《CAD技术基础》课程大纲
《CAD技术基础》课程教学大纲
一、课程名称（中英文）
中文名称：CAD技术基础
英文名称：Foundation of CAD Technology
二、课程编码及性质
课程编码：0800916
课程性质：专业选修课，限定选修课
三、学时与学分
总学时：32
学分：2.0
四、先修课程
计算机与程序设计基础、工程制图、机械原理、机械设计
五、授课对象
本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。
六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）
本课程是本专业的限定选修课程之一，其教学目的主要包括：
1. 系统全面掌握计算机辅助设计（CAD）的基本原理与方法，具备应用这些知识分析、解决工程机械设计中的三维模型建立能力；
2. 通过课程学习与上机实验，掌握一般CAD/CAM软件的架构和开发方法；
3. 通过上机实验，使学生能够将基础理论应用到实践中，提高学生综合分析能力和动手解决实际工程问题的能力；
4．了解CAD技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向，为今后研发模具或高端材料成型装备奠定基础。
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系
七、教学重点与难点：
教学重点：
1）CAD技术的发展日新月异，本课程以介绍CAD的基础理论方法为主体、以讲述参数化特征造型的实现原理和方法为重点；
2）在全面了解与掌握CAD技术特点的基础上，重点学习产品模型表达、特征造型方法、曲面造型理论等技术；
3）理论与实践的结合是本课程的重点，通过上机学习NX软件，在学习过程中理解CAD技术的理论知识，从而更好地掌握CAD软件的应用方法。
4）重点学习的章节内容包括：第2章“图形变换”（4学时）、第3章“产品造型”（4学时）、第4章“特征造型”（4学时）、第5章“参数化技术”（2学时）。
教学难点：
1）CAD技术中涉及大量的数学知识，如图形变换、几何造型、曲面造型中的模型表达等，但软件应用中又主要以操作为主，如何将二者有机地结合在一起，提供学生学习兴趣与学习效果是本课程的教学难点。
2）通过本课程学习，要求掌握CAD技术的基本理论，同时要求掌握一个商
用CAD软件的应用，具备熟练使用CAD系统完成机械产品设计的能力。
八、教学方法与手段：
教学方法：
（1）采用现代化教学方法（含PPT演示，影像资料等），讲授CAD技术的基本原理、软件系统组成及应用特点，以提高教学效果及效率；
（2）采用课堂教学与上机练习相结合的方式，进行课堂互动，吸引学生的注意力、激发学生的学习热情，提高学生的学习效果。
教学手段：
（1）以现代产品开发流程为主线，深入分析CAD、CAE、CAM等技术的作用和应用范围，使学生具备先进设计制造理念，理解掌握产品开发对设计的要求；
（2）结合本专业材料成形装备及自动化生产实际要求，以模具先进设计为目标展示教学；
（3）CAD软件的培训和实践，与课堂教学内容的互动，提高学生的兴趣和动力，要求每一个学生完成一个较复杂零件的参数化建模。
九、教学内容与学时安排
（1）总体安排
教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
表2 基本教学内容与学时安排
（2）具体内容
各章节的具体内容如下：
第1章绪论（4学时）
1.1 CAD技术简介
1.2 CAD技术发展历史
1.3 CAD技术发展趋势
1.4 CAD的应用
1.5 CAD系统的硬件和软件
第2章图形变换（4学时）
2.1变换的数学基础
2.2 二维几何变换
2.3 三维几何变换
2.4二维观察变换
2.5三维观察变换
2.6 OpenGL中的变换函数
第3章产品造型（4学时）
3.1 造型技术基础知识
3.2 几何造型方法
3.3常用形体表示方法
3.4两大几何造型平台
第4章特征造型（4学时）
4.1 特征定义
4.2 特征分类
4.3 特征造型系统实现模式
4.4 特征造型的关键技术
4.5 特征技术的发展
第5章参数化技术（2学时）
5.1 基于约束的参数化设计概述
5.2 参数化设计方法
5.3 基于特征的参数化设计
第6章装配造型（2学时）
6.1 装配造型基本理论
6.2 装配造型的一般方法
