【正文】 復(fù)精度、步距、筆型（單色、多色）等。由于顯示器分辨率并不影響圖形輸出到自動(dòng)繪圖機(jī)上的繪圖精度，而且一般圖形顯示系統(tǒng)的支撐軟件大多具有能在顯示圖形中截取部分圖形，進(jìn)行縮小或放大，以及可使圖形在顯示器上平移的功能，因而不必盲目追求圖形顯示系統(tǒng)的高分辨率，以導(dǎo)致設(shè)備成本提高。 圖2—3采用掃描儀的圖形輸入系統(tǒng)其他圖形輸人設(shè)備，如光筆、操縱桿、跟蹤球等，一般均與專用CAD 系統(tǒng)一起配置。數(shù)字化儀可以實(shí)現(xiàn)“指點(diǎn)操作”、“點(diǎn)菜單”、“徒手作圖”功能。光標(biāo)的位移與鼠標(biāo)器的相對(duì)移動(dòng)有關(guān)而與其絕對(duì)位置無關(guān)。( 2 ）鼠標(biāo)器：鼠標(biāo)器主要用來控制顯示屏上的光標(biāo)位置。因此，圖形的輸人設(shè)備占有重要的地位。三、 圖形輸人設(shè)備在CAD 作業(yè)過程中，常需輸人產(chǎn)品設(shè)計(jì)初始方案的結(jié)構(gòu)與圖形，以及建立常用零部件標(biāo)準(zhǔn)圖形庫。3 ）光盤。軟盤有3 .5in 的軟盤、優(yōu)盤等。硬盤存儲(chǔ)容量大，可靠性高，存取速度比磁帶快得多，可以作為隨機(jī)存取裝置，已成為CAD 系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備。( 2 ）磁盤：磁盤分為硬盤、軟盤、光盤三種。 CAD的硬件一、 主機(jī)二、 外存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱外存）外存分為以下幾種：( 1 ）磁帶： 磁帶工作可靠、價(jià)格低廉，但在其上記錄的信息只能順序存放，因而存取某些信息時(shí)往往要卷帶及倒帶，影響存取速度。迄今已制定了不少標(biāo)準(zhǔn)，例如面向圖形設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)CGI ，面向用戶的圖形標(biāo)準(zhǔn)GKS 和PHIGS，面向不同CAD 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IGES 和STEP ，此外還有窗口標(biāo)準(zhǔn)等。例如設(shè)計(jì)知識(shí)模型的表示與建模、知識(shí)利用中的各種搜索與推理方法、知識(shí)獲取、工具系統(tǒng)的技術(shù)等。只有在新的理論指導(dǎo)下才可能建立新一代的智能CAD 系統(tǒng)，才能解決目前還不能有效解決的方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等問題。例如并行設(shè)計(jì)的理論、大規(guī)模定制設(shè)計(jì)的理論、概念設(shè)計(jì)的理論、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論等。因此將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)技術(shù)，與傳統(tǒng)CAD 技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化CAD 系統(tǒng)是機(jī)械CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而在設(shè)計(jì)活動(dòng)中存在另一類符號(hào)推理型工作，包括方案構(gòu)思與擬定、最佳方案選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、決策以及參數(shù)選擇等。(2）提供網(wǎng)上多種CAD 應(yīng)用服務(wù)，例如設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)沖突檢測(cè)與消解、網(wǎng)上虛擬裝配等工具。2 ．網(wǎng)絡(luò)化 因特網(wǎng)及Web 技術(shù)的發(fā)展；迅速將設(shè)計(jì)工作推向網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的模式，因此，CAD 技術(shù)必須在以下幾個(gè)方面提高水平：(1）能夠提供基于因特網(wǎng)的完善的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境。應(yīng)繼續(xù)改進(jìn)與提高PDM 軟件性能，有效管理與產(chǎn)品相關(guān)的所有數(shù)據(jù)以及與產(chǎn)品相關(guān)的所有過程。除了提供按目前已有的交換規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)所開發(fā)的中性交換文件及其接口（如DXF, IGES,STEP文件）外，還需要發(fā)展新的交換思想和規(guī)范。必須提供針對(duì)產(chǎn)品全生命周期的統(tǒng)一的產(chǎn)品模型，該模型應(yīng)該符合某種標(biāo)準(zhǔn)或者規(guī)范，其內(nèi)容應(yīng)該包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀、設(shè)計(jì)過程以及設(shè)計(jì)所用的知識(shí)；在建模技術(shù)上，應(yīng)該能提供性能優(yōu)良的特征建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)、變量化設(shè)計(jì)等方法。由于設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開發(fā)的首要環(huán)節(jié)，因此，CAD 信息處于產(chǎn)品生命周期中信息鏈的源頭。 圖13 并行工程工作模式1 ．集成化在一個(gè)由多種軟件組成的復(fù)雜系統(tǒng)中，例如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程(CE)等，集成的含義有多種，一般有功能集成、信息集成、過程集成及動(dòng)態(tài)聯(lián)盟中企業(yè)的集成。