1、计算机辅助设计与制造（第二版）第第1章章 CAD概论概论 1.1 CAD的内涵、功能和任务的内涵、功能和任务 1定义：定义：CAD是是Computer Aided Design(计算机辅助设计算机辅助设计计)的简称。计算机辅助设计是将人和计算机的最佳特性的简称。计算机辅助设计是将人和计算机的最佳特性结合起来，辅助进行产品的设计与分析的一种技术，是综结合起来，辅助进行产品的设计与分析的一种技术，是综合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。学科。2CAD的功能：工程设计的过程包括设计需求分析、的功能：工程设计的过程包括设计需求分析、
2、概念设计、设计建模、设计分析、设计评价和设计表示，概念设计、设计建模、设计分析、设计评价和设计表示，CAD的功能就是在工程设计的过程中起相应的作用，如图的功能就是在工程设计的过程中起相应的作用，如图1-1所示。所示。图图1-1 CAD系统的功能系统的功能 (1)信息提供：信息提供：CAD系统一般都有图形库和数据库，并且系统一般都有图形库和数据库，并且可以通过网络与其它大型信息库相连，因此，在设计需求可以通过网络与其它大型信息库相连，因此，在设计需求分析阶段，设计师可以借助分析阶段，设计师可以借助CAD系统查询所需的市场需求系统查询所需的市场需求信息和各种与该产品设计制造有关的技术信息，从而对产
3、信息和各种与该产品设计制造有关的技术信息，从而对产品的功能、经济性和制造要求等方面的可行性作出科学的品的功能、经济性和制造要求等方面的可行性作出科学的估计。估计。(2)决策支持系统：在概念设计过程中，需要用到专家决策支持系统：在概念设计过程中，需要用到专家的知识、经验及创造性思维，应用人工智能中的专家系统的知识、经验及创造性思维，应用人工智能中的专家系统技术而建立的决策支持系统，可以很好地解决结构方案选技术而建立的决策支持系统，可以很好地解决结构方案选择等概念设计问题。择等概念设计问题。(3)几何造型：几何造型是用计算机及其图形系统描述几何造型：几何造型是用计算机及其图形系统描述物体形状，模拟
4、物体动态处理过程的一种技术。这种技术物体形状，模拟物体动态处理过程的一种技术。这种技术的采用，可以使设计师的感觉、空间想象能力和表现能力的采用，可以使设计师的感觉、空间想象能力和表现能力都得到延伸。都得到延伸。(4)工程分析：工程分析技术是工程分析：工程分析技术是CAD的基础技术，它包的基础技术，它包括有限元分析、优化设计方法、可靠性设计方法、物理特括有限元分析、优化设计方法、可靠性设计方法、物理特性计算（如体积、惯性矩等）、机械系统运动学和动力学性计算（如体积、惯性矩等）、机械系统运动学和动力学分析、计算机模拟仿真等。分析、计算机模拟仿真等。(5)评价决策：对设计的结果进行分析评价，判断其设
5、评价决策：对设计的结果进行分析评价，判断其设计是否满足设计的要求，若不满足设计要求，则须进行相计是否满足设计的要求，若不满足设计要求，则须进行相应的修改或进行再设计，直到满足设计要求为至。应的修改或进行再设计，直到满足设计要求为至。(6)图形和文字处理：利用图形支撑软件绘制工程图，图形和文字处理：利用图形支撑软件绘制工程图，将图形文件通过绘图机输出。利用文字编辑排版软件进行将图形文件通过绘图机输出。利用文字编辑排版软件进行设计文档制作，如工艺指导文件、设计说明书和产品说明设计文档制作，如工艺指导文件、设计说明书和产品说明书等。书等。3CAD技术的优越性：技术的优越性：(1)可以提高设计效率，缩
6、短设计周期，减少设计费可以提高设计效率，缩短设计周期，减少设计费用。用。(2)为产品最优设计提供了有效途径和可靠保证。为产品最优设计提供了有效途径和可靠保证。(3)便于修改设计。便于修改设计。(4)利于设计工作的规范化、系列化和标准化。利于设计工作的规范化、系列化和标准化。(5)可为计算机辅助制造和检测（可为计算机辅助制造和检测（CAM，CAT）提供）提供数据准备。数据准备。(6)有利于设计人员创造性的充分发挥。有利于设计人员创造性的充分发挥。利用利用CAD的目的就是实现某种程度的设计自动化，的目的就是实现某种程度的设计自动化，缩缩设计周期，降低设计成本，提高设计质量，获得较好的设计周期，降低
7、设计成本，提高设计质量，获得较好的经经济效益。济效益。CAD技术所产生的经济效益是十分可观的，美技术所产生的经济效益是十分可观的，美国科学院工程技术委员会对国科学院工程技术委员会对1986年的统计分析是：年的统计分析是：（1）降低工程设计成本）降低工程设计成本13%30%；（2）减少产品设计到投产的时间）减少产品设计到投产的时间30%60%；（3）产品质量的量级提高）产品质量的量级提高25倍；倍；（4）减少加工过程）减少加工过程30%60%；（5）降低人力成本）降低人力成本5%20%；（6）增加产品作业生产率）增加产品作业生产率40%70%；（7）增加设备的生产率）增加设备的生产率23倍；倍；
