CAD／CAM技术及应用试题

大学网络教育课程考试

《CAD/CAM技术及应用》试题

考试说明：

L首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。

2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：1卷310205命002.doc。

3.网上提交起止时间:2018年5月15日8：00—6月15日18：00。

试题：

一、简答题：本大题2个小题，每小题10分，共20分。

1.简述参数化曲线的类型及特点。

2.生产管理的主要目的和内容是什么？

二、论述题：本大题20分。

某工厂生产-一批无盖金属工具箱，要求工具箱的体积为0.5m）底面面积不少于0.8m）试写出耗费金属板面积

为最小的优化设计数学模型（要求给出设计变量、约束条件和目标函数），并指出求解该优化模型的几种可行方

法。

三、三维造型题：本大题2个小题，每小题10分，共20分。

某零件的三视图和立体图如下所示。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。

四、数控编程题：本大题20分。

编写下图所示的二维外形轮廓零件的数控铳削代码，并画出走刀路线简图。刀具为中10立铳刀。

五、程序开发题：本大题20分。

编写删除循环链表第i个节点的函数：

intDeleteNode(structCircularLink*head,inti)

一、简答题

1.简述参数化曲线的类型及特点。

答：（1）贝塞尔曲线：端点特性、凸包性、几何不变性、全局控制性

（2）B样条曲线：局部性、连续性、几何不变性、凸包性、造型的灵活性

（3）NURBS曲线：为规则曲线和自由曲线提供统一的数学表示，便于工程数据库统一存取和管理

提供了控制点和权因子多种修改曲线的手段，可灵活的改变曲线形状

对节点插入、修改、分割、几何插值等处理比较方便

具有透视投影变换和仿射变换的不变性

耗费存储空间和处理时间大

2.生产管理的主要目的和内容是什么

答：生产管理的主要模块：计划管理、采购管理、制造管理、品质管理、效率管理、设备管理、库存管理、士

气管理及精益生产管理共九大模块。

目的：高效、低耗、灵活、准时地生产合格产品，为客户提供满意生产管理服务。

高效：迅速满足用户需要，缩短订货、提货周期，为市场营销提供争取客户的有利条件。

低耗：人力、物力、财力消耗最少，实现低成本。

灵活：能很快适应市场变化，生产不同品种不断开发新品种。

准时：在用户需要的时间，按用户需要的数量，提供所需的产品和服务

高品质和满意服务：是指产品和服务质量达到顾客满意水平。

二、论述题

答：设计变量金属箱的长宽高分别为x,y,z约束条件xyz=0.5,xy20.8,目标函数，S=xy+2xz+2yz

可行性方法：

线性规划如果设计问题的目标函数和约束条件都是设计变量X的线性函数，则称该设计问题为线性规划问

题。线性规划问题是优化设计问题中最简单的一种情况，利用不等式性质。

由于z="，1>[S=xy+2xz+2yz=xy+—+—>33lxy.—=3

xyyx\yx

其中xy=L=L所以X=y=l,此时满足xyN0.8这个条件，所以

yx

x=1,y=1,z=0.5

所以面积S=1+1+1=3

非线性规划如果设计问题的目标函数和约束条件中，有一个函数是设计变量工的非线性函数，则称该设计

问题为非线性规划问题。非线性规划问题是优化设计问题中最常见的，导弹结构优化设计问题一般都是非线性

规划问题。

如果目标函数可微，就可以采用间接法求解。求解无约束问题常用梯度法、牛顿法、共辄梯度法、变尺度法，

等。求解约束问题常用罚函数法、拉格朗日乘子法等。

3.准则法：由于结构优化问题的特点，准则法的到了广泛的应用。如果设计问题仅考虑应力为约束，使用满

应力法，如果仅考虑位移为约束，使用位移准则法。-一般来说，结构的强度要求是最基本的，考虑位移约束的

同时，一定要满足应力约束。此外，还要满足由工艺，材料供应和构造要求方面提出的尺寸约束。

三、三维造型题

答：

（1）长方体（底座）36X35X10三棱柱（底座求差）长方体（底座求差）

半圆柱（底座求差）长方体（侧板28X26X15求和）半圆柱（侧板大求差）

半圆柱（侧板小求差）肋板（两块求和）

（2）绘制底座草图，并拉伸

绘制侧板草图并拉伸求和

打两个半圆柱孔

四、数控编程题

答：

00001;

G40G54G90G17;

GOOX60Y0Z100;

M03S1000;

GOOZ5;

