1、广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 1CAD 与 CAM 课后习题第一章1. 单项 CAD、CAPP 、 CAM 技术各具有哪些功能？为什么要进行 CAD/CAM 技术的集成？技术各具有哪些功能？技术的集成？系统会带来哪些优越性？集成的 CAD/CAM 系统会带来哪些优越性？答：CAD 系统具有几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能；CAPP 系统的 功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定和工时定额计算等；广义 CAM， 是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动；狭义 CAM， 是指数控程序的编制；这些各自独立的系统相互割裂，不能实现系
2、统之间信息的自动传递和转换，大量的信息资源 得不到充分地利用和共享。只有当 CAD 系统一次性输入的信息能为后续的生产制造环节（如 CAD/CAPP/CAM等）直接应用才能取得最大的经济效益。集成化的 CAD/CAM 系统借助于工程数据库技术、网络通信技术以及标准格式的产品数据 交换接口技术，把分散于机型各异的各个 CAD、CAPP 和 CAM 各功能模块高效快捷地集成 起来，实现软、硬件资源的共享，保证整个系统内的信息流畅通无阻。2、分析应用 CAD/CAM 系统进行产品开发设计的作业过程及其特征。系统进行产品开发设计的作业过程及其特征.答：作业过程-（1）创意与构思； (2)计算机辅助设计
3、与分析；（3）快速原型制造；（4）计算机辅助工艺规划；（5）计算机辅助编程；（6）虚拟制造。 特征-（1）产品开发设计数字化；（2）设计环境的网络化；（3）设计过程的并行 化；（4）新型开发工具和手段的应用。3、概述 CAD/CAM 技术的发展过程及其应用领域。 技术的发展过程及其应用领域。答：（1）单元技术的发展阶段-企业尚处于单元技术的应用阶段（2）CAD/CAM 的集成阶段-企业内应用已从二维计算机绘图朝着三维 CAD 模/CAD/CAE/CAM 集成化应用方向发展（3）面向产品并行设计制造环境的 CAD/CAM 发展阶段-CAD/CAM 技术从传统的面 向零件的 CAD/CAM 集成阶
4、段朝着面向产品并行设计、协同工作环境的方向发展。4、试分析 CAD/CAM 技术的发展趋势。技术的发展趋势。 答：CAD/CAM 技术经历五十多年的发展历程，现已成为一种应用广泛的高新技术，并产生 了巨大的生产力，有力地推动着制造业的技术进步和产业发展。目前，CAD/CAM 技术正继 续向集成化、网络化、智能化和虚拟化方向发展。5、什么是 PDM？它有哪些功能作用？说明 PDM 的实施对 CAD/CAM 集成的意义和作用？它有哪些功能作用？PDM 的中文名称为产品数据管理（Product Data Management） 。PDM 是一种管理广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 2所有与产
5、 品相关的信息和过程的技术。 PDM 功能：电子资料室管理与检索，产品配置管理，工作流程管理，项目管理功能。意义和作用：PDM 是介于数据库和应用软件的一个软件开发平台，在这个平台上可以集成 或封装 CAD、CAM、CAE 等多种开发环境和工具。因而 CAD、CAPP、CAM 系统之间的信息传递都变成了分别与 PDM 之间的信息传递，CAD、CAPP、CAM 可以从 PDM 系统中提取各自所需要的信息，各自应用处理的结果也可以放回 PDM 中去，从而可实现 CAD/CAPP/CAM 之间的信息集成。6、专家系统的基本组成有哪几部分?各部分的功能作用如何？简要描述专家系统的工作原理。（CAPP）