8、（8）增加工程师分析问题的广度和深度的能力）增加工程师分析问题的广度和深度的能力335倍倍4CAD的主要任务：的主要任务：(1)完成设计信息的计算机存贮和管理。完成设计信息的计算机存贮和管理。(2)开发工程设计的应用程序。开发工程设计的应用程序。(3)建立一个专用图形系统或利用一个通用图形系统，建立一个专用图形系统或利用一个通用图形系统，完成产品造型和工程图绘制等任务。完成产品造型和工程图绘制等任务。(4)将工程数据库、应用程序以及图形系统等部分有机将工程数据库、应用程序以及图形系统等部分有机地组成为一个完整的地组成为一个完整的CAD系统，以适应反复建立模型、评系统，以适应反复建立模型、评价模
9、型和修改模型这种设计过程的需要。价模型和修改模型这种设计过程的需要。1.2 CAD技术的发展技术的发展 1发展历程：发展历程：60年代是年代是CAD发展的起步时期。发展的起步时期。1962年美国学者年美国学者Ivan Sutherland研制出了名为研制出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改。从此掀起式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改。从此掀起了大规模研究计算机图形学的热潮，并开始出现了大规模研究计算机图形学的热潮，并开始出现CAD这一这一术语。术语。70年代，年代，CAD技术进入广泛使用时期。到技术进入广泛使用时期。到
10、70年代后期，年代后期，CAD技术在许多工业领域都得到了实际应用。技术在许多工业领域都得到了实际应用。80年代，年代，CAD技术进入突飞猛进时期。技术进入突飞猛进时期。90年代，年代，CAD技术的发展更趋成熟。技术的发展更趋成熟。2发展趋势：发展趋势：未来未来CAD技术的发展将趋向集成化、智能化、标准化和网络化。技术的发展将趋向集成化、智能化、标准化和网络化。(1)集成化。为适应设计与制造自动化的要求，特别是集成化。为适应设计与制造自动化的要求，特别是适应适应CIMS（Computer Integrated Manufacturing System，计算机集成制造系统）的要求，进一步提高计算机
11、集成制造系统）的要求，进一步提高CAD的集成化的集成化水平是水平是CAD技术发展的一个重要方向。将技术发展的一个重要方向。将CAD、CAM、CAPP（计算机辅助工艺编程）、（计算机辅助工艺编程）、NCP（数控编程）、（数控编程）、CAT（计算机辅助实验）、（计算机辅助实验）、PDM（产品数据管理）集成为（产品数据管理）集成为CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程），使设，计算机辅助工程），使设计、制造、工艺、数控编程、数据管理和测试工作一体化。计、制造、工艺、数控编程、数据管理和测试工作一体化。(2)智能化。传统的智能化。传统的CAD技术在工程设计中主要用
12、于计技术在工程设计中主要用于计算分析和图形处理等方面，对于概念设计、评价、决策及算分析和图形处理等方面，对于概念设计、评价、决策及参数选择等问题的处理却颇为困难，因为这些问题的解决参数选择等问题的处理却颇为困难，因为这些问题的解决需要专家的经验和创造性思维。因此将人工智能的原理和需要专家的经验和创造性思维。因此将人工智能的原理和方法，特别是专家系统的技术，与传统方法，特别是专家系统的技术，与传统CAD技术结合起来技术结合起来，形成智能化，形成智能化CAD系统是工程系统是工程CAD发展的必然趋势。发展的必然趋势。(3)标准化。随着标准化。随着CAD技术的发展，工业标准化问题越技术的发展，工业标准
13、化问题越来越显示出其重要性。迄今已制定了许多标准，例如：计来越显示出其重要性。迄今已制定了许多标准，例如：计算机图形接口算机图形接口CGI（computer graphics）、计算机图形文）、计算机图形文件标准件标准CGM（computer graphics metafile）、基于图形转）、基于图形转换规范换规范IGES（initial graphics exchange specification）和产）和产品数据转换规范品数据转换规范STEP（standard for the exchange of product model data）等。）等。(4)网络化。协同设计需要多学科专家的
