本书是普通高等院校数字化设计与制造（CAD/CAM）课程的教学用书。数字化设计制造技术是普通高等院校机械工程类专业的一门重要专业必修课程。全书共分8章，在论述数字化设计与制造技术的基本原理、关键技术和应用方法的基础上，结合Siemens PLM软件公司UG NX 12等软件，介绍了图形处理技术、三维建模技术、数字化装配技术、数字化仿真技术、数控加工编程、CAM系统自动编程、产品数字化开发集成技术等。每章附有思考题，个别图片可扫码观看彩色效果，以便于教学和研讨。
本书适合作为普通高等院校机械工程类专业课教材，也可作为从事产品数字化开发工作的科研人员和数控加工技术人员的参考书。

党的二十大报告强调，“坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，推进新型工业化，加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国、数字中国”，“推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”。工业和信息化部等部门印发的《“十四五”智能制造发展规划》也指出，智能制造是制造强国建设的主攻方向，其发展程度直接关乎我国制造业质量水平。数字化设计制造（digital design and manufacturing）是指采用数字化方式，利用计算机软硬件及网络环境，以提高产品开发质量和效率为目标的相关设计制造方法和软件系统有机集成的产品开发技术，是实施智能制造的关键技术，该技术的发展和应用使传统的产品开发技术发生了深刻变化，对制造业生产模式和人才知识结构等产生了重大影响。目前，数字化设计制造技术被广泛应用于机械、电子、汽车、模具、航空航天、交通运输、工程建筑、军工等各个领域，它的研究与应用水平已成为衡量一个国家技术发展和工业现代化的重要标志之一。
毫无疑问，对于新时代的工程技术人员来说，学习和掌握数字化设计制造技术原理、方法及应用软件是十分重要的。及时、系统地反映数字化设计制造最新技术与典型软件应用方法，满足当前数字化设计制造技术教学、研究和技术应用的需求，是编写本书的基本出发点。基于高等教育培养高素质和创新型人才的要求，编者结合多年教学实践和产学研应用案例，编写了这部应用型特色教材。本书有以下特点：
（1）保持理论系统性。本书系统介绍了数字化设计制造技术的基本概念、理论和方法等。
（2）突出工程应用性。基于UG NX 12等软件平台，通过论述图形处理技术、三维建模技术、数字化装配技术、数字化仿真技术、数字化制造技术、产品数字开发集成技术等知识，并结合工程案例进行讲解，注重培养读者工程应用能力。
（3）提高创造性。通过新技术、新方法及工程案例，启发读者的创新思维，培养读者分析和解决工程实际问题的能力，提高读者从事技术研究和工程应用的创造性思维能力。
本书内容安排如下：
第1章数字化设计与制造概述，介绍了数字化设计制造的内涵与体系、数字化设计制造技术学科基础和发展趋势、数字化开发软件功能与特点。重点介绍了UG NX 12软件功能与基本操作。
第2章图形处理技术基础，介绍了计算机图形学的基本概念和基础知识，包括二维与三维图形变换技术，Bézier曲线、B样条曲线、NURBS曲线以及Bézier曲面、B样条曲面和NURBS曲面的构造方法。结合车身A级曲面设计与质量评价方法，帮助读者掌握复杂曲线模型和曲面模型设计的基本技能。
第3章三维建模技术，在分析点、线、面、体等基础几何元素构成和图形几何信息及拓扑信息处理的基础上，阐述了数字化设计之线框建模、表面建模、实体建模、特征建模以及参数化设计技术。结合产品设计实例，使读者初步掌握UG NX 12软件三维建模方法。
第4章数字化装配技术，论述了装配设计原理和方法，装配约束与WAVE技术，自底向上（bottomup）和自顶向下（topdown）两种装配建模方法的特点、优势，以齿轮油泵设计为例介绍了UG NX 12装配建模操作。以二级齿轮减速器装配为例，分析了bottomup和topdown两种装配建模方法的技术特点。
第5章数字化仿真技术，介绍了数字化仿真分析基本概念、弹性力学基础知识、有限元前处理与后处理的基本方法、运动仿真分析方法、虚拟样机技术。结合传动轴应力分析和液压挖掘机工作装置运动仿真分析，使读者初步掌握UG NX CAE的基本操作。以装载机工作装置参数优化设计为例，使读者基本了解虚拟样机技术及其应用。
第6章数控加工编程基础，介绍了数控编程基础知识、机床坐标系和工件坐标系、数控加工工艺基础、数控编程中的刀位点计算，给出了数控车编程、数控铣编程和数控语言自动编程实例，使读者初步掌握数控编程技术。
第7章CAM系统自动编程，介绍了NX CAM功能模块与基本操作；阐述了自动编程系统的刀位算法，重点讲解了二维轮廓数控编程、三坐标数控编程和多坐标数控编程技术。以叶轮五坐标数控编程为例，使读者初步掌握NX CAM数控编程技术。
第8章产品数字化开发集成技术，介绍了产品数据交换技术、产品全生命周期管理技术、三维数字化工艺设计与数字制造信息集成技术。
本书由厦门理工学院易际明、袁景阳编著。其中，第1、3、6、7章由易际明编著，第2、4、5、8章由袁景阳编著，易际明负责全书统稿。
在本书编著过程中，参考了作者近年来参与和承担的智能制造新模式应用项目等相关课题成果，同时参考了国内外专家和同行的大量论文、著作等文献资料。除所列主要参考文献之外，书中还参考了网络等媒体资料，由于有些资料来源无法考证，难以指明其准确出处，在此一并向所有文献作者表示衷心感谢！
厦门理工学院2021年度校级教育教学改革研究项目（项目编号202109）为本书出版提供了资助，谨此致谢！
数字化设计制造技术内容十分丰富，技术日新月异，限于笔者水平，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。建议与意见请发至2273832932@qq.com。