6、专家系统结构：人机接口模块（用户界面） 、解释模块、知识获取模块、（工艺决策）知识库、 （工艺）推理机、 （工艺）数据库。（1）知识库 知识库主要用来存放领域专家的专门知识，为推理机求解问题提供服务。 （2） 推理机 推理机是一种具有推理能力的计算机软件程序， 用来控制和协调整个系统运行 的软件机构。 （3）解释模块 解释模块是负责对专家系统推理结果作出必要解释的一组软件 程序，使用户了解专家系统的推理过程，接受所推理的结果。 （4）数据库 数据库又称动态 数据库或综合数据库，用于存储用户输入的原始数据（事实）和推理过程中的动态数据，是 专家系统当前处理所需的数据。 （5）知识获取模块 知识获
7、取模块为知识库的建立、维护和 扩充提供了一种工具手段，它应具有对领域专家知识进行处理、组织和验证的功能，以及根 据系统运行结果归纳出新知识的能力。 （6）人机接口模块 该模块是将专家和用户输入的信 息转换为系统可以接受的形式，同时把系统的推理结论为用户易于理解的形式。 工作原理： 根据用户提供的已知事实和知识库中的知识进行推理， 不断地由已知的前提推导 出未知结论，即中间结果；并将中间结果放到数据库中，作为已知的新事实进行推理，从而 把求解的问题由未知状态转换为已知状态； 在专家系统的运行过程中， 会不断地通过人机接 口与用户进行交互，向用户进行提问，并向用户作出推理结论的解释。 7、何谓 C
8、APP?CAPP 的主要作用是什么、主要作用是什么? CAPP 即计算机辅助工艺设计，利用计算机技术辅助产品制造工艺设计。作用： （1）将工艺设计人员从繁琐、重复性的劳动中解救出来，以较多的时间和精力从事更 具创造性的工作。 （2）大大缩短工业设计设计周期，提高了企业对瞬息变化的市场快速反应的能力，提高企 业产品在市场上的竞争能力。 （3）有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行继承和总结。 （4）有利于工艺设计的最优化和标准化。（5）为实现企业信息集成创造条件，便于实现并行工程、敏捷制造等先进生产制造模式。 8、CAPP 系统主要由哪部分组成？分析各组成部分的功能，系统主要由哪部分组成？分析各组成
9、部分的功能。1. 零件信息的获取： 零件信息是 CAPP 系统进行工艺过程设计的依据和对象， 零件信息的 描述和输入是 CAPP 系统的重要组成部分。 2. 工艺决策：工艺决策是以零件信息为依据，按预先规定的决策逻辑，调用相关的知识和 数据，进行必要的比较，广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 3推理和决策，生成所需要的零件加工工艺规程 3. 工艺数据库和知识库： 工艺数据库和知识库是 CAPP 系统的支撑工具， 包含了工艺设计 所要求的工艺数据和规则。 4. 人机交换界面：人机交换界面是用户的操作平台，包括系统菜单，工艺设计界面，工艺 数据/知识输入界面，工艺文件的显示。编辑和管理界面等
10、 5. 工艺文件管理和输出：一个 CAPP 系统可能拥有成百上千个工艺文件， 如何管理和维护 这些文件，按什么格式输出这些文件，是 CAPP 系统所需要完成的重要内容。工艺文件的输 出包括文件的格式化显示和打印输出等内容9、阐述快速原型制造技术原理，分析常见的 SLA、LOM、SLS 、FDM 快速原型工艺，阐述快速原型制造技术原理，形原理及其特点。 原理：设计人员可应用各种三维 CAD 系统，对产品结构进行实体造型，建立产品三维 CAD 数字模型；将已建立的产品 CAD 模型转换成一种可被快速成形系统所能接受的数据文件 （目 前绝大多数快速成形系统均采用 STL 文件格式，因 STL 文件具