14、协同工作，而网络化。协同设计需要多学科专家的协同工作，而实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。通过实现这一协作的基础就是计算机网络和多媒体技术。通过计算机网络，可以实现设计成员在设计过程中方便地进行计算机网络，可以实现设计成员在设计过程中方便地进行信息交流，而信息交换的方式可以是电子邮件和视频会议信息交流，而信息交换的方式可以是电子邮件和视频会议系统等系统等。1.3 CAD技术的应用技术的应用 1.3.1 电子工业电子工业 现在现在CAD技术在电子工业中的应用已经发展到高度集技术在电子工业中的应用已经发展到高度集成化，即集设计、制造和分析于一体的成化，即集设计、制造和分析于一体的CAD
15、/CAM/CAE集成系统，能完成设计图纸输入、设计验证分析、数控加集成系统，能完成设计图纸输入、设计验证分析、数控加工程序的自动生成和自动测试等一系列工作。工程序的自动生成和自动测试等一系列工作。1.3 CAD技术的应用技术的应用 1.3.2 机械工业机械工业 1.机械设计机械设计 根据用户要求确定产品应该具备的功能，构想出产品根据用户要求确定产品应该具备的功能，构想出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状、以的工作原理、运动方式、力和能量的传递、结构形状、以及所用材料等事项，并转化为具体的描述，如图纸和设计及所用材料等事项，并转化为具体的描述，如图纸和设计文件等，以此作为制造、安
16、装、检验的依据。文件等，以此作为制造、安装、检验的依据。机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和生命周机械设计是产品从设计、制造、装配、销售和生命周期的第一个和最重要的环节，因为产品的成本期的第一个和最重要的环节，因为产品的成本 75%在设在设计阶段决定的，产品的性能计阶段决定的，产品的性能80%是在设计阶段决定的。是在设计阶段决定的。机械设计是一个机械设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复的反复迭代、不断优化的过程。迭代、不断优化的过程。2.机械机械CAD设计方法设计方法 机械机械CAD就是在机械设计领域采用就是在机械设计领域采用CAD设计方法。机设计方法。机械设计械设计CAD是是
17、CAD技术应用重要领域。技术应用重要领域。3.机械机械CAD的工作方式的工作方式 CAD技术的应用从根本上改变了传统设计的过程，改技术的应用从根本上改变了传统设计的过程，改变了人们的思维方式，工作方式和生产管理方式。原因是变了人们的思维方式，工作方式和生产管理方式。原因是载体发生了变化，已不再是图纸了。载体发生了变化，已不再是图纸了。CAD工作方式体现在：工作方式体现在：并行设计。进行产品设计的各部门，可平行地进行并行设计。进行产品设计的各部门，可平行地进行各自地工作，同时，还可共享到他人的信息，从网络上获各自地工作，同时，还可共享到他人的信息，从网络上获得产品总体结构形状和尺寸、各部门的设计
18、结果、分析计得产品总体结构形状和尺寸、各部门的设计结果、分析计算结果和试验测试数据，并能对共同感兴趣的进行讨论和算结果和试验测试数据，并能对共同感兴趣的进行讨论和协调。在设计中，这种协调是必不可少的。协调。在设计中，这种协调是必不可少的。在设计阶段就可模拟零件加工装配，以及早发现加在设计阶段就可模拟零件加工装配，以及早发现加工工艺性方面的问题，甚至运动部件的相碰、相干涉的问工工艺性方面的问题，甚至运动部件的相碰、相干涉的问题。题。在设计阶段可以进行性能仿真，这将大幅度地减少在设计阶段可以进行性能仿真，这将大幅度地减少试验工作量和费用。试验工作量和费用。CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几个
19、方面：技术在机械工业中的主要应用有以下几个方面：(1)二维绘图。二维绘图。(2)图形及符号库。图形及符号库。(3)参数化设计。参数化设计。(4)三维造型。三维造型。(5)工程分析。工程分析。(6)生成设计文档及报表生成设计文档及报表。1.3.3 建筑工业建筑工业 CAD技术在建筑领域也得到了充分的应用，目前技术在建筑领域也得到了充分的应用，目前的建筑的建筑CAD系统可以在图形显示屏幕上构画建筑物系统可以在图形显示屏幕上构画建筑物的三维模型，进行建筑外形、周围环境、场地规的三维模型，进行建筑外形、周围环境、场地规划、日照效应等的设计，同时还可完成建筑物内划、日照效应等的设计，同时还可完成建筑物内