包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度及用戶需求。（例：出圖快）概念二：CE(Concurrent Engineering)并行工程是一種系統(tǒng)集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程，包括制造及相關(guān)過程。 從七十年代至今是CAD技術(shù)高速發(fā)展的階段，由于超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)成本大幅度下降，圖形設(shè)備迅速向優(yōu)質(zhì)價(jià)廉方向發(fā)展，這就給CAD技術(shù)帶來巨大的動(dòng)力，CAD系統(tǒng)的功能不斷增強(qiáng)，價(jià)格迅速下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，逐漸普及到了一般工程和建筑設(shè)計(jì)之中，并且在圖案、紡織品、服裝設(shè)計(jì)、電視節(jié)目動(dòng)畫模擬和印刷等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。起源：如果我們真正尋找CAD技術(shù)的起源，該系統(tǒng)第一次允許設(shè)計(jì)人員使用光筆和顯示屏交互操作計(jì)算機(jī)圖形，初步在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了圖形的直接輸入.發(fā)展：六十年代初，由于計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格昂貴的原因，首批CAD系統(tǒng)的用戶都是一些大的汽車、飛機(jī)公司，例如：美國(guó)的通用汽車公司，波音公司等。一、CAD的起源及發(fā)展到目前為止，CAD技術(shù)的發(fā)展已有四十多年的歷史。 CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用CAD 技術(shù)推動(dòng)了幾乎一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，無論是軍事工業(yè)還是民用工業(yè)，無論是加工制造業(yè)（如機(jī)械、電子、輕紡產(chǎn)品等）還是其他工業(yè)，甚至文體、影視、廣告制作等行業(yè)都離不開CAD 技術(shù)。該圖左邊是工程數(shù)據(jù)庫，構(gòu)成了信息交換與集成的基礎(chǔ)，右邊列出了所需軟件的種類。CAPP 的功能是進(jìn)行零件加工工藝路線及工序的編制，它的作用除了為生產(chǎn)調(diào)度及控制提供信息外，也為NC 自動(dòng)編程提供所需信息。二、機(jī)械CAD過程現(xiàn)在的CAD 過程往往與計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和數(shù)控編程（NC）連在一起，形成集成的CAD/CAM系統(tǒng),如圖1 一2 所示。由此可見，機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)“設(shè)計(jì)一評(píng)價(jià)一再設(shè)計(jì)”的反復(fù)迭代、不斷優(yōu)化的過程，在人工設(shè)計(jì)情況下，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。圖11 機(jī)械設(shè)計(jì)過程詳細(xì)設(shè)計(jì)的終結(jié)并不意味著最終獲得了一個(gè)好的設(shè)計(jì)。( 2 ）初步設(shè)計(jì)：從一組可行的原理方案中選一優(yōu)化方案，繪制總布置草圖，確定各部件基本結(jié)構(gòu)和形狀，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)的分析計(jì)算與優(yōu)化。機(jī)械設(shè)計(jì)過程如圖所示?？梢院?jiǎn)單地表述如下：計(jì)算機(jī)繪圖不是CAD 的全部?jī)?nèi)涵，但它是CAD 技術(shù)的基礎(chǔ)之一；CG 是一門獨(dú)立的學(xué)科，有自己豐富的技術(shù)內(nèi)涵，它與CAD 有明顯區(qū)別，但它的有關(guān)圖形處理的理論與方法構(gòu)成了CAD 技術(shù)的重要基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)繪圖的內(nèi)涵：計(jì)算機(jī)繪圖是使用圖形軟件和計(jì)算機(jī)硬件進(jìn)行繪圖及有關(guān)標(biāo)注的一種方法和技術(shù)，它以擺脫繁重的手工繪圖為主要目標(biāo)。這就是說，計(jì)算機(jī)繪圖目前已作為一種成熟的技術(shù)，用軟件方式提供給千千萬萬的普通用戶，不要求這些用戶通曉理論和算法，只需掌握軟件功能及所要求的操作技能，就能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)繪圖的目的。（4） 實(shí)際應(yīng)用中的圖形處理問題：涉及廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，如統(tǒng)計(jì)管理、測(cè)量、生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、模擬與動(dòng)畫、美術(shù)、辦公自動(dòng)化等。（3） 圖形處理的理論與方法：如幾何元素和圖形的生成方法、實(shí)體表示理論與拼合算法、圖形變換、圖形的消隱與裁剪、真實(shí)感圖形生成等。CG 的研究?jī)?nèi)容有以下四個(gè)方面：（1） 硬件：指圖形輸人設(shè)備、圖形處理設(shè)備、圖形顯示設(shè)備和圖形繪制設(shè)備。(6) 基于web 的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)。(5) 界面開發(fā)技術(shù)。(4) 文檔處理技術(shù)。