11、有结构简单、易于处理的特点） ；根据 STL 文件对产品进行分层切片，将三维实体沿给定的方向切成一个个二维薄片，薄片的厚度可根据快速成形系统精度在 0.05-0.5mm 范围内选择；然后，快速成形系统根据 切片的轮廓和厚度要求，用片材、丝材、液体或粉末材料制成所要求的薄片，通过一个个二维薄片的堆积，最终完成产品原型的制造过程。 SAL：在液槽内盛有液态光敏树脂，可在紫外光照射下产生固化。工作平台位于液面之下。 成形作业时， 聚焦后的激光束或紫外光束，在液面上以给定的切片轮廓在计算机控制下进行逐点扫描，被扫描区域的光敏液产生光聚合反应，形成一个薄的固化层。当一个层面扫描完成后，工作平台下降一个薄
12、片层，在前一固化层表面再敷上一层液态树脂，以便进行下一层 扫描固化， 新固化的一层光敏液牢固地粘接在前一层上，如此重复直至整个三维产品制作完毕。特点：成形精度高，材料利用率高，表面质量好，能制造出形状复杂、比较精细的零件产品。 LOM:是利用背面带有粘胶的箔材或纸材通过相互粘结而成形。 特点： LOM 工艺方法成形速度快，成形材料便宜，无相变，无热应力，形状和尺寸精度稳 定，但成形后废料剥离费时，适合于航空、汽车等行业体积较大的制件。 SLS：是利用激光束能量，通过对粉末材料进行熔解、烧结、固化成形的一种工艺方法。 特点：取材广泛，不需要另外的支撑材料，所用的材料包括石蜡粉、尼龙粉和其他熔点较
13、低 的粉末材料。 FDM：是通过喷头挤出一束非常细的热熔塑料丝，从底层开始，按照切片软件给出的二维 切片，一层层逐层堆积，最后得到所需要的原型件。 特点：FDM 工艺无需激光系统，设备简单，运行费用低，尺寸精度高，表面质量高。由于 热熔塑料冷却速度很快，粘结强度高，故特别适合薄壁零件成形；但需要支撑，这是其不足 之处。 10、分析以设计为中心、以生产为中心以及以控制为中心的三种不同类型虚拟制造的特点， 分析以设计为中心、以生产为中心以及以控制为中心的三种不同类型虚拟制造的特点，主要解决什么问题？主要解决什么问题？ 1.以设计为中心的虚拟制造：1）在设计阶段为设计人员提供制造信息；2）使用基于制
14、造的 仿真以优化产品和工艺的设计；3）提供“在计算机制造” ，产生多个“软”样机。 主要解决“设计出来的产品将会是什么样”的问题。 广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 42.以生产为中心的虚拟制造：1）将仿真用于制造过程，以便快速低费用地评价不同的工艺 方案；2）用于资源需求规划和生产计划的产生及评价。 主要解决“这样组织生产是否合理”的问题。 3.以控制为中心的虚拟制造：1）将仿真用于控制模型和实际处理过程；2） “无缝”仿真， 使实际生产过程不断优化。 主要解决“生产过程如何控制” “这样控制是否合理、是否最优”的问题。 第二章数据结构概念：相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的
15、集合，即数据之间的关系。 （数据的逻辑结构、数据的储存结构、数据的操作运算）数据的逻辑结构：是对数据关系的一种描述，可以用一个二元组 B=（D,R）来表示，其中 D 为非空的有限数据元素（结点、记录、表目等）的集合， R 为数据元素间关系的集合（线性、树型、网状结构等） ；数据的储存结构：是数据逻辑结构在计算机储存器中的实现（顺序与链式）数据的操作运算：插入、删除、更新、检索、排序。栈：限定在表尾（栈顶）进行插入或删除操作运算的线性表，特点“先进后出” 。队列：限定在表的一端插入（队尾） ，另一端删除（对头）的特殊线性表，点“先进先出” 。文件管理：是按统一的规则与方法进行数据组织和存取的技术
