CAD/CAM的基本概念 CAD/CAM的组成与分类 CAD/CAM的硬件、软件系统 CAD/CAM系统软、硬件的选择 CAD/CAM功能预览

　　 CAD/CAM 即计算机辅助设计 (Computer Aided Design) 和计算机辅助制造 (Computer Aided Manufacturing) 。 CAD 指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。 CAM 有广义和狭义两种定义。广义 CAM 是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来过程中的各项活动，包括工艺过程设计 (Computer Aided

Process Plan ，简称 CAPP) 、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义 CAM 通常是指数控 (Numerical Control ，简称 NC) 程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及 NC 代码生成等。

CAD/CAM的基本概念

1 、系统的基本组成   所谓系统，是指为完成特定任务而由相关部件或要素组成的有机的整体。一个完整的 CAD/CAM 系统必须具备硬件系统和软件系统。

2 、  CAD/CAM系统的分类 按系统的拓扑结构（即根据 CAD/CAM 系统中采用的计算机

类型，外围设备以及它们之间的联系方式）可分为独立式和分布式。

独立式：按照所用计算机的不同又可划分为以下四种类型。即主机型、工程工作站、微机系统、基于网络环境。

分布式：也称网络分布式 CAD/CAM 系统，利用计算机技术及通讯技术将分布于各处的计算机以网络形式连接起来。网络上各个结点可以是普通微机，也可以是 SUN 、 HP 、 SGI 工作站等。网络上结点分布形式可以是星型分布、树型分布，也可以是环型分布、总线型分布。

   3 、 网络结构 系统的网络时常采用局域网（ Local Area Network ， LAN ）网上设备通过传输媒介 ( 管线 ) 相互传送信息。常见的有三种形式：星网、环网、总线网。 网络性能的好坏要看它的传输速度、它所支持的系统以及用什么网络协议。 网络协议：就是网上传输信息时所用的格式，必须采用的标准网络协议。最常用的就是 TCP/IP 协议，它能支持各种操作系统，如： UNIX 、 VMS 及

MS_DOS 。在 TCP/IP 基础上制定的网络文件系统 (NFS) 协议可使网络内用户具有透明的文件共享功能，可使不同结构、不同系统的计算机共同工作。

1 、  CAD/CAM的硬件系统 

硬件是一切可以触摸到的物理设备。硬件系统是实现系统各项功能

的物质基础，它由计算机、存储设备、显示设备、人机交互设备、输出设备及附加生产设备（ CAM 加工设备）等组成。

主要输入设备： 光笔、数字化仪、扫描仪、鼠标、键盘、手写板、定位指轮、操纵杆、跟踪球。

主要输出设备： 绘图机、打印机、立体显示器、 三维听觉环境系统、 生产系统设备。

2 、  CAD/CAM的软件系统

计算机是按照程序和数据进行工作的，相对于计算机及其外围设备而言，这些程序、数据及相关的文档就是软件。软件水平的高低直接影响到 CAD/

CAM 系统的功能，工作效率以及方便程度。根据系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为三个层次 :

定义 系统软件指使用、管理、控制计算机运行的操作系统及语言处理程序等的集合，是用户与计算机硬件的连接纽带。

功能 为用户使用计算机提供一个清晰，简洁，易于使用的友好界面； 尽可能使计算系统中的各种资源得到充分而合理的应用。

特点 通用性，不同领域的用户都可以和需要使用它，即多机通用和多用户通用； 基础性，系统软件是支撑软件和应用软件的基础。

系统组成 操作系统，编译系统，图形接口及接口标准。其中，操作系统是系统软件的核心，主要功能是处理机管理，存贮管理，设备管理，文件管理和作业管理。

发展趋势 开放性好和标准化程度高

流行软件 工作站的 RISC （精简指令系统计算机）体系结构， UNIX 操作系统，GKS 和 PHIGS 图形软件， X Window 、 Windows/NT 和Windows2000窗口系统等。

定义 是目前市场上供应的各种商品化 CAD ／ CAM 系统。是在系统软件基础上开发出来的满足 CAD 用户一些需要的通用软件或工具软件，是 CAD/CAM 系统的核心。

主要功能

CAD （二维绘图，三维线框、曲面、实体造型，真实感显示，特征设计）； CAE （有限元前、后置处理，运动机构造型，几何特性计算，静态、动态、热特性分析）； CAM （数控加工和测量编程，工艺过程设计）； 装配设计，钣金件展开和排样，加工尺寸精度控制，过程仿真和干涉检查，工程数据管理和技术文件签发系统等。