G01Z-5F50;

G41X40DOIF200;

G01Y-40,R20;

G01X-40,C15;

G01Y40,R10;

G01X-20;

G03X20R20;

G01X40,R10;

G01Y0;

G40G01X60;

GOOZ100;

M05;

M30;

五、程序开发题

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《CAD/CAM技术及应用》答卷

本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名XXX

学号XXXXXXXXXXX专业机械设计制造及其自动化学习中心XXXXXXX

总分（百分

题号一二三四五六评阅人签字

制）

成绩

一、产品数据管理（PDM）是以产品数据的管理为核心，通过计算机网络和数据库技术把企业生产过程中所有与

产品相关的信息和过程进行集成管理的技术。

（1）简述PDM系统的主要功能及其体系结构（可画简图说明）。（10分）

答：主要功能：电子仓库与文档管理、新产品配置管理、工作流程管理、分类与检索及项目管理。

体系结构：

用户层

功能层

功能层

管理层

异构硬件平台分布异构数据网络通讯服应用工具系

环境层

处理系统库处理系统务系统统

（2）指出几种基于PDM的CAD/CAM系统集成模式，并分析各自的特点。（10分）

答：1、封装模式。“封装”意味着操作可见而将数据与操作的实现都是隐藏在对象中，即把对象的属性和操

作方法同时封装在定义对象中，用操作集来描述可见的模块外部接口，用户“看不到”对象的内部结构和对

象的操作方法，但可以通过调用操作即程序部分来使用对象，充分体现了信息隐蔽原则。

封装系统可以满足以文件形式生成的所有数据的应用系统的需求，但不允许PDM系统管理文件内部的数据，

像特征、参数和装配数据等。

2、接口模式。可以把PDM看作是面向多种CAD软件的通用管理环境，采用标准数据接口建立PDM的产品配

置与多种CAD软件的装配结构之间的联系，在同一PDM的管理下，使多种CAD软件共享同一新产品结构。

接口是比封装更加紧密的集成，自动化的程度更高，不需用户参与，PDM和CAD就能交换文件内部的数据。

在CAD菜单中具有某些PDM功能，在PDM菜单中也具有某些CAD功能，像零部件号和材料信息等CAD数据

可以单向传送到PDM上。

3、集成模式。在集成模式中，PDM对所有类型的信息都提供了全自动的双向相关交换，这些信息包括产品

数据、特征数据和面向应用的数据•在CAD上能使用所有的PDM相关功能，使用户在前后一致的环境里工

作。

集成模式的实施要花费很长的时间，要与各分系统的系统经销商紧密配合，要掌握有关这两种数据结构方

面的详尽知识，还要投入大量精力云开发用户界面。

二、概述虚拟制造系统的基本构成及实施虚拟制造的关键技术。并以你所熟悉的某种机械产品为例，分析该对

产品实施虚拟制造的可行性。（20分）

答：虚拟制造系统的基本构成：

1、虚拟开发平台。该平台支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配及维修等过程，进行可加工性分析

（包括性能分析、费用估计、工时估计等）和可装配性分析。它是以全信息模型为基础的众多仿真分析软

件的集成。

2、虚拟生产平台。该平台支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远程虚拟测试、企业生产计划及调度

的优化，进行可生产性分析。

3、虚拟企业平台。被预言为21世纪制造模式的敏捷制造，利用虚拟企业的形式以实现劳动力、资源、资

本、技术、管理和信息等等的最优配置，这就给企业的运行带来了一系列新的技术要求。虚拟企业平台为

敏捷制造提供这种可合作性分析支持。

4、基于PDM的虚拟制造集成平台。虚拟制造平台就具有统一的框架、统一的数据模型，并具有开放的体系

结构。

实施虚拟制造的关键技术

1、计算机及虚拟现实技术。包括：人机接口、软件技术、虚拟现实计算平台。

2、虚拟制造应用关键技术。包括：建模、仿真、可制造性评价。

以机床为例

1、虚拟设计。产品的外观装饰、色彩搭配。

2、虚拟装配。主要包括以下几个内容：装配过程仿真，公差分析，装配工艺规划。

3、虚拟加工。主要功能模块有：CAD接口模块，NC代码翻译模块，毛坯准备模块，机床配置模块，碰撞干

涉检验模块，材料切除仿真模块。

三、某零件的三维图如下所示（从清晰性考虑，给出了两种三维图，尺寸自定）。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。（10分）