16、，他把数据组织成数据文件形式，用专用的文件管理系统实现对数据的统一管理。特点：数据冗余度大；缺乏数据的独立性；无集中数据管理系统，难以保证数据的完整性与安全性。数据库系统：硬件与系统软件，核心是数据库管理系统 DBMS。数据库管理系统：对数据库及系统资源进行统一管理和控制的软件系统。特点：数据存储的独立性；应用程序的编制与开发；可以不考虑数据的存储管理和访问效率等问题；少数据冗余，实现数据共享；通过 DBMS 可实现对数据的统一管理与控制，保证了数据的正确性与保密性。数据库发展历程：层次模型(一种有序的树状结构，各结点分层布置，体现节点间“一对多”的关系)、网状模型（一种网状连通图的结构形式，
17、节点间不受过多约束，体现了事物间的“多对多”的关系） 、关系模型（是以集合论中的关系概念为基础发展起来的一种数据库模型，在关系模型中每一张二维数表可以看做是一种关系，表中每一行为一个记录，每一列为性质相同的属性关系与关系之间的联系可以通过关键码实现） 、面向对象模型、关系对象模型。当前主流模型关系模型具有数据结构简单，符合工程习惯，数据独立性高及数据基础严密等优点，工程数据库：是储存和管理工程设计所需数据的数据库，包括集合的、物理的、技术的、工艺的、以及其他技术实体特性及其相互间的关系，适合于 CAD/CAM、计算机集成制造 CIM、地理信息处理、军事指挥、控制通信等工程应用领域所使用的工程数
18、据库。与商用数据库优点：对复杂数据库类型及结构的支持；对工程数据进行动态定义与管理；具有对数据模型进行动态修改的能力。PDM：产品数据管理，是一种管理所有与产品相关的信息和过程的技术。结构：广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 5支持层、对象层、功能层、用户层。功能：电子资料室管理与检索、产品配置管理、工作流程管理、项目管理功能。共享信息的传递与交换，实现设计、制造和经营管理部门的集成化管理。局域网结构：传输媒体、服务器、工作站、网间连接器、网络软件。拓扑结构：星型网（由一个中央集线器于各个工作结点相连，其信号以线路交换方式进行传输，两结点间将没有延迟进行数据传输） ；环形网(所有结点连接
19、成圆环状，信息从一个结点传送到另一个结点)；树型网（一种多层星型网） 。常用的网络 CAD/CAM 系统模式 ：客户机/服务器模式、浏览器/ 服务器模式。可视化技术是运用计算机图形学和图像处理技术，将各工程学科中数据处理结果或处理过程中的数据转换为图形或图像的形式在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、方法与技术。常用知识的表示方法：产生式表示法（IF【条件】 THEN【结论或动作】 如果天下雨，就穿雨衣出门） 、框架表示法、面向对像表示法正向推理：根据用户提供的初始事实，在知识库中搜索能与之匹配的知识，构成一个可用知识集；然后，按某种冲突解决策略从可用知识集中选出一条知识进行推理，将推出的新事
20、实加入到数据库中作为已知的事实，此后在知识库中在选取可用的知识进行推理里，如此重复，直到得出最终结果。特点：易于实现，但目的性不强，效率低，需要启发性知识解除冲突。反向推理：首先选定一个假设的目标，然后寻找支持该假设目标的证据，若所需的证据都能够找到，则说明原假设目标是成立的；如果不能找到所需的证据，则说明原假设目标不成立，此时需另外选定新的假设。特点：不必使用与目标无关的知识，目的性强，但在选择初始目标时盲目性大，若假设不成立则可能需要多次提出假设，这也降低效率。混合推理：现根据初始事实进行正向推理以帮助提出假设，在用反向推理进一步寻找支持假设的证据，反复这个过程，直到得出结论为止。第三章数