2024年2月

第1章数字化设计与制造概论1

1.1数字化制造学科体系1

1.1.1基本概念1

1.1.2学科体系2

1.2数字化制造的科学技术基础3

1.3数字化制造发展历程与发展趋势6

1.3.1发展历程6

1.3.2发展趋势8

1.4UG NX软件介绍10

1.4.1UG NX用户界面11

1.4.2UG NX功能模块12

1.4.3UG NX基本操作23

思考题25

第2章图形处理技术基础26

2.1坐标系与窗口26

2.1.1坐标系统26

2.1.2窗口和视区27

2.2图形几何变换29

2.2.1几何变换基础29

2.2.2二维图形的基本几何变换31

2.2.3二维图形的组合变换35

2.2.4三维图形的几何变换37

2.2.5三维图形的投影变换40

2.3曲线与曲面的参数表示42

2.3.1曲线的参数表示42

2.3.2Bézier曲线44

2.3.3B样条曲线49

2.3.4NURBS曲线51

2.3.5曲面的参数表示52

2.4UG NX曲线与曲面设计案例55

2.4.1UG NX曲线与曲面设计55

2.4.2车身表面建模方法58

2.4.3车身曲面质量的评价方法67

思考题71

第3章三维建模技术72

3.1三维几何建模72

3.1.1基本概念72

3.1.2线框建模74

3.1.3表面建模76

3.1.4实体建模77

3.2特征建模82

3.2.1特征的定义与分类82

3.2.2特征建模85

3.3参数化设计88

3.3.1基本概念88

3.3.2实现方法92

3.4UG NX三维建模案例95

3.4.1活塞零件三维设计95

3.4.2凸轮零件参数化设计102

3.4.3汽车后视镜创意设计105

思考题106

第4章数字化装配技术112

4.1装配模型112

4.1.1装配术语及定义112

4.1.2装配关系与装配树113

4.1.3装配模型的信息组成115

4.2装配约束与WAVE技术116

4.2.1装配约束分析116

4.2.2装配约束规划119

4.2.3WAVE技术120

4.3装配模型管理与分析124

4.3.1装配模型管理124

4.3.2装配模型分析126

4.4UG NX装配设计案例127

4.4.1齿轮油泵装配设计127

4.4.2二级减速器bottomup装配设计方法132

4.4.3二级减速器topdown装配设计方法134

4.4.4两种装配设计方法比较138

思考题138

第5章数字化仿真技术140

5.1数字化仿真概述140

5.2弹性力学基本知识144

5.2.1弹性力学的基本假设144

5.2.2弹性力学的基本变量145

5.2.3弹性力学的基本方程148

5.2.4弹性力学中的能量原理151

5.2.5平面问题的基本理论153

5.3有限元法157

5.3.1有限元法概述157

5.3.2有限元法的基本步骤与误差分析158

5.3.3有限元法在工程中的应用163

5.3.4UG NX有限元分析165

5.4UG NX运动仿真分析172

5.4.1运动仿真基本流程173

5.4.2液压挖掘机工作装置运动仿真174

5.5虚拟样机技术180

5.5.1ADAMS软件概述180

5.5.2ADAMS仿真分析流程184

5.5.3轮式装载机工作装置优化设计185

思考题195

