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1、CAD/CAM技术 第三章第三章 CAD/CAM技术 本章本章 学习目标学习目标 学会采用适当方式处理工程设计学会采用适当方式处理工程设计 中不同形式数据中不同形式数据 了解数据管理几种方法的特点了解数据管理几种方法的特点 掌握数据库的基础知识掌握数据库的基础知识 重点：重点：静态和动态数据的概念； 数据程序化处理技术； 数表公式化处理。 难点难点：工程数据库管理系统 SQL Server数据库及其应用 CAD/CAM技术 学习内容学习内容 1.数据处理技术 2.数据程序化处理技术 3.数据文件化处理技术 4.数据库处理技术 CAD/CAM技术 第一节 数据处理技术 数据 所谓数据是指能够被计
2、算机识别、存储和加工处理的信息载 体，用以反映客观世界的事实，是可以区分其特征的符号， 如字符、数字、文本、声音、图形、图表、图像等。 数据结构 是指数据之间的关联和组织形式，用来反映数据的内部构成 ，即一个数据由哪些成分数据构成，以什么方式构成，呈现 什么结构形式，其目的是为了提高算法的效率，它通常与一 组算法的集合相对应，通过这组算法集合可以对数据结构中 的数据进行某种操作。 CAD/CAM技术 机械CAD/CAM中的数据的分类 （1）静态数据 （2）动态数据： 特性基本保持不变 如各类国标中提供的零件标 准系列、材料参技术要求形 状公差、尺寸误差和表面粗 糙度，另外还有零件名称、 零件代
3、号、零件重量、几何 中心等信息。 CAD/CAM技术 机械CAD/CAM中的数据的分类 （1）静态数据 （2）动态数据： 是由用户输入的数据在程序 运行过程中产生的， 可以由程序设计的其它模块调 用，或者是各子系统中的中 间结果数据，如CAD和 CAE以及CAM之间的数据传递 。这类数据随不同产品的变化 而变化，故称为动态数据 CAD/CAM技术 数据结构分为:物理结构和逻辑结构 数据在物理存储设备中的存放形式称为物理结构 亦称存储结构，是数据结构在计算机中的映象。 数据之间的逻辑关系称为逻辑结构，是用户程序 操作数据的根据，一种数据的逻辑结构，可以用不同的 物理结构来实现 。 CAD/CAM
4、技术 机械CAD/CAM中常用的三种数据处理方法： 数据程序化处理 数据文件化处理 数据库处理 CAD/CAM技术 第二节 数据程序化处理技术 数表的程序化 数表的公式化 线图的程序化 数据程序化处理方法是将设计中需要使用的数表数据以某种形 式编制在应用程序中，数据直接面向应用。 CAD/CAM中需要将 各种表格数据和曲线图表编入程序预先存入计算机中，以便设计 时由程序自动检索和调用，提高设计的自动化程度 这就涉及各种计算机数据处理技术 设计数据或资料的计算机常用处理方法： CAD/CAM技术 机械CAD/CAM中涉及的数表可归纳为两类： 第一类数据表中的数据为一些不同对象的各种常数数表，彼此
5、间无明显的 关联性，也不存在函数关系，只有对象和常数之间的一一对应关系。这类数 表比较简单，只有一组数据，如模具设计中常用到的材料性能表、标淮零件 的尺寸参数、拉深时的单位压力数据表，橡胶压缩量与单位压力关系数据表 （如下表所示）等。 第二类数表中的数据之间存在函数关系，用以表达工程中某些复杂问题参 数之间的关系，如三角函数表或离散型的实验数据，这类数据之间的关系可 用某个理论公式或经验公式表示。表中为一些离散的数据，但是这些数据是 一些离散点上对应的函数值，这种数据表格表达的函数称为列表函数。机械 CAD/CAM中绝大部分数据均为列表函数。 橡胶压缩量与单位压力值关系 压缩量 / 10152
6、0253035 单位压力 / MPa 0.260.500.741.061.522.10 CAD/CAM技术 数表的程序化 将数表(含线图离散化而成数表)中的数据编入程序，存入一维、二维 或多维数组，再根据已知条件自动检索和调用所需数据 例1：将表中为标准螺孔底孔尺寸进行数组化处理 标准螺孔底孔尺寸标准螺孔底孔尺寸 公称尺寸M MM4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M12 M14 M16 M18 M20 底孔尺寸d d3.3 4.2 5.0 6.0 6.7 7.7 8.5 10.2 11.9 13.9 15.4 17.4 定义2个一维数组，将数表中的数值赋值于各自的数组，使之初始化 数表
7、程序化的C语言初始化赋值语句： float m12= 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20 ; float d12=3.3 ,4.2 ,5.0 ,6.0,6.7,7.7,8.5,10.2,11.9,13.9 ,15.4,17.4 ; 可用d0=3.3表示M4的底孔尺寸，d1=4.2表示M5螺孔的底孔尺寸 若已知螺孔公称尺寸 mi，就可相应的检索出螺孔底孔尺寸 di CAD/CAM技术 例2：二维数表 基本尺寸181830308080120 120180180260260360260360500 凸模公差0.020 0.0200.0200.0250.0
8、300.0300.0350.0400.050 凹模公差0.020 0.0250.0300.0350.0400.0450.0500.0600.070 在数表程序化时，二维数组存放凸模、凹模的制造公差， 先进行基本尺寸的判断， 然后找到对应的数组和凸模、凹模公差值。 CAD/CAM技术 二维数表程序化C程序代码： #include void main() int i,basicdim; /定义基本尺寸变量 float punchtol, dietol; /定义凸模公差和凹模公差变量 float alltole92; /有92个元素的二维数组，元素类型均为实型 int d9; /有9个元素的一维数组