20、部的结构设计和内部的平面布置设计以及建筑的部的结构设计和内部的平面布置设计以及建筑的管道设计、电气线路设计等，有些建筑管道设计、电气线路设计等，有些建筑CAD系统还系统还包括工程概预算和工程投标子系统，为设计者、包括工程概预算和工程投标子系统，为设计者、决策者及工程投标提供支持。决策者及工程投标提供支持。目前目前CAD应用中存在的问题：应用中存在的问题：CAD系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。系统仅作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。产品及零部件的标准化不足。产品及零部件的标准化不足。集成化程度不高，信息交换标准不统一。集成化程度不高，信息交换标准不统一。对数据和文档缺乏完善的编码和有
21、效的分类系统。对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统。缺乏完善的数据管理和过程管理系统。缺乏完善的数据管理和过程管理系统。第第2章章 计算机辅助设计系统计算机辅助设计系统 由一定的硬件和软件组成的供辅助设计使用的系统称由一定的硬件和软件组成的供辅助设计使用的系统称为为CAD系统。系统。2.1 CAD系统的硬件系统的硬件 CAD系统的硬件由主机和外围设备组成，如图系统的硬件由主机和外围设备组成，如图2.1所示所示 图图2.1 CAD系统硬件的组成系统硬件的组成 一主机一主机 中央处理器中央处理器 控制器：解释指令并控制指令的执行顺序控制器：解释指令并控制指令的执行顺序主机主机 运算器：执行算
22、术运算和逻辑运算运算器：执行算术运算和逻辑运算 内存贮器组成。内存贮器组成。衡量主机的指标主要有以下三项：衡量主机的指标主要有以下三项：(1)字长。字长。(2)运行速度。常用以下指标来度量主机的运行速度：运行速度。常用以下指标来度量主机的运行速度：MIPS（百万（百万条指令条指令/秒）、秒）、Mflops（百万次浮点运算（百万次浮点运算/秒）或时钟频率。秒）或时钟频率。(3)内存容量内存容量。二外存贮器二外存贮器 外存贮器又称为辅助存贮器，简称外存，用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不外存贮器又称为辅助存贮器，简称外存，用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不用的程序、数据等信息。用的程序、数
23、据等信息。(1)(1)磁带磁带:(2)(2)磁盘磁盘:软软磁盘、硬盘、移动硬盘磁盘、硬盘、移动硬盘(3)(3)光盘光盘:、(4)U(4)U盘盘:三输入设备三输入设备 输入设备是向计算机输入数据、信息的设备总称。输入设备是向计算机输入数据、信息的设备总称。(1)键盘键盘 (2)鼠标器鼠标器 鼠标器是一种定位输入设备，可很方便地完成定位、拾鼠标器是一种定位输入设备，可很方便地完成定位、拾取和选择等功能。在取和选择等功能。在CAD作业中，可用它来选择绘图位作业中，可用它来选择绘图位置，拾取图形上的目标，选择菜单中的选项等。置，拾取图形上的目标，选择菜单中的选项等。目前微机上最常见的是串行口鼠标器，它
24、通过微机上的目前微机上最常见的是串行口鼠标器，它通过微机上的串行接口与主机相连。串行接口与主机相连。(3)数字化仪数字化仪 数字化仪因制作原理不同而有多种型式，目前常用电磁数字化仪因制作原理不同而有多种型式，目前常用电磁感应式数字化仪，它是一种电子图数转换设备，该数字化感应式数字化仪，它是一种电子图数转换设备，该数字化仪通常由一块矩形台板和一个电子感应笔或游标指示器组仪通常由一块矩形台板和一个电子感应笔或游标指示器组成，如图成，如图2.2所示。所示。(4)扫描仪扫描仪 扫描仪是一种图像输入设备，利用光电转换原理，通扫描仪是一种图像输入设备，利用光电转换原理，通过扫描仪光电管的移动或原稿的移动，
25、把黑白或彩色的原过扫描仪光电管的移动或原稿的移动，把黑白或彩色的原稿信息数字化后输入到计算机中，它还用于文字识别、图稿信息数字化后输入到计算机中，它还用于文字识别、图像识别等新的领域。像识别等新的领域。扫描仪是一种能将图纸及文件快速输入到计算机的高扫描仪是一种能将图纸及文件快速输入到计算机的高速输入设备。速输入设备。(5)数码相机数码相机 数码相机可以将拍摄的图像储存在软盘、数码相机可以将拍摄的图像储存在软盘、Flash卡、卡、PCMAIC卡等存储装置中，用户可通过电缆线将储存卡中卡等存储装置中，用户可通过电缆线将储存卡中的图像输入计算机，并利用软件可对相片进行二次处理。的图像输入计算机，并利
