计算机辅助设计制造

1、计算机辅助设计与制造闭卷考试；考试题型：名词讲解单项选择填空综合判断简答无作业；平时成绩组成：4次试验，4次试验报告，考勤；第1章CAD/CAM概论4个看法中会有三个看法有名词讲解计算机辅助设计（CAD）:指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、部件设计、装置设计、工装设计、工程解析真实感及衬着等。计算机辅助工艺规程设计（CAPP）:指工艺人员借助计算机，依照产品制造工艺要求，交互地或自动地确定产品加工方法和方案，包括加工方法选择，工艺路线选择，工序设计等。计算机辅助制造（CAM）：广义CAM:指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，如

2、计算机加工辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与解析等。狭义CAM:平时指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成。2.CAD/CAM的4项基本功能：人机交互；图形办理功能；储藏功能；输入输出功能；3.CAD/CAM的10项任务：几何造型；工程绘图；计算解析；优化设计；有限元解析；计算机辅助设计；NC自动编程；计算机辅助测试技术；动向仿真；工程数据管理；CAD/CAM系统大体分为两类：通用集成化（CADAM,UG-II,Pro/ENGINEER,I-DEAS,CV）；单功能系统（GDS,GNC,PLOYSURE,GEMS）;5.CAD技术与CAM技术结合起来

3、，实现设计、制造一体化拥有的明显优越性：（1）有益于发挥设计人员的创立性，将他们从大量繁琐的重复劳动中解放出来。（2）减少设计、计算、制图、制表所需时间，缩短设计周期。（3）由于采用了计算机辅助解析技术，能够从多方案中进行解析、比较，选出最正确方案，有益于实现设计方案的优化。（4）有益于实现产品的标准化、通用化和系列化。（5）减少部件早车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间，提高了加工效率。（6）先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大范围内适应加工对象的变化，有益于企业提高应变能力和市场竞争力。（7）提高了产品的质量和设计、生产效率。（8）CAD/CAM的一体

4、化，使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体，经过信息的集成，在经济上、技术上给企业带来综合效益。第2章CAD/CAM系统CAD/CAM系统的组成硬件系统：计算机、储藏设备、输入设备、生产设备、输出设备。软件系统：系统软件、支撑软件、支撑软件。依照CAD/CAM系统使用计算机硬件及其信息办理方式的不同样，CAD/CAM系统的分类为：以大型计算机或小型计算机为主机的系统；工程工作站；微型计算机；依照使用的支撑软件规模大小的不同样，CAD/CAM系统分为：CAD系统（特地为完成设计任务而成立的）；CAM系统（特地面向生产系统）；CAD/CAM集成系统（特地面向CAD/CAM一体化而成立的）依照可否

5、使用计算机网络，CAD/CAM系统可分为：单机系统；网络化系统；计算机基本系统（计算机；储藏设备）：（1）主机（包括中央办理器、内部储藏器）；2）外面储藏器：磁盘类（软盘储藏器、可搬动硬盘、固定硬盘储藏器、U盘）磁带类、光盘类（光盘储藏器）；3）显示器、键盘、鼠标。输入设备（填空、选择、判断）：键盘；鼠标和控制杆；数字化仪；图形版（图形输入板）；光笔；触摸屏；扫描输入设备；语音输入设备；数据手套；地址传感器；输出设备（填空、选择、判断）：显示器；打印机；绘图机；立体显示器；3D听觉环境系统；生产系统设备加工设备（各种数控机床、加工中心）；物流搬运设备（有轨小车、无轨小车、机器人）；仓储设备（立

6、体库房、刀库等），辅助设备（对刀仪）；生产设备接口；网络设备：服务器；工作站；电缆；网卡；集线器HUB；中继器（放大信号）；路由器；网桥（用于连接不同样网路协议）；网关；CAD/CAM软件系统：分为3个层次，即系统软件、支撑软件、应用软件；（1）系统软件（3部分）：操作系统（是计算机运行工作的基础软件，所以是系统软件的核心）；计算机编程语言（是用户将所要完成的任务转变成计算机所能鉴别并执行的作业的基本工具）；网络通讯及其管理软件；2）机械CAD/CAM支撑软件（6大多数）：基本图形资源与自动绘图、几何造型、工程解析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、集成与管理。基本图形资源与自动绘图软件

