软件 111

5.4 有限元分析原理与方法 114

5.4.1 有限元法的基本原理与分析方法 114

5.4.2 有限元分析中的离散化处理 116

5.4.3 单元分析 119

5.4.4 后置处理 121

5.5 CAE的应用 121

5.5.1 卡门涡街的数值模拟 121

5.5.2 应用结果与分析 124

5.6 数字样机技术 127

5.6.1 数字化功能样机 127

5.6.2 数字化多学科设计优化 128

5.7 数字化仿真实例 131

5.7.1 汽车碰撞、空气动力、NVH多学科设计优化 131

5.7.2 汽车多学科协同优化流程 131

5.7.3 汽车车身系统仿真 132

第6章 数字化制造技术 135

6.1 计算机辅助工艺设计 135

6.1.1 计算机辅助工艺设计技术概况 135

6.1.2 CAPP系统中的工艺决策与工序设计 143

6.1.3 CAPP的工艺数据库技术 150

6.1.4 CAPP系统的流程管理与安全模型 153

6.1.5 CAPP系统开发与应用实例 155

6.1.6 面向远程协同工艺设计的CAPP系统 159

6.2 数控加工技术 161

6.3 数控编程技术 161

6.3.1 数控机床的组成与工作原理 161

6.3.2 数控机床的坐标系统 162

6.3.3 NC编程 164

6.3.4 APT语言系统 173

6.4 常见的NC系统 179

6.4.1 数控系统的分类 179

6.4.2 CNC 180

6.4.3 DNC 181

6.4.4 STEP—NC 182

6.4.5 FMC 184

6.4.6 FMS 184

6.5 数控加工过程仿真 185

6.5.1 数控加工仿真系统的主要类型 185

6.5.2 基于UG和VERICUT的数控加工仿真技术 186

6.6 FANUC数控系统简介 187

6.7 SIEMENS数控系统简介 190

6.7.1 SINUMERIK 802D 190

6.7.2 SINUMERIK 810D 191

6.7.3 SINUMERIK 840D 191

6.8 EdgeCAM智能数控编程系统 192

6.8.1 适用加工范围 192

6.8.2 EdgeCAM智能数控编程系统的特点 193

第7章 虚拟现实技术 198

7.1 虚拟产品开发 198

7.2 虚拟现实概述 199

7.2.1 虚拟现实的概念 199

7.2.2 虚拟现实技术的发展 200

7.2.3 虚拟环境的结构及实现的关键技术 200

7.2.4 虚拟现实系统分类 202

7.2.5 增强现实系统 203

7.3 虚拟现实系统常见硬件设备 204

7.3.1 环境生成设备 204

7.3.2 跟踪技术 204

7.3.3 感知设备 205

7.3.4 基于自然方式的人机交互设备 206

7.4 常见的虚拟产品开发工具 207

7.4.1 Cult3D 207

7.4.2 Vega Prime 208

7.4.3 Unity3D 209

7.4.4 VRML 210

7.5 虚拟现实技术在数字化设计与制造中的应用 212

7.5.1 虚拟现实技术与虚拟设计 212

7.5.2 虚拟现实技术与虚拟装配 212

7.5.3 虚拟现实技术与虚拟产品 213

7.5.4 飞机部件装配生产线的虚拟仿真 213

7.6 产品虚拟原型技术 214

7.6.1 物理原型、数字原型与虚拟原型的概念 214

7.6.2 虚拟原型开发方法的特点 216

7.6.3 虚拟产品开发的意义 216

7.6.4 建立虚拟原型的主要步骤 217

7.7 ADAMS软件介绍及应用 217

7.7.1 ADAMS模块介绍 218

7.7.2 实例应用 223

第8章 逆向工程技术 227

8.1 逆向工程概述 227

8.1.1 逆向工程的概念 227

8.1.2 逆向工程与正向工程的区别 228

8.1.3 逆向工程技术的应用 229

8.1.4 逆向工程技术的发展趋势 231

8.2 数据采集技术 232

8.2.1 数据采集方法分类 232

8.2.2 接触式数据采集技术 234

8.2.3 非接触式数据采集技术 237

8.3 测量数据处理技术 244

8.3.1 数据预处理 244

8.3.2 多视数据的对齐和统一 247

8.3.3 数据分割 249

8.4 三维CAD模型重构 250

8.4.1 复杂自由曲面CAD模型重构技术 250

8.4.2 基于整个形体的实物反求CAD模型重构 253

8.4.3 模型精度评价及原始设计参数还原 254

8.5 基于三维光学扫描和Geomagic Studio的逆向工程实例 256

8.5.1 光学检测平台搭建 257

8.5.2 数据采集 258

8.5.3 Geomagic Studio概述 259

8.5.4 点阶段的数据处理 259

8.5.5 多边形阶段的处理 261

8.5.6 形状阶段的处理 263

第9章 增材制造（3D打印）技术 264

9.1 增材制造的技术原理 264

9.1.1 增材制造的概念与内涵 265

9.1.2 增材制造技术的发展历程 265

9.1.3 增材制造的基本工艺过程 266

9.1.4 增材制造技术的特点 267

9.2 增材制造的典型工艺技术 268

9.2.1 光固化成型 268

9.2.2 叠层实体制造 270

9.2.3 熔融沉积成型 272

9.2.4 选区激光烧结／熔化 273

9.2.5 送粉式激光融覆成型 274

9.2.6 黏结剂喷射成型 276

9.3 增材制造中的数据处理 277

9.3.1 数据格式 278

9.3.2 切片处理 280

9.3.3 扫描路径规划 282

9.3.4 添加支撑 283

9.3.5 成型方向 284

9.4 增材制造的应用领域 284

9.5 增材制造技术面临的挑战与发展趋势 286

9.5.1 问题和挑战 286

9.5.2 发展趋势 287

第10章 智能制造新模式及其应用 289

10.1 智能制造模式的发展背景 289

10.2 智能制造的基本概念 291

10.2.1 智能和智能系统 291

10.2.2 智能制造的定义 291

10.2.3 智能制造的内涵 292

10.2.4 智能制造技术 292

10.2.5 智能制造系统 293

10.3 智能制造的关键技术 293

10.4 智能制造新模式 295

10.5 数字化工厂与智能工厂 295

10.5.1 数字化工厂 295

10.5.2 智能工厂 296

10.6 精密高效传动件智能制造实例 298

参考文献 305

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