26、用软件可对相片进行二次处理。扫描仪的工作原理如图扫描仪的工作原理如图2.3所示。所示。图2.3 扫描仪工作原理图 CAD系统中常用的扫描仪，其输出的是矢量化的图形，系统中常用的扫描仪，其输出的是矢量化的图形，即扫描仪扫描图纸时，得到一个光栅文件，接着进行矢量即扫描仪扫描图纸时，得到一个光栅文件，接着进行矢量化处理，输出一种格式紧凑的二进制矢量文件。对于不同化处理，输出一种格式紧凑的二进制矢量文件。对于不同的的CAD 系统，还需对上述的二进制矢量文件进行格式转系统，还需对上述的二进制矢量文件进行格式转换，才能变成特定的换，才能变成特定的CAD系统可接受的图形文件格式，系统可接受的图形文件格式，如
27、图如图2.4所示。所示。图图2.4 采用扫描仪的图形输入系统采用扫描仪的图形输入系统四输出设备四输出设备(1)打印机：打印机：撞击式打印机：撞击式打印机：24针点阵打印机针点阵打印机 打印机打印机 激光打印机激光打印机 非撞击式打印机：非撞击式打印机：喷墨打印机喷墨打印机(2)绘图机：绘图机：平板式绘图机平板式绘图机 笔式绘图机笔式绘图机 绘图机绘图机 滚筒式绘图机滚筒式绘图机 喷墨绘图机喷墨绘图机 非笔式绘图机非笔式绘图机 激光绘图机激光绘图机 静电绘图机静电绘图机 五图形显示设备五图形显示设备 显示器件有阴极射线管（显示器件有阴极射线管（CRT）、液晶显示（）、液晶显示（LCD）、激光显示
28、、等离子体显示等。当前最常用的是阴极射）、激光显示、等离子体显示等。当前最常用的是阴极射线管显示器和液晶显示器。线管显示器和液晶显示器。显示器所显示的数字、字符和图像是由一个个象素组显示器所显示的数字、字符和图像是由一个个象素组成的，象素是显示屏上的最小信息，每个小点称作一个象成的，象素是显示屏上的最小信息，每个小点称作一个象素。组成显示网络的象素多少决定了图形的清晰程度，通素。组成显示网络的象素多少决定了图形的清晰程度，通常用分辨率表示，象素越多，分辨率越高。目前微机显示常用分辨率表示，象素越多，分辨率越高。目前微机显示器的分辨率通常有中分辨率（器的分辨率通常有中分辨率（600350，640
29、480）和高）和高分辨率（分辨率（800600，1024768，12801024）两类。）两类。2.2 CAD 系统的软件系统的软件 系统软件系统软件 CAD系统的软件可分为三个层次系统的软件可分为三个层次 支撑软件支撑软件 应用软件应用软件 一系统软件一系统软件 系统软件指操作系统和系统实用程序等，它用于计算系统软件指操作系统和系统实用程序等，它用于计算机的管理、控制和维护。机的管理、控制和维护。1操作系统。操作系统。2编译系统。编译系统。3系统实用程序。系统实用程序。二支撑软件二支撑软件 1图形处理软件。负责图形处理软件。负责CAD的绘图。的绘图。2几何建模软件。几何建模软件。Pro/E等
30、等 3数据库管理系统。数据库管理系统。如如FoxBASE，FoxPRO，工程数据库等，工程数据库等 计算方法库：如解线性方程组。计算方法库：如解线性方程组。优化方法软件：优化方法软件：4工程分析及计算软件工程分析及计算软件 有限元分析软件：有限元分析软件：如如ADINA等等 机构分析及机构综合的软件：机构分析及机构综合的软件：系统动态分析软件。系统动态分析软件。5文档制作软件。文档制作软件。WPS，WORD2003等。等。三三 应用软件应用软件 应用软件是用户为解决各类实际问题，在系统软件的应用软件是用户为解决各类实际问题，在系统软件的支持下而设计、开发的程序，或利用支撑软件进行二次开支持下而
31、设计、开发的程序，或利用支撑软件进行二次开发形成的程序，应用软件的功能和质量直接影响发形成的程序，应用软件的功能和质量直接影响CAD系系统的功能和质量。统的功能和质量。2.3 CAD系统的型式系统的型式 一大（中）型机系统一大（中）型机系统 这种系统以大（中）型机为主机，拥有强大的运算能这种系统以大（中）型机为主机，拥有强大的运算能力和丰富的信息资源，可直接集中支持十几个，甚至几十力和丰富的信息资源，可直接集中支持十几个，甚至几十个个CAD终端，还可集中配备某些公用的外部设备，如图终端，还可集中配备某些公用的外部设备，如图形输入形输入/输出设备等。这种系统的优点是主机功能强，可输出设备等。这种