7、（图形资源：CGI;GKS;PHIGS;Apollo计算机上的GMR,GPR,DIALOGUE自动绘图软件：AutoCAD;CADkey;PD;）；几何建模软件（I-Deas;Pro/E;UGII;CATIA;SolidWorks;SolidEdge）；工程解析与计算软件（SAP;ASKA;NASTRAN;ANSYS）；仿真与模拟（ADAMS）;专用设备控制程序生成;集成与管理（数据库管理系统：ORACLE;SYBASE;INGRES;FoxPro;SQL;Server）;（3）应用软件：检索与盘问软件；专用计算与算法软件；专用图形生成软件；专用数据库；专用设备接口与控制程序（含专用设备驱动程

8、序）；专用工具软件；CAD/CAM系统设计的设计原则（简答题/选择）10.1CAD/CAM系统整体原则：合用化原则；适当先进性原则；系统性原则；整体设计与分布推行原则；10.2CAD/CAM系统中硬件设备的采用原则：系统功能与能力；系统的开放性与可移植性；系统升级扩展能力；优异的性能价格比；系统的可靠性、可保护性与服务质量；10.3CAD/CAM系统中软件的采用原则：系统功能与能力配置；软件性能价格比；与硬件般配性；二次开发能力与环境；开放性；可靠性；软件供给商的综合能力；第4章图形办理技术基础图形：是由所表示物体的由几何信息和拓扑信息共同描绘的；几何信息：物体在欧氏空间中的形状、地址和大小，

9、最基本的元素是点、线、面；拓扑信息：拓扑元素（极点、边棱线和表面）的数量及其相互间连接关系。图形的几何变化只改变图形的极点坐标和面、线的表达模型的参数，不会改变他们的拓扑关系，且面、线的表达模型参数也是由相关的极点坐标所确定的。因此，从原理上讲，图形的几何变化，实际上是点的坐标变换。二维图形的基本变换：比率变换、对称变换、旋转变换、平移变换、错切变换、透视变换等。二维图形的组合变换：将一个复杂的变换，分解为几个基本变换，给出各个基本变换矩阵，尔后将这些基本变换矩阵依照分解序次相乘获取相应的变换矩阵，称之为组合变换矩阵。三维图形基本变换（7种，填空、选择、判断）：比率变换、平移变换、旋转变换、对

10、称变换、错切变换、投影变换和透视变换。工程图的生成（结合第五章组成综合题）主视图、俯视图、左视图的运算矩阵会考图形的消隐技术当沿着投射线观察三维物体时，由于物体自己某些或许其他物体的影响，造成某些线段或面被遮挡，这些被遮挡的线称为隐蔽线，被遮挡的面称为隐蔽面。将这些隐蔽线与隐蔽面除掉的过程就是所谓消隐。查找、确定并除掉隐蔽线和隐蔽面的技术即是消隐技术。消隐算法中的基本测试方法（填空、选择）：（对象空间法：对象空间是三维空间；图象空间法：图象空间是二维空间）8.1重叠测试8.2包括性测试（测试点与多边形的包括关系有两种方法，射线交点数算法、夹角求和算法）8.3深度测试（优先级测试与物体空间测试）

11、8.4可见性测试常用消隐算法9.1Warnock算法（地域细分算法）：针对平面多面体图形消隐显示的算法。（2个前提条件：（1）所显示的多面体已除掉自隐蔽面；（2）多面体的极点和边的坐标以及各极点的深度已知。）p97-p989.2Catmull曲面切割算法（曲面子分算法）p989.3Z缓冲器扫描线算法p98（深度缓冲器算法Z缓冲器算法）Z缓冲器扫描线算法是Z缓冲区消隐算法的特例。9.4扫描线算法是图形消隐中经常使用的方法。9.5深度列表排序算法（画家算法）第5章建模技术计算机内部表达：就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描绘、存储和表达现实世界中的物体及其相关的属性产品数据模型：将设计人