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明,并配适当的简图说明）。（10分）

答：1、该模型由以下特征部件组成：

长方体、小长文体、拉伸体、大圆柱体、小圆柱体、大孔、小孔、小圆柱孔、倒角、倒圆角。

2、a、对称拉伸一圆柱体，如图：b、拉伸另一圆柱体，如图：

C、拉伸一长文体，如图:d、拉伸曲面特征，如图:

e、创建加强筋特征，如图:f、创建孔，如图:

g、创建小孔，如图:h、倒圆角，如图:

i、孔口倒角，完成三维建模，如图:

四、采用立式数控铳床在一长方形工件毛坯上铳削如下图所示凸台（尺寸自定），使用①16nlm球头铳刀进行加

工，工件材料为铸铁。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该凸台数控加工

程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明）。（20分）

答：1、在建模环境中建立零件三维模型。

2、创建毛坯三维模型，如图：

3、在创建几何体中创建铳削几何体和设定工作坐标系

4、创建刀具，设置圆头铳刀直径16MM,及相关尺寸

5、创建操作，完成在UG中的编程，可进行2D仿真，以确认刀轨的无误。确认后，可查看铳完成后输出,

进行后置处理，可得到三坐标数控车床的G代码，从而输入机床。

1I

I

六、轴径尺寸范围、键及键槽相关尺寸如下表所示。如以数组方式存储该表,采用计算机编程语言（如C.Basic）

编写一段程序，实现如下功能：数表的定义和初始化，轴径实际尺寸的交互输入，键及键槽相关尺寸的查找,

查找结果的打印输出（要求给出程序流程图和程序源代码）。（20分）

VB源代码：

Dimdasdouble,DI(6)asdouble,B(5)asdouble,H(5)asdouble,T(5)asdouble,T1(5)asdouble

DI(0)=44:dl(1)=50:dl(2)=58:dl(3)=65:dl(4)=75:dl(5)=85:dl(6)=95

B(0)=14:B(1)=16:B(2)=18:B(3)=20:B(4)=22:B(5)=25

H(0)=9:H(l)=10:H(2)=ll:H(3)=12:H(4)=14:H(5)=14

T(0)=5.5:T(l)=6:T(2)=7:T(3)=7.5:T(4)=9:T(5)=9

T1(0)=3.8:T1(1)=4.3:T1(2)=4.4:T1(3)=4.9:T1(4)=5.4:T1(5)=5.4

Do

D=Val(inputbox(“请输入轴径的D："，“轴径选择”))

Fori=0to5

IfD>Dl(i)AndD<=D1(i+1)

Thendebug,print“轴径D="&D&”，键宽B="&B&”，键高H="&H&”，轴T="&T&”,轮毂Tl="&T1&””

Exitdo

Endif

Nexti

Debug.pintw直径D超出选择范围，请重新输入D”

LoopWhilei>5

EndSub

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《CAD/CAM技术及应用》试题(本试题页不上交)

考试说明：

1.答卷可采取打印或手写方式在A4打印纸上完成。如果手写，必须字迹工整，以便老师批阅；

2.12月8日18：00之前交学习中心；

3.下载《标准答卷模版》。

(一、二、三、四题为必做题。五、六题选做其中一题，在答题纸中写清题号即可。)

一、产品数据管理(PDM)是以产品数据的管理为核心，通过计算机网络和数据库技术把企业生产过程中所有与

产品相关的信息和过程进行集成管理的技术。

(1)简述PDM系统的主要功能及其体系结构(可画简图说明)。(10分)

(2)指出几种基于PDM的CAD/CAM系统集成模式，并分析各自的特点。(10分)

二、概述虚拟制造系统的基本构成及实施虚拟制造的关键技术。并以你所熟悉的某种机械产品为例，分析该对

产品实施虚拟制造的可行性。(20分)

三、某零件的三维图如下所示（从清晰性考虑，给出了两种三维图，尺寸自定）。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。（10分）

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（10分）

四、采用立式数控铳床在一长方形工件毛坯上铳削如下图所示凸台（尺寸自定），使用中16mm球头铳刀进行加

工，工件材料为铸铁。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该凸台数控加工程序

的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明）。（20分）

五、下图所示棘轮机构由棘轮（零件1）、棘爪（零件2）、棘轮轴（零件3）、棘爪轴（零件4）和底板（零件5）五个

零件组成。在UG中已完成五个零件的三维建模，如需继续在UG中对其进行装配建模，得到如下图所示的三维

装配模型，试给出建立该棘轮机构三维装配模型的主要步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（20

