CADCAM课后习题答案

CAD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系统具有儿何建模、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一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发展阶段一CAD/CAM技

术从传统的面向零件的CAD/CAM集成阶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（ProductDataManagement）oPDM是一种管理所

有与产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）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CAPP7CAPP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，

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5.工艺文件管理和输出：

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。

2.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，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，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…

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：

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…

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,Xk-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xk+1,x,xk-1来构建一个函数g（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（Xwl,Ywl）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。视区的位置与大小同样是用矩形的左下角（Xvl,

Yvl）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，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，简记为C11。

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

n

Co

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）、儿何不变形（形状、位置仅与其特征多边形定点的位置有

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：

GO连续条件：P(1)=Q(0)；

G1连续条件：3(P3—P2)=3x(QI—QO)；P2、P3(QO)、QI三点共线；

G2连续条件：要求特征多边形P1P2、P2P3、QOQKQ1Q2四条特征边共面。

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n-k+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k—1阶连续性；曲线形状、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：(用户交流一一计划制定——风险分析——工程实施——测试与分析一

一用户评估——);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，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

4、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、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--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：

Acknowledgements

MydeepestgratitudegoesfirstandforemosttoProfessoraaa,mysupervisor,

forherconstantencouragementandguidance.Shehaswalkedmethroughallthe

stagesofthewritingofthisthesis.Withoutherconsistentandilluminating

instruction,thisthesiscouldnothavereacheditspresentform.

Second,IwouldliketoexpressmyheartfeltgratitudetoProfessoraaa,

wholedmeintotheworldoftranslation.Iamalsogreatlyindebtedtothe

professorsandteachersattheDepartmentofEnglish:Professordddd,Professor

ssss,whohaveinstructedandhelpedmealotinthepasttwoyears.

Lastmythankswoul