12、员对产品或零部件的设计思想和工程信息以拥有必然构造的数字化模型方式储藏在计算机内部，并经过适合变换供给给生产过程各个环节使用的产品模型。模型一般由数据、数据构造、算法三部分组成。产品数据模型包括：二维模型、三维线框模型、表面模型、实体模型、特点模型、集成产品模型、生物模型。建模技术：研究产品数据模型在计算机内部的成立方法、成立过程及采用的数据构造和算法的技术。包括几何建模和特点建模。几何建模：以几何信息方式和拓扑信息反响构造体的形状、地址、表现形式等数据。特点建模的看法源于以实体建模为基础，经过对部件几何要素的归纳，以零部件的设计自动化为目的，将产品的零部件设计中常用的几何体的会集定义为特点。

13、7.CAD/CAM建模的基本要求（简答）：1）建模系统应具备信息描绘的完满性；2）建模技术应贯穿产品生命周期的整个过程；3）建模技术应为企业信息集成创立条件；线框建模8.1基根源理：利用基本线索来定义设计目标的棱线部分而组成的立体框架图。8.2用这种方法生成的线框模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描绘的产品的轮廓外形。在计算机内部生成的三维映像，还可以够实现视图变换及空间尺寸的共同。8.3线框模型的数据构造表构造：（1）极点表完满地记录了个极点编号，极点坐标；（2）边表完满记录了各边的序号及边上个端点的编号。8.4线框建模特点（可能简答）：（1）所需信息量最少；（2）数据构造简单；

14、（3）占用储蓄空间小：（4）对硬件要求不高：（5）显示响应速度快；（6）存在多义性；7）不能够自动进行可见性检验及消影：（8）物体的几何特点、物理特点计算困难。（1-5为优点；6-8为弊端）表面建模：是将物体分解为组成物体的表面、边线、和极点，用极点、边线和表面的有限会集来表示和成立物体的计算机内部模型。9.1表面建模的优点：能够实现消隐、着色、表面积计算、二曲面求交、数控刀规生成、有限元网格划分等，擅长于构造复杂的曲面物体，如模具、汽车、飞机等表面。弊端是：有时产生对物体二义性理解，操作也比较复杂。9.2表面的描绘方法：平面、指纹面、辗转面、柱状面、Bezier曲面、B样条曲面、孔斯曲面、圆

15、角面、等距面。9.3表面模型的数据构造为表构造。包括极点表、棱边表、面表。9.4表面建模的特点：（可能简答）1）表达了部件表面和界线定义的数据信息，有助于对部件进行衬着等办理，有助于CAM系统直接提取相关面的信息生成数控机床的加工指令。2）在物理性能计算方面，表面建模中信息的存在有助于对物性方面和面积相关的特点计算。3）一般来说，表面建模方式生成的零部件及产品可切割成板、壳单元形式的有限元网格。（4）用户可直观的从事产品外形设计，防备表面形状设计弊端。9.5不足：1）理论上讲，曲面建模能够描绘任何复杂的构造体，但是从产品造型设计的有效性上看，曲面建模在好多场合下效率不如实体建模，特别是对不规则

16、地域的曲面办理。2）曲面建模事实上是以蒙面的方式构造部件形体，所以简单在部件建模中遗漏某个甚至某些面的办理，这就是常说的“丢面”。3）无法表达产品的立体属性。9.6曲面建模其实不适合用作表示机械部件的一般方法。实体建模10.1定义：实体建模时经过定义基本体素，利用体素的会集运算（体素法）或基本变形操作（扫描法）实现成立物体的建模方法。10.2实体建模主要包括两部分内容，及体素的定义和描绘和体素之间的布尔运算（并、交、差）。10.3体素法：经过基本体素的会集运算构造几何实体的建模方法，每一基本体素拥有完满的几何信息，是真实唯一的三维物体。天赋包括两部分内容：基本体素的定义与描绘；体素之间的会集运