6.3 装配模型的简化表达
6.4 装配工程图
第7章曲面造型（4学时）
7.1 概述
7.2 曲线表示的基本知识
7.3 Bezier曲线曲面
7.4 B样条曲线曲面
7.5 NURBS曲线与曲面
7.6 常见曲面生成方法
（3）课后思考题（作业）及CAD上机要求
思考题（课后作业）：
第1章思考题：
1、分析CAD技术的含义与特征。在CAD系统中，人与计算机的作用分别是什么？
2、CAD系统应具备哪些主要功能？
3、简述CAD技术在现代产品开发流程中的作用。
4、结合你所了解的模具企业应用CAD技术和软件系统的实例，具体分析CAD 系统的工作流程。
5、CAD技术有哪些发展方向？
6、收集有关资料，分析目前市场上流行的CAD系统的主要功能。
7、以一个生产汽车覆盖件模具的企业为例，尝试为该企业进行CAD软硬件系统的配置。
8、以一个注塑模具制造企业为例，分析什么样的CAD软件可以满足其设计要求？
第2章思考题：
1、编写实现二维平移、旋转和比例变换的子程序。
2、试证明下列图形变换的矩阵运算具有互换性：
1）两个连续的旋转变换。
2）两个连续的平移变换。
3、在齐次坐标系中，写出下列变换矩阵：
1）整个图形放大2倍；
2）y方向放大4倍，x方向放大3倍；
3）图形绕坐标原点顺时针方向转180°。
4、证明错切变换等价于几个基本变换之积。
5、在x-y平面内，过原点的直线L与x轴夹角为α。试推导相对与直线L作对称变换的变换矩阵。
6、什么是窗口？什么是视区？
7、请简述二维图形裁剪的基本原理及可选用的裁剪方法。
8、试用区域编码裁剪算法的原理说明下图中线段AB和CD的裁剪过程。
C
D G
H
第3章思考题：
1、什么是三维形体的几何信息？什么是拓扑信息？
2、什么是正则集合运算？在三维造型中有什么作用？
3、在三维建模过程中，欧拉公式的作用是什么？自行设计一个三维形体，用欧拉公式检验它的合法性。
4、CSG和B-Rep实体建模方法各有什么优缺点？
5、为什么大部分的CAD系统都采用CSG和B-Rep混合表示作为形体表示的基础？
6、IGES文件的格式是如何定义的？在应用过程中主要有什么问题？
7、什么是STEP？STEP具有什么特点？
第4章思考题：
1、什么是特征？与实体建模相比，特征建模有何优点？
2、特征建模的一般过程是什么？
3、为什么说同步建模技术是CAD技术的一个新里程碑？
4、试用三维CAD系统完成一个机械零件的三维实体模型，并生成零件的二维工程图。
5、什么是KBE？它主要解决设计中的什么问题？
6、基于三维设计的优化是如何实现的？
第5章思考题：
1、什么是约束？它的作用是什么？
2、参数化设计与以往的实体建模最大的区别是什么？
3、参数驱动法与变量几何法有什么区别？
4、特征造型采用了哪一种参数化方法？
第6章思考题：
1、什么是部件？什么是部件样本？部件引用有何意义？
2、什么是零件的自由度？什么是装配约束？
3、以NX软件为例，举例说明有哪些装配约束类型。
4、何谓产品自底向上的设计与自顶向下的设计，分析这两种设计方法的特点及应用。
5、为什么要进行装配模型的简化表达？有哪些主要方法？
6、何谓部件清单？以NX软件为例，说明如何生成部件清单。
第7章思考题：
1、几何连续和参数连续有什么区别？
2、试述Bezier曲线的几何特征和两曲线拼接时应满足的条件。
3、B样条曲线与Bezier曲线的表达式有何异同？
4、什么是NURBS曲线？NURBS曲线的权因子具有怎样的几何意义？它是如何影响曲线形状的？
思考题与上机要求：
1、每章节学习结束后，学生都要求复习与预习思考题中的相关内容。
2、每位学生，要求用CAD软件完成一个中等复杂程度零件的三维设计，并以设计报告的行式上交，按约20%计入课程总成绩。
十、教学参考书及文献
1、《模具CAD基础》，机械工业出版社，2011年，王义林等编；
2、《机械CAD/CAM》，西安电子科技大学出版社，2008年，葛友华等编；
3、《模具设计基础及模具CAD》，机械工业出版社，2005年，李建军等编。十一、课程成绩评定与记载考核方式
1、课程考核及评价细则
课程考核及评价细则，详见表3。
表3 课程考核及评价细则
2、终结性考试形式：
根据考试试题的难度，可以实施开卷或闭卷考试，以卷面成绩的70%计入总成绩。
撰稿：《CAD技术基础》课程组（主笔：王义林）
审核：材料科学与工程学院本科教学指导委员会
2015－12－16