(3) 數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)交換技術(shù)。(2) 工程分析技術(shù)?，F(xiàn)在CAD 技術(shù)已不僅僅用于自動(dòng)繪圖或三維建模，而已成為一種廣義的、綜合性的關(guān)于設(shè)計(jì)的新技術(shù)，它涉及以下基礎(chǔ)技術(shù)：(1) 圖形處理技術(shù)。注意： 1）CAD中D最先代表那個(gè)詞； 2）計(jì)算機(jī)繪圖的方式：交互式繪圖、被動(dòng)式繪圖； 3）CAD技術(shù)和CAD系統(tǒng)的概念?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段，作為一門多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)，CAD 技術(shù)就是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及手段的綜合體現(xiàn)。目錄第一章 CAD技術(shù)概述 3 有關(guān)CAD方面的知識(shí) 3 機(jī)械設(shè)計(jì)過程與機(jī)械CAD過程比較 4 CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 6 第二章 機(jī)械CAD系統(tǒng)的組成 9 CAD的硬件 9 機(jī)械CAD系統(tǒng)的軟件 12第三章 工程手冊(cè)的數(shù)據(jù)處理 17 數(shù)表的程序化 17 一元函數(shù)插值 23 線圖的程序化 25 建立經(jīng)驗(yàn)公式的方法 26 MATLAB語言簡(jiǎn)介 29第四章 圖形變換 53 圖形變換的方法 53 點(diǎn)的變換 53 變換的矩陣表示 54 二維圖形變換 55 二維圖形基本變換 55 二維圖形變換舉例 57 三維圖形變換 64 三維圖形基本變換 65 三維圖形的正投影變換 69 齊次坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn) 71第五章 二維幾何建模方法 71 交互幾何建模 71 參數(shù)化幾何建模 72 形狀特征拼合法幾何建模 73 形狀特征的概念與確定 73 形狀特征拼合法的編程實(shí)現(xiàn) 75第六章 三維產(chǎn)品建模技術(shù) 75 三維幾何造型技術(shù) 75 幾何造型概述 75 三維幾何造型系統(tǒng)的三種模型 76 兩種實(shí)用幾何造型軟件簡(jiǎn)介 81 AutoCAD幾何造型簡(jiǎn)介 81 Solid Edge參數(shù)化特征造型簡(jiǎn)介 82 特征建模技術(shù) 82 特征建模概述 82 特征定義 83第七章 AutoCAD的定制和二次開發(fā) 83 模板文件(擴(kuò)展名為dwt） 83 AutoLISP語言 83 AutoLISP語言簡(jiǎn)介 83 AutoLISP語言應(yīng)用舉例 84 定義菜單、工具欄 84 菜單文件的結(jié)構(gòu) 85 萊單開發(fā)的方法 86 下拉菜單設(shè)計(jì) 86 圖標(biāo)菜單的設(shè)計(jì) 88 工具欄設(shè)計(jì) 90 形（SHAPE）和塊（BLOCK） 90 90 圖塊 93 SCRIPT（腳本）文件 93 關(guān)于SCR文件 93 SCR文件應(yīng)用舉例 94 DXF圖形交換文件 94 圖形數(shù)據(jù)交換技術(shù) 94 DXF文件結(jié)構(gòu) 94 用C語言定義新的函數(shù)和命令 97 97第一章 CAD技術(shù)概述 有關(guān)CAD方面的知識(shí)一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是指根據(jù)使用要求確定產(chǎn)品應(yīng)具備的功能，構(gòu)思產(chǎn)品的工作原理、總體布局、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞、結(jié)構(gòu)形式、產(chǎn)品形狀、色彩、材質(zhì)、工藝、人機(jī)工程等事項(xiàng)，并轉(zhuǎn)化為工程描述（圖樣、設(shè)計(jì)文件等），以此作為制造的依據(jù)。因此，設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的生命，也是產(chǎn)品制造的前提和基礎(chǔ)。二、 CAD技術(shù)CAD（Computer Aided Design）是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)有力的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力，輔助進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析的理論和方法，是綜合了計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程設(shè)計(jì)方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學(xué)科，一般更多地稱CAD技術(shù)。CAD 技術(shù)把產(chǎn)品的物理模型轉(zhuǎn)化為存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)字化模型從而為后續(xù)的工藝、制造、管理等環(huán)節(jié)提供了共享的信息源。如二維交互圖形技術(shù)、三維幾何造型技術(shù)及其他圖形輸入輸出技術(shù)。如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、物理特性計(jì)算（如面積、體積、慣性矩等計(jì)算）、模擬仿真以及各行各業(yè)中的工程分析等。如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM ）、數(shù)據(jù)庫、異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換和接口等。