17、算（交、并、差）。10.4体素可分为两大类：基本体素和扫描体素。10.5扫描法：对于表面形状较为复杂，难于经过定义基本体素加以描绘的物体，能够经过定基体的变形操作，实现物体的建模，这种成立方法称为：扫描法。10.6扫描法分为：平面廓形扫描、三维实体扫描（整体扫描）10.7扫描法需要个重量：被搬动的基体、搬动的路径。10.8实体模型的表示方法：1）界线表示法（网状数据构造）；2）构造立体几何表示法（二叉树构造）实体有效性：一般的建模系统都是赞同用户以拉伸、旋转、扫描、放样等方式自己定义体素。但是无论是基本体素还是自定义体素，都必定检查模型的有效性。若是操作者定义的体素是有效和有界的实体，且操作运

18、算符又是规范的，所生成的几何体模型也是有效和有界的。CSG是建模系统中最常用的方法。（3）混杂表示法：采用两种及两种以上的数据构造形式。目前用得最多的是CSG与B-Rep的混杂。（4）空间单元表示法10.9实体建模的特点：1）覆盖三维物体三维表面和实体同时生成；2）拥有消隐功能；3）能够完满的描绘物体的所有几何信息；4）能够实现产品的物理和几何特点的运算；5）可自行进行物体间的干涉检查；6）成为运动学解析等不能或缺的工具。特点建模11.1特点不是体素，是某个或某几个加工表面的。特点不是完满部件，拥有一定的拓扑关系。11.2依照描绘信息内容的不同样可将特点划分为：形状特点、精度特点、资料特征、技

19、术特点。形状特点：“拥有必然拓扑拓扑关系的一组几何元素组成的形状实体，它对应零件的一个或多个功能，并能被必然的加工方法所形成。”11.3特点建模的分类：依照制造方法：铸、锻、焊、机加工和注塑等特点；按部件种类：轴盘类、板块类、箱体类、自由曲面类；按在设计过程中的作用分为：基特点、正特点和负特点、主特点和辅助特点。按特点的复杂程度：简单特点和复杂特点；11.4精度特点：尺寸公差特点、形状公差特点、地址公差特点、表面粗糙度特征；资料特点：资料种类特点、性能特点、热办理特点。11.5特点建模的特点：（可能简答）1）特点建模技术是产品设计工作在更高的层次上张开，产品的开发者关心的不再是如何实现原始的线

20、条勾画呵呵体术的积聚，注意力是如何将产品的功能要素进行巧妙的组合；2）特点的引用直接表现了设计妄图，使得成立额产品模型简单为被人理解和组织生产，设计的图样更简单更正；3）特点的定义是参数化的，在详细的零部件形体设计时将各个参数赋值，快速生成需要的形体；4）特点建模技术有助于推动行业内产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化；5）特点建模技术促进了智能CAD系统和智能制造系统的开发；6）特点建模技术也是基于一致产品信息模型的CAD/CAM/CAPP集成系统的基础条件；7）特点建模技术着眼于更好地、更完满地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于成立CAD系统与CAx系

21、统、MRP系统以及EPR系统的集成化产品信息平台；11.6特点建模的表示：特点体素层、特点面关系层、特点几何元素定义层11.7特点体素的定义与几何建模中CSG表示法的体素对应，经过特点定义、操作、变换和布尔运算完成特点建模过程。特点面的模式定义包括特点面的组成、面的毗邻关系以及面的作用和属性等。特点面经过面组成空间毗邻关系，同时特点面也是加工和检测中刀具和量具的凑近表面。11.8数据构造双向链表11.9特点之间的联系：（1）继承联系位于上层的叫超类特点（父类特点），位于基层的叫亚类特点（子类特点），亚类特点能够继承超类特点的属性和方法；2）毗邻联系（3）隶属联系（4）参照联系（精度特点对形状特