分）

六、轴径尺寸范围、键及键槽相关尺寸如下表所示。如以数组方式存储该表,采用计算机编程语言（如C、Basic）

编写一段程序，实现如下功能：数表的定义和初始化，轴径实际尺寸的交互输入，键及键槽相关尺寸的查找,

查找结果的打印输出（要求给出程序流程图和程序源代码）。（20分）

轴键键槽深度

公称径d键宽b屣高h轴t轮毂tl

>44-501495.53.8

>50-5816106.04.3

>58-6518117.04.4

>65-7520127.54.9

>75〜8522149.05.4

>85-9525149.05.4

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《CAD/CAM技术及应用》试题

考试说明：

1.首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。

2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：11031020512002.doco

3.网上提交截止时间：2014年6月17B18：00o

试题：（注：一、二、三、四题为必做题，五、六题选做其中一题，在答题纸中写清题号即可）

一、在你所了解的现代CAD/CAM技术的一些新发展中，你认为哪项新的技术最具吸引力？请将该项技术的基本

概念（或定义）、基本原理、关键技术（或典型技术）、内涵、组成、功能、体系结构、应用、发展等尽你所知

做出比较全面的介绍。（30分）

二、某工厂生产一批无盖金属工具箱，要求工具箱的体积为0.5m：',底面面积不少于0.8m',试写出耗费金属板

面积为最小的优化设计数学模型（要求给出设计变量、约束条件和目标函数），并指出求解该优化模型的几种可

行方法。（10分）

三、某零件的三维图如下所示（从清晰性考虑，给出了两种三维图，尺寸自定）。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。（10分）

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（10分）

四、采用立式数控铳床在一长方形工件毛坯上铳削出如下图所示凸面和凹台，工件材料为铸铁。凸面使用①12mm

球头铳刀进行加工，凹台使用①6mm球头铳刀进行加工。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG软

件环境下编制凸面和凹台数控加工程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明。（20分）

五、下图所示摇臂组件由手柄（零件1）、摇杆（零件2）和键（零件3）三个零件组成。如在UG中已完成三个零件

的三维建模，如需继续在UG中对其进行装配建模，得到如下图所示的三维装配模型，试给出建立该摇臂组件三

维装配模型的主要步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（20分）

六、下表为螺钉的一组标准尺寸。如以数据文件方式存储该表，采用计算机编程语言（如C、Basic）编写一段

程序，实现如下功能：数据文件的生成，螺钉公称尺寸的交互输入，该数据文件的读入，螺钉其余相关尺寸的

查找，查找结果的屏幕输出（要求给出程序流程图和程序源代码）。（20分）

螺钉公称尺寸dPbnr

30.5250.80.1

40.7381.20.2

50.8381.20.2

61381.60.25

81.253820.4

101.5382.50.4

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《CAD/CAM技术及应用》答卷

本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名—学号：专业：学习中心:

总分（百分

题号一二三四五六评阅人签字

制）

成绩

一、在你所了解的现代CAD/CAM技术的一些新发展中，你认为哪项新的技术最具吸引力？请将该项技术的基本

概念（或定义）、基本原理、关键技术（或典型技术）、内涵、组成、功能、体系结构、应用、发展等尽你

所知做出比较全面的介绍。（30分）

答：CAM是指计算机在制造领域有关应用的统称，有广义CAM和狭义CAM之分。所谓广义CAM,是指利

用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间接的各种活动,包括工艺准备、生产作业计划、

物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。其中工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机

辅助工装设计与制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料定额的编制等内容；物流过程的运行控制包括物

料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。而狭义CAM通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、

刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。

CAM中核心的技术是数控加工技术。数控加工主要分程序编制和加工过程两个步骤。程序编制是根据图纸或

CAD信息，按照数控机床控制系统的要求，确定加工指令，完成零件数控程序编制；加工过程是将数控程序

传输给数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床，使刀具和工件严格按执行程序的规定相对运动，加