引进软件 Computer Vision ， Intergraph ， CATIA ， SDRC-IDEAS ， Unigraphics ， Euclid ， Applicon ， Pro ／Engineer ， DUCT ， Medusa ， CDC/ICEM ， CADAM ， Mastercam ， Calma ， Auto-trol ， Gerber

国内软件 北航 CAXA 、华中开目 CAD 等

定义 是用户解决实际总是而自行开发或委托开发的程序系统。它是在系统软件的基础上，或用高级语言编程，或基于某种支撑软件，针对特定的问题设计研制，既可为一个用户使用，也可为多个用户使用的软件。

分类 对 CAD 而言，按系统运动时设计人员介入的程度，以及系统的工作方式，可分为检索型，自动型，交互型，智能型。

开发应用软件应遵循的原则

? 使用方便、记忆最少原则、可以容忍的响应时间、灵活的提示信息、良好的工作方式、良好的出错处理

   1 、系统设计的总体原则 在 CAD/CAM 系统选型中应把握趋势、区分差异、合理

配 置、兼顾发展。掌握如下基本原则： 实用化原则 适度先进性原则 系统性原则 整体设计与分步实施原则

2 、硬件选用原则

系统功能 系统的开放性和可移植性 系统的升级扩展能力 系统的可靠性、可维护性与服务质量 良好的性能价格比

3 、软件选用原则 系统功能与能力配置 软件性能价格比 与硬件匹配性 二次开发能力与环境 开放性 可靠性

1.2.1 图形生成 1.2.2 图形的几何变换 1.2.3 几何变换的应用 1.2.4 复习思考题

计算机图形处理的任务就是在计算机内部完成图形生成、存储、变换以及图形的组合、分解和运算，通过图形显示器、绘图机或外设接口显示、输出图形。

1 、在计算机中表达图形的两种方法： （ 1）点阵法：即由构成图形的点阵来表示，点阵中的所有点都具有一定的灰度和色彩。通常我们把用点阵法生成的图形叫做像素图形，简称图像。

（ 2）参数法：通过在计算机内部记录图形的形状参数与属性参数来表达图形的一种方法。其中形状参数是指描述物体的形状和大小的参数。如线段的起点和终点等；属性参数是指颜色、线形等非几何属性。通常我们把用参数法描述的图形叫做参数图形，简称图形。

2 、坐标系 定量地描述物体的几何形状、大小和方位，必须使用坐标系。计算机图形学中主要使用笛卡儿直角坐标系。

坐标系分类： （ 1）世界坐标系（ World Coordinates System, 简称 WCS ） （ 2）设备坐标系（ Device Coordinates System, 简称 DCS ） （ 3）规范化设备坐标系（ Normedized Device Coordinates System, 简称 NDC

S） （ 4）造型坐标系（ MCS ） （ 5）观察坐标系（ VCS ） （ 6）虚拟设备坐标系（ VDCS ）

     3 、齐次坐标的概念  齐次坐标就是用 n+1维矢量来表示一个 n 维空间的位置矢量。如果将一个 n维空间位置矢量 Z=[ xxx… x] ，放到 n +1维空间表示为： [ ZZZ…ZH ], 使得：x=Z/H ， x=Z/H ， x=Z/H ，…， x=Z/H 。我们就称 [ ZZZ…ZH ] 是矢量 Z的齐次坐标，其中 H为一个不等于零的比例因子，当H=0 时，则表示一个 n 维空间的无穷远点。当H=1 时，则称为规范化齐次坐标。例如平面上点 P（ x ， y）的规范化齐次坐标就是（ x ， y， 1 ）。

图形变换就是指对图形的几何信息进行几何变换后产生新的图形。实际上图形变换就是图形中每个点的坐标变换。坐标变换后新的点集就构成了新的几何图形。

引入齐次坐标为几何图形的坐标变换提供了统一的矩阵运算方法。以便于计算机对二维、三维甚至高维空间的几何图形进行单一几何变换及复合变换。

二维齐次坐标变换矩阵的通式为： T=

三维齐次坐标变换矩阵的通式为 T=

      1.投影变换与工程三视图 投影到 xoy平面上的视图为主视图，投影变换矩阵为 T=

投影到 xoz平面上的视图为俯视图，投影变换矩阵为 T=

投影到 yoz平面上的视图为侧视图，投影变换矩阵为 T=

     2.透视变换 透视变换通过投影中心（或称视点）将三维物体投影到投影平面上，在投影平面上生成的二维图形称为透视图。透视变换亦称中心投影变换，当投影中心距投影面距离为无穷远时，透视变换为投影变换（平行投影变换）。

     3.窗口视图变换         1) 用户域和窗口区

2)屏幕域和视图区 3)窗口─视区变换