22、点基准的参照关系）第7章计算机辅助工艺规程设计计算机辅助工艺规程设计（简称CAPP）：是经过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定部件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程。2.CAPP的基本组成：1）控制模块：协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制产品设计信息获取方式。2）部件获取模块：用于产品设计信息输入，有人工交互输入、从CAD系统直接获取或自集成环境下一致的产品数据模型输入两种方式。3）工艺过程设计模块（4）工序决策模块（5）工步决策模块（6）输出模块（7）产品设计数据库（8）制造资源数据库（9）工艺知识数据库（10）典型案例库11）编写工具库（12）制造工艺数据库

23、3.CAPP分为：检索式、派生式、创成式、综合式（吧创成式）、CAPP专家系统；派生式CAPP系统基根源理：利用部件GT（成组技术）代码（或企业现行部件图编码），将部件依照构造和工艺相似性进行分组，尔后针对每个部件组编制典型工艺，又称主样件工艺。工艺设计时，第一依照部件的GT代码或部件图号，确定该部件所属的部件组，尔后检索出该部件组的典型工艺文件，最后依照该零件的GT代码和其他相关信息对典型工艺进行自动化或人机交互式更正，生成符合要求的工艺文件。优点：（1）原理简单；（2）简单开发；（3）有很强的合用性；弊端：（1）柔性差，只能针对企业详细产品部件的特点开发（2）移植性差，不能用于崭新构造的部

24、件的工艺设计；创成式CAPP系统基根源理：依照部件的信息，经过逻辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地“创成”一个部件的工艺规程。特点：此类CAPP系统只能办理简单的、特定环境下的某类特定部件。技术重点和难点：（1）成组技术（2）部件信息的描绘与获取（3）工艺设计决策体系（4）工艺知识的获取及表示（5）工艺数据库的成立应用CAPP技术的意义：1）战胜传统工艺设计的限制性，大大提高了工艺设计的效率和质量，缩短了工艺设计周期，缩短了产品的设计与制造周期，提高了产品在市场上的竞争力。2）可将工艺设计人员从大量繁琐、重复性的手工劳动中解放出来，集中精力进行新产品开发。工艺装备引进和新工艺的研究

25、等创立性工作。3）能够提高企业工艺设计的规范性、标准化水平，其实不断向最优化和智能化方向发展，促进工艺设计水平的提高；4）能有效的积累和集成工艺设计人员的经验，提高企业工艺设计的继承性，有效提高世界水平，解决工艺人员实践经验不足的矛盾。7.CAPP的作用：（1）战胜传统工艺中的不足，促进工艺技术的发展；（2）为现代制造系统集成供给了技术桥梁。部件信息的输入方法可采用：人机交互式输入或从CAD图形数据库中直接提取。人机交互输入法中主要采用了成组技术代码法（GT代码法）或型面特点描绘法。成立表示部件的编码系统时，需要考虑的要素是：（1）部件种类（2）代码所表示的详细程度（3）码的构造：链式、分级式

26、或混杂式（4）代码使用的数值（二、八、十、十六进制、字母数字制）成组技术中，码的构造分为三种形式：树式构造、链式构造、混杂式构造树式构造又称分级构造，码位之间是隶属关系。包括信息量很多，但构造复杂，编码和鉴别代码不太方便。链式构造又称并列结、矩阵构造，包括的特点信息比树式构造少，但构造简单，编码和鉴别也比较方便。混杂式：系统中同时存在以上两种构造。大多数都采用混杂式。成组代码描绘：我国JLBM-1部件编码系统。型面特点描绘：几何形状特点，拓扑特点和方向特点，精度特点，资料特点，其他技术特从CAD系统直接输入部件信息：（1）特点鉴别法（2）基于三维特点造型的零件信息描绘与输入方法；（3）基于产品

27、数据交换规范（STEP）的产品建模和信息输入方法。派生式CAPP系统工作的基根源理（简答）：利用部件的GT编码，检索出相应的部件组，进而检索出相应的标准加工工艺文件及主样件工艺，尔后进行编写秀海而生成部件的工艺。部件组：对工艺相似、构造形状相似和尺寸相似的一些部件，划分为一个零件加工组，简称部件组。部件组划分：直接察见解、分类编码法、工艺流程法（工艺规程解析法）。直接察见解特点：（1）全凭经验，简单易行（2）为了已于拟定典型工艺过程和派生新工艺，一个部件组包括的部件种类不易过多或过少，对于构造简单和相似性强的部件，其部件种数一般不高出100件，对较复杂的部件，一个部件组包括的部件种类数一般或很