第6章数控加工编程基础197

6.1数控编程步骤和方法197

6.1.1数控编程的内容和步骤197

6.1.2数控程序格式199

6.1.3数控编程的指令代码202

6.1.4数控程序编制方法205

6.2机床坐标系和工件坐标系205

6.2.1机床坐标系205

6.2.2工件坐标系207

6.2.3坐标原点与参考点208

6.3数控加工工艺基础210

6.3.1数控机床的合理选用210

6.3.2数控加工工艺设计210

6.4数控编程中的数值计算219

6.4.1数值换算219

6.4.2基点和节点计算220

6.4.3非圆曲线节点分析与计算221

6.5数控编程案例分析223

6.5.1数控车编程案例223

6.5.2数控铣编程案例226

6.5.3APT语言自动编程案例228

思考题231

第7章CAM系统自动编程233

7.1NX CAM加工基础233

7.1.1NX CAM加工环境设置233

7.1.2NX CAM的界面操作234

7.1.3NX CAM加工刀具轨迹的构成237

7.2NX CAM加工流程与参数设置240

7.2.1NX CAM加工流程240

7.2.2NX CAM编程参数设置242

7.3NX CAM编程技术245

7.3.1二维轮廓数控编程245

7.3.2三坐标数控编程253

7.3.3多坐标数控编程260

7.4NX CAM数控铣削加工方法与叶轮五坐标编程267

7.4.1NXCAM数控铣削加工方法267

7.4.2叶轮五坐标编程269

思考题286

第8章产品数字化开发集成技术289

8.1CAx集成概述289

8.2产品数据交换技术289

8.2.1产品数据交换接口289

8.2.2IGES标准290

8.2.3STEP标准294

8.2.4JT数据格式299

8.3产品全生命周期管理300

8.3.1基本概念300

8.3.2PLM发展回顾301

8.3.3PLM发展趋势302

8.4基于MBD数字化工艺设计305

8.4.1基于MBD三维设计技术305

8.4.2基于MBD的工艺信息模型305

8.4.3三维工艺规程设计技术306

8.4.4三维机加工艺信息存储与管理308

8.5数字制造信息集成技术308

8.5.1基于STEP的信息集成方法308

8.5.2基于XML的信息集成方法311

8.5.3基于EAI的信息集成方法313

思考题319

参考文献320

易际明：厦门理工学院教授、硕士生导师，主要从事数字化设计与制造、先进制造技术方面的教学与科研工作。主持省市基金项目7项，获国家级教学成果奖二等奖一项。主编或副主编教材2部，出版专著2部，发表学术论文60余篇。,袁景阳：1972年生，黑龙江鸡西人，博士，厦门理工学院机械与汽车工程学院教师。主要从事计算机图形学、数字化设计等方面的研究和教学工作。

（1）保持理论系统性。本书系统介绍了数字化设计制造技术的基本概念、理论和方法等。
（2）突出工程应用性。基于UG NX 12等软件平台，通过论述图形处理技术、三维建模技术、数字化装配技术、数字化仿真技术、数字化制造技术、产品数字开发集成技术等知识，并结合工程案例进行讲解，注重培养读者工程应用能力。
（3）提高创造性。通过新技术、新方法及工程案例，启发读者的创新思维，培养读者分析和解决工程实际问题的能力，提高读者从事技术研究和工程应用的创造性思维能力。