32、系统的优点是主机功能强，可以完成大型、复杂的以完成大型、复杂的CAD作业。作业。二工作站系统二工作站系统 CAD工作站是一种适用于单用户、使用工作站是一种适用于单用户、使用UNIX操作系操作系统、具有极高的运算速度和强大的图形处理功能的计算机统、具有极高的运算速度和强大的图形处理功能的计算机系统。工作站在性能上优于微机，目前在我国市场上的国系统。工作站在性能上优于微机，目前在我国市场上的国内外工作站产品有内外工作站产品有HP、SUN、IBM、DEC、三星、华胜、三星、华胜、海信等。海信等。三微机系统三微机系统 以以32位微机作为主机，为单用户系统，配备有一个图形位微机作为主机，为单用户系统，配
33、备有一个图形终端、图形输入设备、图形输出设备、外部存储器等设备。终端、图形输入设备、图形输出设备、外部存储器等设备。微机系统有如下两个特点：微机系统有如下两个特点：(1)微机性能价格比高。微机性能价格比高。(2)微机的硬件和软件配置灵活、丰富。微机的硬件和软件配置灵活、丰富。四网络型系统四网络型系统 网络型网络型CAD系统是将分布于各处的多台各类计算机系统是将分布于各处的多台各类计算机以网络形式连接起来。目前常用的网络型以网络形式连接起来。目前常用的网络型CAD系统大多系统大多采用局域网（采用局域网（LAN）。）。下面介绍三种常见的局域网网络拓扑结构：下面介绍三种常见的局域网网络拓扑结构：（1
34、）总线拓扑结构：）总线拓扑结构：由电缆形成网络的主干（总线），各个节点直接或通由电缆形成网络的主干（总线），各个节点直接或通过较短电缆连到这个总线上，信号沿着总线传输。过较短电缆连到这个总线上，信号沿着总线传输。（2）星型拓扑结构：）星型拓扑结构：是一种集中控制的主从式结构，除中心节点外，任何是一种集中控制的主从式结构，除中心节点外，任何两个节点之间的通信都要经过中心节点。两个节点之间的通信都要经过中心节点。（3）环型拓扑结构：）环型拓扑结构：节点以环状相连，信息沿着这个环按顺序传递。如果节点以环状相连，信息沿着这个环按顺序传递。如果下一个节点是这个信息的接收者，则它就接收这个信息，下一个节点
35、是这个信息的接收者，则它就接收这个信息，否则就把这个信息转发出去。否则就把这个信息转发出去。第第3章章 工程数据的处理工程数据的处理 从总体上说，处理工程数据的方法有以下三种：从总体上说，处理工程数据的方法有以下三种：1程序化处理：在编程时将数据以一定的形式直接放于程序化处理：在编程时将数据以一定的形式直接放于程序中。程序中。特点：程序与数据结合在一起。特点：程序与数据结合在一起。缺点：数据无法共享，增大程序的长度。缺点：数据无法共享，增大程序的长度。2文件化处理：将数据放于扩展名为文件化处理：将数据放于扩展名为.DAT的数据文件中的数据文件中，需要数据时，由程序来打开文件并读取数据。，需要数
36、据时，由程序来打开文件并读取数据。特点：数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据特点：数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据共享。共享。缺点：（缺点：（1）文件只能表示事物而不能表示事物之间）文件只能表示事物而不能表示事物之间 的联系。的联系。（2）文件较长。）文件较长。（3）数据与应用程序之间仍有依赖关系。）数据与应用程序之间仍有依赖关系。（4）安全性和保密性差。）安全性和保密性差。3数据库管理：将工程数据存放到数据库中，可以克服数据库管理：将工程数据存放到数据库中，可以克服文件化处理的不足。文件化处理的不足。特点：（特点：（1）数据共享。）数据共享。（2）数据集中。）数据集中。（
37、3）数据结构化，既表示了事物，又表示了事物之）数据结构化，既表示了事物，又表示了事物之间的联系。间的联系。（4）数据与应用程序无关。）数据与应用程序无关。（5）安全性和保密性好。）安全性和保密性好。由于由于CAD作业的性质以及数据处理的规模大小的不同，因作业的性质以及数据处理的规模大小的不同，因而必须根据实际情况选用上述三种数据处理方式的其中一种而必须根据实际情况选用上述三种数据处理方式的其中一种。方式的选择原则是：有利于提高。方式的选择原则是：有利于提高CAD作业的效率，降低开作业的效率，降低开发的成本。发的成本。3.1 数表的程序化处理数表的程序化处理 3.1.1 一维数表的处理一维数表的
38、处理 定义：只由一个已知变量查取所需数据的表格，称为一定义：只由一个已知变量查取所需数据的表格，称为一维数表。维数表。例：表例：表3-1为由小链轮齿数为由小链轮齿数Z查取齿数系数查取齿数系数K的一维数表，的一维数表，试对其进行程序化处理。试对其进行程序化处理。表表3-1 Z 9111315171921 K0.4460.5550.6670.7750.8931.001.12 Z23252729313335 K1.231.351.461.581.701.811.94用用Turbo C语言编程如下语言编程如下(yyyy1.c)：main()int i,Z1,ip=20;int Z14=9,11,13,
