课程名称：CAD/CAE/CAM方法与技术
英文名称：Methodology and Technology of CAD/CAE/CAM
课程编号：08083010
学时/学分：48/3
一、课程适用专业、课程性质和目的
适用专业：机械设计制造及其自动化
课程性质：专业选修课
教学目的：CAD/CAE/CAM是一门重要的专业选修课，它包括计算机辅助设计、计算机辅助工程和计算机辅助制造三部分，构成一个有机的整体。它在许多现代工程技术领域中有着广泛的应用。由于适用对象的专业背景和课程本身的需要复杂的数学背景，本课程主要关注机械工程中的应用的基本概念和方法，力图使学生对现代机械设计、分析和制造形成一个完备的知识体系。CAD部分的主要任务是使学生掌握现代几何造型的基本内容和方法，使学生初步学会用利用典型的CAD软件来设计三维的机械零件和装配体，并初步理解蕴含在造型背景后面的数学知识。通过CAE的学习，要求学生掌握有限元分析方法的基本原理以及建模方法，要求学生利用典型的CAE软件求解平面应力问题。CAM部分的主要任务是了解现代制造技术中关于数控机床加工编码的基本概念以及利用计算机来辅助生成刀位轨迹的方法，为学生在将来工作时打好必要的基础。通过对本门课程的学习，培养独立分析、解决问题的实践能力。
二、课程教学内容和要求
第一篇 CAD 部分
1．几何造型方法和分类
几何造型方法。实体模型的表示。典型的几何造型系统。产品的数据交换标准。要求掌握实体模型的表示方法，了解曲面造型的分类和数据交换标准。
2．曲面和曲面造型基础
微分几何基础。图形变换。NURBS曲线和曲面。曲线与曲面造型方法。要求掌握曲线与曲面的单位切矢、单位法矢、曲率等微分几何量；掌握图形变换的矩阵表示以及曲面造型的基本方法。重点掌握NURBS曲线和曲面的基本性质。
3．基于特征的参数化建模
参数化建模。特征建模。装配建模。要求掌握参数化、特征以及自顶向下装配的基本概念。重点掌握草图约束和装配的定义以及实体造型的方法。了解自顶向下的装配概念。
第二篇 CAE 部分
1、有限元方法简介
有限元法的产生、基本概念、基本过程和应用特点，以及在工程中的各种应用。要求了解有限元法的基本概念。
2、有限元法的基本原理
平面应力问题的有限元法的基本原理。掌握有限元法的基本原理。
3、有限元建模方法
模型定义、建模原则、建模过程、几何模型处理方法、网格划分方法、边界条件定义方法。重点掌握此部分内容，了解如果建模不合适会导致计算结果和理论计算不服的原因。
4、有限元方法的实例
以ANSYS软件为例，介绍有限元分析软件的功能，并用具体示例介绍软件的使用方法 。
第三篇 CAM 部分
1、数控技术基础
数控技术的产生与发展历程，数控机床的工作原理和组成，数控机床的特点与适用范围，数控机床的硬件结构，数控插补的基本原理，包括逐点比较插补法和数字积分插补法。要求掌握插补原理和插补方法。
2、数控编程方法
数控编程的基本知识、数控加工工艺分析，数控编程标准、数控常用编程指令的应用及手工编程，APT自动编程系统、图形编程和图形编程系统软件。数控加工过程仿真。要求掌握数控加工工艺文件的编制，能够实现简单零件数控代码的手工编制，了解图形编程的实现，了解后置处理和仿真过程。
3、CAM实例
以MasterCAM软件为例，介绍CAM软件的功能，以具体实例介绍软件的使用方法。
三、课程教学环节
1、课堂讲授
教学方法应灵活、多样、生动。课上采用框架诱导式进行理论教学和分层次进行实验教学的教学模式，并采用启发式、讨论式教学等多种形式。讲课应尽量结合工程实际尤其是机械工程的工程背景。采用多媒体课件加深学生对讲授内容的直观认识。以建立学生基本完备的知识体系为优先目标，重点培养学生独立解决工程实际问题的能力。
2、习题课
习题课不是本课程的重要教学环节，可进行课堂讨论。
3、考核
学生成绩由平时成绩、实验成绩（上机）和期末考试成绩综合评定。学生期末考试成绩占50%，平时成绩占20%，实验成绩占30%。平时成绩包括学生学习态度、出勤及作业情况。
四、实验教学内容及其要求
本课程共安排了1次认知实践和7次基础实验。基础实验分别为：支架三维模型的建立、咖啡壶三维模型的建立、结构梁的有限元分析、薄板圆孔的有限元分析、联轴器的有限元分析、Mastercam二维铣削自动编程、Mastercam三维铣削曲面加工数控编程。
五、建议学时分配
章 |
节 |
内 容 |
讲 授 |
实 验 |
第一章 |
第一节 |
几何造型方法 |
0.5 |
1 |
第二章 |
第一节 |
微分几何基础 |
1 |
|
第三章 |
第一节 |
参数化建模 |
1.5 |
2 |
第四章 |
第一节 |
有限元法的的产生、基本概念、基本过程和应用特点，以及在工程中的各种应用 |
1 |
|
第五章 |
第一节 |
平面应力问题有限元法基本原理 |
3 |
|
第六章 |
第一节 |
模型定义 |
1 |
|
第七章 |
第一节 |
限元分析软件及使用 |
2 |
3 |
第八章 |
第一节 |
数控技术的基本概念 |
1 |
|
第九章 |
第一节 |
数控加工工艺分析 |
2 |
|
第十章 |
第一节 |
MasterCAM简介 |
1 |
2 |
合 计 |
|
|
40 |
8 |
六、建议教材与参考书
教材：
杜平安，范树迁，葛森，刘建涛编著. CAD/CAE/CAM方法与技术. 北京：清华大学出版社，2010
参考书：
【1】杜平安，廖伟智，黄洁编著. 现代CAD方法与技术. 北京：清华大学出版社，2008
【2】李建雨著，袁清珂，张相伟等译. CAD/CAM/CAE系统原理. 北京：电子工业出版社，2006
【3】张胜民编著. 基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析. 北京：清华大学出版社，2003
【4】易红主编. 数控技术. 北京：机械工业出版社，2005
【5】何满才编著. Mastercam X基础教程. 北京：人民邮电出版社，2006