21、表的处理：可以借助计算机算法语言中的一、二、多维数组，通过赋值的方法分别对一。二、多维数表进行的程序化处理。数据量大且共享，可以建立数据文件或存入数据库中；对于列表还可以对数表进行公式化处理。线图：简单的可以将曲线进行分割离散，将所分割为数表，然后按数表计算机处理方法进行处理；对于复杂的线图需要对线图中的每一线条分别进行编程处理；若提供线图原有的公式，只将公式编写到计算机程序当中，直接由公式求取相关的数据。线性插值：在插值点 x 附近选取两个自变量 x，x k-1 来构建一个函数 g（x）精度低；抛物线是在插值点 x 附近选取三个自变量 x k+1，x ，x k-1 来构建一个函数广西大学 -
22、x.l机械工程学院 -x.l 6g（x）精度高；相同都是构建函数 g（ x）代替原函数 f（x）来近似的取插值点 x 处函数值。不足之处：插值函数严格通过列表函数中的每个结点，而这些结点数往往通过试验所得，不可避免的带有试验误差，这样插值公式就复印了原有的结点误差；仍需将各结点数据进行储存处理，占用计算机的储存单元。函数的拟合：所构造的曲线不要求严格通过所给结点，而是尽量反映结点数据的一种变化趋势。第四章窗口：通常长定义为一个矩形框，其位置与大小在用户坐标系中一般用矩形的左下角（Xw1，Yw1）和右下角（Xw2，Yw2）表示。视区：是在图形设备上定义的矩形区域，用于输出所需要显示的图形和文字。
23、视区的位置与大小同样是用矩形的左下角（Xv1，Yv1）和右下角（Xv2，Yv2）表示。两者可以通过坐标变换进行显示。Cohen-Sutherland 算法：该算法将窗口及其周围的 8 个方位均已二进制 4 位数进行编码，该编码从 1 位到第 4 位码分别代表窗口外左、右、上、下空间的编码。优点：容易将不需要剪裁的线段挑出；可以减少对需剪裁线段与边框求交的范围。多边形的剪裁：不仅要保留窗口内的多边形部分，而且还要将窗口边界有关部分按一定次序插入被剪裁后的多边形，从而使之仍然保持为封闭区域。计算机辅助绘图有一下几种交互式绘图。优点：用户输入绘图命令及有关参数后，能实时的在图形显示设备上得到所绘图形
24、，并能直接对图形进行编辑修改，直到满意为止，整个绘图过程直观、灵活。人工干预多，效率低程序参数化绘图：输入所需的参数，有程序自动完成图形的绘制工作。特点：效率高，但每个图形绘制均需进行程序编程，用户须具有一定的编程能力。尺寸参数化绘图：如果无需对图形实体进行准确定位，而是以草图形式快速绘制图形，进行必要的尺寸标注，然后由所标注的尺寸驱动生成准确的图形，这就是尺寸参数化绘图的基本思想。特点：既具有交互式绘图的灵活性，又具有程序参数化绘图的快捷高效性。参数连续：是判断连接点处曲线方程相对于参数 u 的各阶导数连接性，如果参数曲线在连接点处具有 n 阶连续导矢，则称该曲线在该点 n 阶参数连续，简记
25、为 Cn。几何连续：是判断曲线在连接点出相对于弧长参数 s 的各阶导数的连续性，若曲线在连接点处具有关于弧长参数的 n 阶连续导矢，则称曲线在改点 n 阶几何连续，简记为 Cn。Bezier 曲线几何特征：（1） 、端点特征（曲线始、终点处的切线方向与特征多边形的首、末两边重合，其大小为首末两边长的 3 倍） （2） 、凸包性（Bezier 曲线落在由特征多边形控制顶点所构成的最小凸多边形内） （3） 、几何不变形（形状、位置仅与其特征多边形定点的位置广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 7有关与坐标系无关） （4） 、全局控制性（缺乏局部修改能力）Bezier 曲线的拼接条件：G0 连续