工出符合要求的零件。作为应用性、实践性极强的专业技术，CAM直接面向数控生产实际。生产实际的需求

是所有技术发展与创新的原动力，CAM在实际应用中已经取得了明显的经济效益，并且在提高企业市场竞争

能力方面发挥着重要作用。

我国CAD/CAM技术的研究始于20世纪70年代，当时主要集中在少数高校及航空领域等极小范围。80年代

初，开始成套引进CAD/CAM系统，并在此基础上进行开发和应用；同时国家在CAD/CAM技术应用开发方

面实施重点投资，支持对国民经济有影响的重点机械产品CAD进行开发和研制，取得了一些成果，为我国

CAD/CAM技术的发展奠定了基础。90年代初，经国务院批准，由国家科委牵头开始实施以“甩掉图板”为突

破口的CAD应用工程；“十五”期间，CAD应用工程与CIMS工程合并实施制造业信息化工程，这些工作极

大地促进了CAD/CAM技术在我国制造工程领域的推广和普及。

二、某工厂生产一批无盖金属工具箱，要求工具箱的体积为0.5疝‘，底面面积不少于0.8m?,试写出耗费金属板

面积为最小的优化设计数学模型（要求给出设计变量、约束条件和目标函数），并指出求解该优化模型的几

种可行方法。00分）

答：设计变量金属箱的长宽高分别为x,y,z约束条件xyz=0.5,xy20.8,目标函数，S=xy+2xz+2yz

可行性方法：

线性规划如果设计问题的目标函数和约束条件都是设计变量X的线性函数，则称该设计问题为线性规划问

题。线性规划问题是优化设计问题中最简单的一种情况，利用不等式性质。

由于z=£^,所以s=xy+2xz+2yz=*丫+,+工23：

其中xy=L=L,所以x=y=l,此时满足xyN0.8这个条件，所以

yx

x=1,y=1,z=0.5

所以面积S=1+1+1=3

非线性规划如果设计问题的目标函数和约束条件中，有一个函数是设计变量工的非线性函数，则称该设计

问题为非线性规划问题。非线性规划问题是优化设计问题中最常见的，导弹结构优化设计问题一般都是非线性

规划问题。

如果目标函数可微，就可以采用间接法求解。求解无约束问题常用梯度法、牛顿法、共轲梯度法、变尺度法，

等。求解约束问题常用罚函数法、拉格朗日乘子法等。

4.准则法：由于结构优化问题的特点，准则法的到了广泛的应用。如果设计问题仅考虑应力为约束，使用满

应力法，如果仅考虑位移为约束，使用位移准则法。一般来说，结构的强度要求是最基本的，考虑位移约束的

同时，一定要满足应力约束。此外，还要满足由工艺，材料供应和构造要求方面提出的尺寸约束。

三、某零件的三维图如下所示（从清晰性考虑，给出了两种三维图，尺寸自定）。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。（10分）

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（10分）

答：L形状特征：底座圆盘，凸台，加强筋，沉头孔，倒角，圆角

2.步骤如下

1）用回转实体做出圆盘

2）拉伸实体做出加强筋

3）使用圆形阵列，步骤2的加强筋

4）用孔工具做出沉头孔

5）方法同步骤3,圆形阵列沉头孔

6）圆角，倒角修饰下即可

四、采用立式数控铳床在一长方形工件毛坯上铳削出如下图所示凸面和凹台，工件材料为铸铁。凸面使用中12nlm

球头铳刀进行加工，凹台使用①6mm球头铳刀进行加工。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG

软件环境下编制凸面和凹台数控加工程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明。（20分）

答:

步骤：1创建程序并命名

2创建刀具直径12和直径6,指定加工几何体和毛坯

3创建粗加工方法，用型腔铳(mill—contour-CAVITY-mill)

刀具直径12,余量留0.5mm

4创建精加工方法，铳凸台，用曲面铳(mill—contour—fixed—contour)刀具直径6

5创建精加工方法，使凹面，使用深度加工轮廓(mill-contour-ZLEVEL—profile)刀具直径6

6最后光底面，采用挖槽，刀具D10,因为这样可以节约换刀时间，这里需要在切削层里面选择仅

在范围底部

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《CAD/CAM技术及应用》试题

考试说明：

1.首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。

2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。11031020512002.doco

3.网上提交截止时间：2014年12月17日18：00。

试题：（注：一、二、三、四题为必做题，五、六题选做其中一题，在答题纸中写清题号即可。）

一、简要叙述产品数据管理（PDM）的基本概念、基本功能、体系结构，并分析在企业实施产品数据管理（PDM）

的意义。（20分）

二、简要叙述有限元分析的基本原理、主要步骤和能够完成的主要任务。（20分）

三、某零件的三维图如下所示（从清晰性考虑，给出了两种三维图，尺寸自定）。

（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成（绘简图说明）。（10分）

（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（10分）

四、采用立式数控铳床在一长方形毛坯工件上铳削如下图所示凸模（尺寸自定）,工件材料为铸铁,先使用①20mm

圆柱平底立铳刀进行底面和侧面加工，再使用①12mm球头铳刀进行上表面加工。如采用UG软件进行数控

加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该凸模数控加工程序的步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的