9、，元素类型均为实型 alltole 00= 0.020; alltole 01= 0.020;/赋值alltole92 alltole 10= 0.020; alltole 11= 0.025; alltole 80= 0.050; alltole 81= 0.070; d0=18; d1=30; d2=80; d3=120; d4=180;/赋值D9 d5=260; d6=360; d7=360; d8=500; printf(“Now Input the basicdim value:“); /输入basicdim scanf(“%d“, for (i=0;i di dietol=allt
10、ole i+11; if (basicdim d8) punchtol= alltole 80; dietol=alltole 81; printf(“punchtol=%f,dietol=%fn“,punchtol,dietol); /输出 CAD/CAM技术 数表公式化处理 必要性: 1.数表程序化存在占用计算机资源和存储空间多、计算机 检索时间长、独立性差、数据可修改性差的缺点 2.机械CAD/CAM过程中涉及的数表数据具有离散性的特 点，在相邻两数值点之间的函数值只能选取相近的数据 ，会带来计算误差， CAD/CAM技术 数表公式化处理 适用对象:数据间存在联系或函数关系的第二类列表函
11、数 数表公式化处理主要方法: 函数插值方法 函数拟合方法 CAD/CAM技术 函数插值 适用情况: 列表函数中存在某种关系，反映了某种连续的规律性，表现形式 是在一系列点处存在值，但是其函数解析式未知，需要构造一个 简单函数作为列表函数的近似表达式. 列表函数有解析式，但计算复杂，不便于使用，需要用一个比较 简单且易于计算的函数去近似代替它 . CAD/CAM技术 代数插值 用代数多项式来作为近似函数的方法叫做代数插值，所要 构造的插值多项式. 根据所选取的节点的个数， 可分为拉格朗日、抛物线插值和线性插值。 CAD/CAM技术 拉格朗日插值 基函数 ： CAD/CAM技术 拉格朗日多项式 C
12、AD/CAM技术 拉格朗日插值的C程序代码 # include # define MAX_N 20 /定义（x_i,y_i）的最大维数 typedef struct tagPOINT /点的结构 double x; double y; POINT; int main() int n; int i,y; POINT pointsMAX_N+1;double lMAX_N+1; double x, tmp, lagrange=0; printf(“ nInput n value:”); /输入被插值点的数目 scanf(“%d”, if (nMAX_N) printf(“The Input n i
13、s larger than MAX_N, please redefine the MAX_N.n”); CAD/CAM技术 return 1; if (n= 0) printf(“Please Input a number between l and %d. n”, MAX_N); return 1; /输入被插值点(x_i,y_i) printf(“Now Input the (x_i,y_i), i=0, %d: n”, n); for (i=0; i=n;i+) scanf(“%lf%lf”, printf(“Now Input the x value:”); /输入计算拉格朗日插值多项
14、式的x值 scanf(“%lf”, for (i=0; i=n;i+) for (j=0; tmp=1; j=n; j+) if (j= =i) continue; tmp=tmp*(x-pointsj.x)/ (pointsi.x- pointsj.x); /tmp是拉格朗日基函数 lagrangelagrange+tmp*points_i.y; printf(“lagrange(%f)=%fn”,x, lagrange); /输出 return 0； CAD/CAM技术 抛物线插值 当n=2时，拉格朗日插值即为抛物 线插值，也叫二次插值，即用二次 曲线去逼近复杂曲线 CAD/CAM技术 线
15、性插值 当n=1时，拉格朗日插值即为线 性插值，也叫两点插值 CAD/CAM技术 函数拟合 函数拟合（曲线拟合）:是采用连续曲线近似刻画或比拟 平面上离散点组所表示的坐标之间的函数关系的一种数 据处理方法，即用解析表达式yf(x，c）逼近离散数据 ，从而反映量x与y之间的依赖关系。 在机械CAD/CAM过程中，对于情况较复杂的实际问题 可直接使用数据表建模，寻找简单的变量之间的函数关 系，应用曲线拟合方法反映数据的变化趋势，而不是如 插值法中要求所求函数都通过节点。 函数拟合有多种方法，最常用的为最小二乘法 CAD/CAM技术 最小二乘法原理（线性拟合） 若列表函数所有节点基本上呈现线性变化规律，用直线方程 f(x) = a + b x 描述 选取系数 a, b，使偏差平方和最小，就是最小二乘法的实质 最小二乘法处理的任务就是求直线方程中的待定系数a和b 最小二乘法步骤 在坐标纸上标出列表函数各节点数据，并根据其趋势绘出 大致的曲线 根