26、条件：P（1）=Q（0） ；G1 连续条件：3（P3P2 ）=3x （Q1Q0） ；P2、P3（Q0） 、Q1 三点共线；G2 连续条件：要求特征多边形 P1P2、P2P3、Q0Q1、Q1Q2 四条特征边共面。Bezier 曲线与 B 样条曲线区别：在基函数推递公式上引入了节点矢量 U；其二由n+1 个控制点可生成 nk+1 段 k 次 B 样条曲线段。 Bezier 曲线和定义它的特征多边形相距较远；由于局部控制性差，导致改变一个控制顶点的位置或控制点的数量时，将会影响整条曲线，需重新对区曲线进行计算。B 样条曲线弥补。B 样条曲线几何特性：局部性能好；k 次曲线具有 k1 阶连续性；曲线形
27、状、位置与坐标系的选择无关；凸包性强于 Bzeier；造型的灵活性。第六章软件工程定义：是指开发、运行、维护和修改软件的系统方法，及制定和采用合理的工程原则，以最低的成本、最短的时间、最好的质量开发出满足用户需求的软件。因此，全建工程的核心思想是把软件看做是一个工程来处理，把需要计划、可行性研究、工程审核、质量监督等工程化的概念引入到软件产品的开发设计过程，以期达到工程项目的三个基本要素精度、经费和质量的综合优化。软件开发步骤：可行性研究与计划阶段、需求分析阶段、设计阶段、软件编制、测试阶段、运行与维护阶段。瀑布模型：计划制定=需求分析= 软件设计=程序编码 =测试运行与维护。特点：无法解决软
28、件需求不明确的问题；缺乏灵活性；后期才能看到软件全貌；前面好了才能下一步进行，耽误时间。原形模型：需求收集（构造原型用户测试运行原型意见反馈原型修改补充完善构造原型） 。特点：可以处理模糊需求，开发者与用户充分交流；可作为培训环境，有利于用户培训和开发同步；易于维护，对用户更为友好；开发成本低，耗时短。螺旋模型：（用户交流计划制定风险分析工程实施测试与分析用户评估） ；特点：瀑布与原型模型的有机结合，既有原形模型的迭代特征，又有瀑布模型的系统化特征；软件产品开发过程是经过一次次迭代完成的，每迭代一次，螺旋线就增加一周，软件开发又进一个层次，系统又生成一个新版本，而软件开发时间和成本又有新的投入
29、，直到最终得到一个用户满意的软件版本。应用软件 CAD/CAM 应遵循的原则与要求：1、按照软件工程方法组织 CAD/CAM 应用软件的开发2、对开发的 CAD/CAM 软件进行准确的需求分析3、综合考虑当前技术水平和各项功能要求的特点充分发挥人和计算机的各自优势广西大学 -x.l机械工程学院 -x.l 84、具有良好的用户界面，易于用户的学习和使用5、合理确定软件支撑环境6、在软件设计初期就必须综合考虑软件版本的升级和功能的扩展7、作为工程化软件，应该具有很高的可靠性、容错性与稳定性8、编制完整的软件开发文档和用户文档。机械 CAD/CAM 应用软件开发步骤： 可行性研究、需求分析、总体设计
30、、详细设计、软件编制、软件测试、运行与维护。模块划分时应遵循的原则：保持各模块的相对独立原则；“模块内联系大、模块间联系小”的原则；层次性模块化结构。CAD/CAM 应用软件详细设计主要内容：建立数学模型和具体算法；工程设计数据资料的处理；数据结构设计；数据输入/输出过程中的人机交互方式的设计。第七章成组技术：是利用相似性原理将工程技术和管理技术集于一体的一种生产组织管理技术。Opitz 编码由九位数字组成，前五位为主码，后四位为辅码；主码用于描述零件的基本结构形状，辅码分别表示零件的主要尺寸、材料及热处理、毛坯形状和精度要求。零件分类成组的方法：编码分类（特征码位分类法、码域分类法、特征位码域分类法） ；生产流程分析法（以生产过程或加工工艺流程为主要依据的零件分类组成方式。内容：工厂、车间、单元、单台设备流程分析） ；计算机辅助零件分类法（根据零件的GT 编码，采用零件族特征矩阵来进行零件分类成组） 。设计所遵循的原则：零件信息描述的要求与内容：1、 描述的信息应准确、完整，以适合计算机的处理需要，并与实际生产相一致；2、 描述的信息应简洁易懂，易于被工程技术人员所理解与掌握，便于输入操作；3、 零件的数据结构要合理，利与计算机处理效率的提高，便于信息集成。内容包括：