简图说明）。（20分）

五、下图所示机构由如下七个零件组成。在UG中已完成七个零件的三维建模，如需继续在UG中对其进行装配

建模，得到如下图所示的三维装配模型。试给出建立该机构三维装配模型的主要步骤（分步骤进行文字说

明，并配适当的简图说明）。（20分）

bracketsIdprt

u-jointj^n2.sldprtyokejemale.sidprt

六、某线图的五个点如下左图所示，各点坐标如右表所示。(20分)

(1)采用最小二乘法进行线性拟合，方程形式为y=ax+b,试绘出求线性方程系数a、b的计算机程序流

程图。

(2)采用某种计算机编程语言(如C、Basic),编写求线性系数方程a、b的源程序。

序号X坐标Y坐标

111.4

221.5

331.7

442.2

553

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《CAD/CAM技术及应用》答卷

本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。签名

学号专业___________________学习中心

一、简要叙述产品数据管理（PDM）的基本概念、基本功能、体系结构，并分析在企业实施产品数据管理

（PDM）的意义。

答：

1.产品数据管理（PDM）概念：

是一门用来管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术”。这个定义从广义的角度解释

了PDM技术。但就现阶段PDM的发展情况而言，给出一个较为具体的定义：“PDM技术以软件技术为基础，是

一门管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文档数据库记录等）和所有与产品相关的过程（包括审

批/发放、工程更改、一般流程、配置管理等）的技术。提供产品全生命周期的信息管理，并可以在企业范围

内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境。”

2.PDM的主要功能：

PDM为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息以及与产品相关的机制和技术。PDM系统包含

多项功能，从面向应用与系统支持的功能来看，包括电子仓库（电子数据存储、电子保险箱、电子资料室）、面

向应用的使用功能，如文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库、项目管理等实用化支持功能。从

软件功能模块组成来看，包括电子数据存储和文档管理、工作流程管理、产品结构管理、分类与检索管理、项

目管理、集成接口、用户化工具等。

3.PDM系统的体系结构：

可以分解为以下四个层次的内容：

第一层是支持层。目前流行的商业化的关系型数据库是PDM系统的支持平台。关系型数据库提供了数据

管理的最基本的功能。如存、取、册！I、改、查等操作。

第二层是面向对象层（产品主题化层）。由于商用关系型数据库侧重管理事务性数据，不能满足产品数据

动态变化的管理要求。因此，在PDM系统中，采用若干个二维关系表格来描述产品数据的动态变化。PDM系统

将其管理的动态变化数据的功能转换成几个，甚至几百个二维关系型表格，实现面向产品对象管理的要求。

第三层是功能层。面向对象层提供了描述产品数据动态变化的数学模型。在此基础上，根据PDM系统的

管理目标，在PDM系统中建立相应的功能模块。一类是基本功能模块，包括文档管理、产品配置管理、工作流

程管理、零件分类和检索及项目管理等；另一类是系统管理模块，包括系统管理和工作环境。系统管理主要是

针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全与正常运行的功能模块。工作环境主要保证各类不同的用户能够