39、15,17,19,21,23,25,27,29,31,33,35;float K14=0.446,0.555,0.667,0.775,0.893,1.00,1.12,1.23,1.35,1.46,1.58,1.70,1.81,1.94;printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数Z1：”);scanf(“%d”,&Z1);for(i=0;i14;i+)if(Zi=Z1)ip=i;i=15;if(ip20)printf(“n当当Z=%d时，时，K=%f”,Zip,Kip);else printf(“n输入错误！输入错误！”);3.1.2 二维数表的处理二维数表的处理 定义：需由二个已知条件才能确
40、定一个未知数据的表格，定义：需由二个已知条件才能确定一个未知数据的表格，称为二维数表。称为二维数表。例：表例：表3-2用于链轮设计中，由节距用于链轮设计中，由节距t和链轮齿数和链轮齿数z查取链轮查取链轮轴孔最大直经轴孔最大直经dkmax和齿侧凸缘最大直经和齿侧凸缘最大直经dh，试对其进行程序，试对其进行程序化处理。化处理。表表3-2节距t9.52512.7015.87519.0525.40齿数zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk112211301837224527603813281538224830573677511535204628583770469361174124543468458
41、2531107419472963417951946212684215333714789591077214295235937795199651198015910925654287571097313188175120取变量：取变量：齿数齿数zZi i=1,2,3,8 节距节距t Ti i=1,2,3,10 dhDHi,j i=1,2,3,8 j=1,2,3,10 dkDKi,j i=1,2,3,8 j=1,2,3,10 节距t31.7538.1044.4550.863.50齿数zdhdkdhdkdhdkdhdkdhdk1176509160106711218015210313966411679135
42、91155105193132151178014095164111187129235163171379316511219313222015227519319158108189129221153253177316224211781222141482501752852003572542319913723816527819731822439827825219152263184307217335249438310用用Turbo C语言编程如下语言编程如下(yyyy2.c)：main()int i,j,Z1,ip=20,jp=20;float T1;int Z8=11,13,15,17,19,21,23,
43、25;float T10=9.525,12.7,15.875,19.05,25.4,31.75,38.1,44.45,50.8,63.5;int DH810=22,30,37,45,60,76,91,106,121,152,28,38,48,57,77,96,116,135,155,193,35,46,58,70,93,117,140,164,187,235,41,54,68,82,110,137,165,193,220,275,47,63,79,94,126,158,189,221,253,316,53,71,89,107,142,178,214,250,285,357,59,79,99,1
44、19,159,199,238,278,318,398,65,87,109,131,175,219,263,307,315,438,;int DK810=11,18,22,27,38,50,60,71,80,103,15,22,30,36,51,64,79,91,105,132,20,28,37,46,61,80,95,111,129,163,24,34,45,53,74,93,112,132,152,193,29,41,51,62,84,108,129,153,177,224,33,47,59,72,95,122,148,175,200,254,37,51,65,80,109,137,165,