28、多于20种。分类编码法：JLBM-1第一到第六码位和第十三到第十五码位为特点码，7-12位不是特点码位。特点码位，相应码域用1表示。典型工艺的设计方法：复合部件法、复合工艺法。工步代码设计工艺数据办理和工艺数据库成立：（1）切削参数的确定（2）工时定额计算（1.查表法2.公式计算法）创成式CAPP系统的核心：部件信息库、工艺知识库、推理机（控制程序）三部分。四项重点技术：（1）工艺知识的获取和表达方法（2）工艺知识库的成立（3）推理机（4）部件信息库和工艺数据库的成立与管理。工艺知识的表达方法：（1）型面对应加工链法：优点是写规则比较简单；弊端：此方法试图把各种变化无常的工艺问题，用简单方法来

29、办理，难以达到合用化目的。（2）拟定工序工步字典方法：不具备通用性。工艺知识的描绘：深入描绘（框架法、语义网络法）、表层描绘（生产式规则，即“IF-THEN”模式）工艺知识库的成立一般利用软件二次开发推理机设计：推理是从已有知识推出新的事实（或结论）的过程。推理机组成：（1）运行库（2）生成库（3）推理器（4）讲解装置。推理方式为归纳推理和演绎推理。创成式CAPP系统采用基于规则的演绎推理。CAPP中，基于规则推理过程的控制策略可采用目标驱动的反向推理方式。（优点：不用告诉那些与目标没关的信息，推理过程的方向性很强。这种策略能对它的推理过程供给明确的讲解，告诉用户它所达到的目标以及为此所使用的

30、规则）第8章计算机辅助数控加工编程数控编程：依照被加工部件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程前言件，这个过程称为部件数控加工程序编制，简称数控编程。数控编程的方法：手工编程；自动编程。自动编程：语言自动编程（APT语言）和图形自动编程（交互式CAD/CAM集成化编程系统）数控加工程序的内容：1）加工工艺决策（重点要解决的问题：1.确定加工方案2.工夹具的设计与选择3.选择合理的走刀路径4.合理选择刀具5.确定合理的切削量）2）刀位轨迹计算（3）程序输入（4）数控加工程序正确性校验工件坐标系的选择原则：（1）所选的工件坐标系应使用程序编制简单

31、；（2）工件坐标系原点应选择在简单找正、并在加工过程中便于检查得地址。（3）引起的加工误差小（4）编制或生成加工程序清单数控程序指令：准备功能G指令、辅助功能M指令、工艺指令（F/S/T）图形交互自动编程的特点：（1）简单、直观、正确、便于检查（2）对实现CAD/CAM一体化极为有益（3）简单易学，在编程的过程中能够随时发现问题（4）速度快、效率高、正确性好（5）在通用的计算机上运行，不需要专用的编程机，便于普及推行。图形交互式自动编程的基本步骤：（1）几何造型（2）加工工艺决策（3）刀位轨迹计算及生成（4）后置办理（5）程序输出（程序生成）加工阶段划分：粗加工阶段（圆柱立铣刀，行切）；精加工阶段（球头铣刀，能够使用行切方式或许环切方式）切削方式：（1）点位加工（最少换刀次数和路线最短原则）（2）平面轮廓加工（环切）（3）型腔加工（两种方式：环切和行切（S形与Z形走刀）；型腔较深，分层加工）（4）曲面加工（粗加工：分层行切或环切，圆柱立铣刀；半精加工或精加工：球头铣刀，行切或环切）数控程序的检验方法（选择、填空、判断）：试切、刀具轨迹仿真、三维动向切削仿真、虚假加工仿真（头盔显示器和数据手套）刀位轨迹仿真法：刀具轨迹显示考据、刀具轨迹截面考据法（横截面、纵截面、曲截面）、数值考据法。第11章CAD/CAM系统集成对于集成