正常、安全、可靠地使用PDM系统，既要求方便、快捷，又要求安全、可靠。

第四层是用户层，包括开发工具层和界面层。不同的用户在不同的计算机上操作PDM系统都要提供友好

的人机交互界面。根据各自的经营目标，不同企业对人机界面会有不同的要求。因此，在PDM系统中，通常除

了提供标准的、不同硬件平台上的人机界面外，还要提供开发用户化人机界面的工具，以满足各类用户不同的

特殊要求。

整个PDM系统和相应的关系型数据库（如Oracle都建立在计算机的操作系统和网络系统的平台上。同

时，还有各式各样的应用软件，如CAD、CAPP、CAM、CAE、CAT、文字处理、表格生成、图象显示和音像转换

等等。在计算机硬件平台上，构成了一个大型的信息管理系统，PDM将有效地对各类信息进行合理、正确和安

全的管理。

4.在企业实施产品数据管理（PDM）的意义：以往计算机技术在工程领域的广泛应用主要表现在工具的

自动化方面。例如在工程部门普遍使用计算机辅助计算、设计、分析、仿真、加工和工艺规划等技术，明显提

高了产品的设计和制造水平；在管理部门广泛使用计算机办公自动化技术，大大提高了各职能部门的劳动生产

率；在生产制造部门积极推广计算机实时测量和控制技术，在保证产品质量方面取得显著的效果。计算机作为

工程自动化技术的工具，在各行各业中所起的重要作用已经是无可质疑。根据一分为二的观点，计算机变手工

作业为自动化操作，无疑提高了生产力，同时对原来手工管理体系也带来巨大的冲击。无论是制造业，还是各

种各样的设计院，现有的面向纸介质的信息管理体系无法适应电子信息时代的要求。因此，人们迫切需要一种

电子化的管理手段，改变现行的落后的生产关系，进一步解放计算机技术创造的前所未有的生产力，巩固和加

强企业的竞争能力。PDM就是一门计算机管理产品整个生命周期内全部信息的电子化的管理技术。它对产品开

发过程的TQCS指标将产生巨大影响，彻底改变历来作坊式的产品开发模式和知识私有的状况，快速形成团队

式的产品开发队伍，成倍提高现有的劳动生产率，为整个企业的信息集成和迈向国际先进行列打下坚实的基础

二、简要叙述有限元分析的基本原理、主要步骤和能够完成的主要任务。

答：

1.有限元分析的基本原理

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互

连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构

的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代

替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成

为行之有效的工程分析手段。

2.有限元分析的主要步骤

有限元求解问题的基本步骤通常为：

第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。

第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离

散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网格越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越

精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。

第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件

的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。

第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单

元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学

中称刚度阵或柔度阵）。

第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散

域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数

（可能的话）连续性建立在结点处。

第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组•联立方程组的求解可用直接

法、迭代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准

则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。

3.有限元分析的能够完成的主要任务：

最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方

法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够毕竟于精确值。

现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构线性、流体动力学和耦合

场问题的求解。例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题，需要结构场

和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即“热力耦合”的问题。当流体在弯管中流动时，流体压力会

使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动。这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交

叉迭代求解，即所谓“流固耦合”的问题。

三、某零件的三维图（1）分析指出该零件由哪些形状特征组成。（2）简述用UG实现下图所示零件三维造型

的步骤。

答：

1.形状特征：底座圆盘，凸台，加强筋，沉头孔，倒角，圆角

2.步骤如下：

1）用回转实体做出圆盘

2）拉伸实体做出加强筋

3）使用圆形阵列，步骤2的加强筋

4）用孔工具做出沉头孔

5）方法同步骤3,圆形阵列沉头孔

6）圆角，倒角修饰下即可

四、采用立式数控铳床在一长方形毛坯工件上铳削如下图所示凸模（尺寸自定），工件材料为铸铁，先使

用力20mm圆柱平底立铳刀进行底面和侧面加工，再使用中12nm球头铳刀进行上表面加工。如采用UG软件进

行数控加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该凸模数控加工程序的步骤

答：

1.创建程序并命名。

2.创建刀具直径12和直径6,指定加工几何体和毛坯。

3.创建粗加工方法，用型腔铳（mill—contour—CAVITY-mill）刀具直径12,余量留0.5mm。

4.创建精加工方法，铳凸台，用曲面铳（mill—contour—fixed—contour）刀具直径6。

5.创建精加工方法，使凹面，使用深度加工轮廓（mill—contour一ZLEVEL一profile）刀具直径12mm。

6.最后光底面，采用挖槽，刀具D10,因为这样可以节约换刀时间，这里需要在切削层里面选择仅在范

围底部。

六、某线图的五个点如下左图所示，各点坐标如右表所示。

（1）采用最小二乘法进行线性拟合，方程形式为y=ax+b,试绘出求线性方程系数a、b的计算机程序流

程图。

（2）采用某种计算机编程语言（如C、Basic）,编写求线性系数方程a、b的源程序。

答：

1.由定义x=[l2345],y=[1.41.51.72.23]得到插补值函数

P(x)=yJo(x)+y2li(x)+y3l2(x)+y4l3(x)+y514(x)即所求流程图。

2.编程：

xOffset=1;

if(nargin==2)||...