45、196,224,278,42,57,73,88,120,152,184,217,249,310;printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数Z1：”);scanf(“%d”,&Z1);for(i=0;i8;i+)if(Zi=Z1)ip=i;i=9;printf(“请输入节距请输入节距T1：”);scanf(“%f”,&T1);for(j=0;j10;j+)if(Tj=T1)jp=j;j=11;if(ip20&jp20)printf(“n当当z=%d,t=%f时，时，dh=%d,dkmax=%d”,Zip,Tjp),DHipjp,DHipjp);else printf(“n输入错误！输入错误！”
46、);3.2 数表的文件化处理数表的文件化处理 1 1用编辑软件产生顺序文件用编辑软件产生顺序文件 2 2用程序生成顺序文件用程序生成顺序文件main()main()int i;int i;int a10=1,2,3,4,5,60,70,80,90,100;int a10=1,2,3,4,5,60,70,80,90,100;FILE FILE*fp;fp;fp=fopen(fp=fopen(“AA.DATAA.DAT”,“w w”););for(i=0;i5;i+)for(i=0;i5;i+)fprintf(fp,fprintf(fp,“%d%d”;ai);ai);fprintf(fp,fpri
47、ntf(fp,“nn”););for(i=5;i10;i+)for(i=5;i10;i+)fprintf(fp,fprintf(fp,“%d%d”;ai);ai);fclose(fp);fclose(fp);3 3文件的读取和检索文件的读取和检索 以表以表3-1由小链轮齿数由小链轮齿数Z查齿数系数查齿数系数K的文件化处的文件化处理为例：理为例：建立数据文件建立数据文件ZK.DAT如下：如下：9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 38 0.446 0.555 0.667 0.775 0.893 1.0 1.12 1.23 1.35 1.46 1.58
48、1.70 1.81 1.94 2.12 用用Turbo C语言编程如下语言编程如下(yyyy3.c)：main()int i,z1,z15,jp=20;float k15;FILE*fp;fp=fopen(“ZK.DAT”,“r”);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,“%d”,&zi);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,“%f”,&ki);fclose(fp);printf(“请输入链轮齿数请输入链轮齿数z1：”);scanf(“%d”,&z1);for(i=0;i15;i+)if(zi=z1)ip=i;i=16;if(ip20)printf(“n当当z=%d时
49、，时，k=%f”,zip,kip);else printf(“n输入错误！输入错误！”);3.3 一维数表的插值处理一维数表的插值处理 由于一维数表只给出了结点由于一维数表只给出了结点X1，X2，Xn对对应的函数值应的函数值Y1，Y2，Yn，而对于非结点上的，而对于非结点上的函数值，如对表函数值，如对表3-1，欲取非结点，欲取非结点Z1=18或或Z1=24时时的的K值，则必须用插值法解决。值，则必须用插值法解决。1 1线性插值法：线性插值法：已知：两点（已知：两点（X1，Y1），（），（X2，Y2）求：求：位于位于X1，X2之间的之间的X坐标对应的坐标对应的Y 可用如下的线性插值公式：可用如下
50、的线性插值公式：Y=Y1+(Y2-Y1)(X-X1)/(X2-X1)仍以小链轮齿数仍以小链轮齿数Z查齿数系数查齿数系数K为例，具有线性插值为例，具有线性插值功能的文件化处理程序如下功能的文件化处理程序如下(yyyy4.c)：main()int i,z1,z15,x1,x2,ip=20,key1=0;float y1,y2,kz,k15;FILE*fp;fp=fopen(zk.dat,r);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,%d,&zi);for(i=0;i15;i+)fscanf(fp,%f,&ki);fclose(fp);printf(Input z1:);scanf(%d,