如文檔制作、編輯及文字處理等。如圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)用戶界面、多通道多媒體智能用戶界面等。三、CG計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG ）的內(nèi)涵：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的科學(xué)。（2） 圖形軟件設(shè)計(jì)：如二維繪圖系統(tǒng)、三維造型系統(tǒng)、動(dòng)畫制作系統(tǒng)、真實(shí)感圖形生成系統(tǒng)等。近年來，CG 向更深的方向發(fā)展，出現(xiàn)了分布式圖形處理、聲像一體化、虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體技術(shù)以及科學(xué)計(jì)算可視化等高新理論與技術(shù)。四、計(jì)算機(jī)繪圖計(jì)算機(jī)繪圖是CG 中涉及工程圖形繪制的一個(gè)分支，可將它看成一門工程技術(shù)，它為千百萬人以軟件操作方式繪制圖樣提供服務(wù)。值得指出的是：不應(yīng)該將CAD 與計(jì)算機(jī)繪圖、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)混淆起來。五、CAD、CG和計(jì)算機(jī)繪圖之間的關(guān)系從以上對(duì)CAD 、及CG及計(jì)算機(jī)繪圖 的敘述可以看出它們?nèi)咧g是有區(qū)別的，但聯(lián)系非常密切。 機(jī)械設(shè)計(jì)過程與機(jī)械CAD過程比較一、 機(jī)械設(shè)計(jì)過程機(jī)械設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、裝配、銷售和使用整個(gè)生命周期中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)樗鼘?duì)產(chǎn)品性能的影響通常占80 ％。設(shè)計(jì)一般經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：( 1 ）概念設(shè)計(jì)：通過調(diào)查研究、資料收集，仔細(xì)分析用戶需求，在此基礎(chǔ)上確定產(chǎn)品功能，進(jìn)而構(gòu)思方案，進(jìn)行分析與論證，最后獲得一組可行的原理性方案。( 3 ）詳細(xì)設(shè)計(jì)：確定設(shè)計(jì)對(duì)象的細(xì)部結(jié)構(gòu)，最終完成總布置圖和零、部件圖，并編寫技術(shù)文件。機(jī)械產(chǎn)品在經(jīng)歷了制造加工、樣機(jī)測(cè)試、批量生產(chǎn)以及銷售使用后，將返回大量信息，要依據(jù)這些信息再對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行不斷修改。因此，實(shí)現(xiàn)某種程度的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，就成為機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的迫切要求，正是在這樣的背景下產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。圖1—2 CAD/CAM系統(tǒng)工作流程圖圖1 一2 中一開始先根據(jù)市場(chǎng)需求確定產(chǎn)品的性能，然后用專家系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，由此再進(jìn)行幾何建模、工程分析、直到產(chǎn)生詳細(xì)的工程圖。NC自動(dòng)編程生成刀具加工軌跡并在屏幕上進(jìn)行加工仿真，檢查無誤后，經(jīng)后置處理生成加工代碼，在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工。CAM是利用計(jì)算機(jī)對(duì)制造過程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理和控制，一般來說包括工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和機(jī)器人編程等內(nèi)容。CAD 技術(shù)已成為衡量國(guó)家科技與工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，成為企業(yè)信息化的重要技術(shù)基礎(chǔ)，也是企業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的入場(chǎng)券。八十年代初，它已發(fā)展成為工程界實(shí)用的工具。同時(shí)一些大的電子公司也將計(jì)算機(jī)技術(shù)用于印刷電路設(shè)計(jì)之中，如：莫托洛拉公司。CAD系統(tǒng)發(fā)展過程：二維計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)、三維計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)、幾何造型系統(tǒng)、設(shè)計(jì)特性的自動(dòng)分析、設(shè)計(jì)和制造的集成系統(tǒng)(CAD/CAM系統(tǒng))二、CAD技術(shù)發(fā)展方向概念一：CIMS：一個(gè)對(duì)產(chǎn)品的初始構(gòu)思（更確切地講產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)查、訂貨開始）和設(shè)計(jì)、加工制造、直到產(chǎn)品最終裝配和出廠檢驗(yàn)的全過程是實(shí)行計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)叫計(jì)算機(jī)集成控制系統(tǒng)。這種方法可以使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就能