(nargin=3&&ischar(varargin{3}))||…

(nargin==4&&(^ischar(varargin{4})||strcmp(varargin{4},'extrap')));

xOffset=0;

end

ppOutput=false;

%PP=INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')

ifnargin>=4&&ischar(varargin{3})&&isequalCpp),varargin{4})

ppOutput=true;

if(nargin>4)

errorCMATLAB:interpl:ppOutput*,…

'Use4inputsforPP=INTERP1(X,Y,METHOD,''pp')

end

end

%ProcessYinINTERP1(Y,...)andINTERP1(X,Y,...)

y=varargin{1+xOffset);

sizy=size(y);

%ymaybeanNDarray,butcollapseitdowntoa2DyMat.IfyMatis

%avector,itisacolumnvector.

ifisvector(y)

ifsize(y,1)==1

%Prefercolumnvectorsfory

yMat=y.';

n=siz_y(2);

else

yMat=y;

n=sizy(1);

end

ds=1;

prodDs=1;

else

n=siz_y(1);

ds=siz_y⑵end);

prodDs=prod(ds);

yMat=reshape(y,[nprodDs]);

end

%ProcessXinINTERP1(X,Y,...),orsupplydefaultforINTERP1(Y,...)

ifxOffset

x=varargin{xOffset);

if^isvector(x)

errorMATLAB:interpl:Xvector','Xmustbeavector.?;

end

iflength(x)~二n

ifisvector(y)

error('MATLAB:interpl:YInvalidNumRows，,...

'XandYmustbeofthesamelength.*)

else

error(*MATLAB:interpl:YInvalidNumRows，,

*LENGTH(X)andSIZE(Y,1)mustbethesame.');

end

end

%Prefercolumnvectorsforx

xCol=x(:);

else

xCol=(l:n)';

end

%ProcessXIinINTERP1(Y,XI,...)andINTERP1(X,Y,XI,...)

%AvoidsyntaxPP=INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')

if^ppOutput

xi二varargin{2+x0ffset);

siz_xi=size(xi);

%ximaybeanNDarray,butflattenittoacolumnvectorxiCol

xiCol=xi(:);

%ThesizeoftheoutputYI

ifisvector(y)

%Yisavectorsosize(YI)==size(XI)

siz_yi=siz_xi;

else

ifisvector(xi)

%YisnotavectorbutXIis

siz_yi=[length(xi)ds];

else

%BothYandXIarenon-vectors

siz_yi=[siz_xids];

end

end

end

ifxOffset&&Isreal(x)

error(*MATLAB:interpliComplexX,,yXshouldbearealvector.?)

end

if^ppOutput&&^isreal(xi)

error(JMATLAB:interpl^omplexInteppPts,,…

'TheinterpolationpointsXIshouldbereal.*)

end

%ErrorcheckforNaNvaluesinXandY

%checkforNaN's

ifxOffset&&(any(isnan(xCo1)))

error(*MATLAB:interpliNaNinX*,*NaNisnotanappropriatevalueforX.');

end

%NANSareallowedasavalueforF(X),sinceafunctionmaybeundefined

%foragivenvalue.

ifany(isnan(yMat(:)))

warningMATLAB:interpl:NaNinY",...

['NaNfoundinY,interpolationatundefinedvalues\n\t，,...

'willresultinundefinedvalues.']);

end

if(n<2)

ifppOutput||"isempty(xi)

error(*MATLAB:interpl:NotEnoughPts，,...

'Thereshouldbeatleasttwodatapoints.*)

else

yi=zeros(siz_yi,superiorfloat(x,y,xi));

varargout{1}=yi;

return

end

end

%ProcessMETHODin

%PP=INTERP1(X,Y,METHOD,Jw)

%YI二INTERP1(Y,XI,METHOD,...)

%YI=INTERP1(X,Y,XI,METHOD,...)

%includingexplicitspecificationofthedefaultbyanemptyinput,

ifppOutput

ifisempty(varargin{3})

method='linear';

else

method=varargin{3};

end

else

ifnargin>=3+x0ffset&&^isempty(varargin{3+x0ffset))

method=varargin{3+xOffset};

else

method='linear';

end

end

%Thev5option,'*method',assertsthatxisequallyspaced.

eqsp=(method(1)=';

ifeqsp

method(1)=口；

end

%INTERP1([X,]Y,XI,METHOD,Jextrap)andINTERP1([X,]Y,Xi,NETI10D,EXTRAPVAL)

if〜ppOutput

ifnargin>=4+x0ffset

extrapval=varargin{4+x0ffset};

else

switchmethod(1)

C,，，，，i

s,p,c}

extrapval='extrap';

otherwise

extrapval=NaN;

end

end

end

%Startthealgorithm

%WenowhavecolumnvectorxCol,columnvectoror2DmatrixyMatand

%columnvectorxiCol.

ifxOffset

if〜eqsp

h=diff(xCol);

eqsp=(norm(diff(h),Inf)<=eps(norm(xCol,Inf)));