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CAD/CAM期末复习第一章 概述1、 CAD和CAM基本概念和广义概念。CAD：以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作 CAM: 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2、 了解CAD、CAM、CAPP技术的发展史。1. 形成期（20世纪50年代）出现阴极射线管（CRT）;2. 发展期（20世纪60年代和70年代）提出交互式绘图的概念，光笔出现，开始了交互式绘图；显示器价格下降，CAD用户快速增长，形成CAD产业。3. 成熟期(20世纪80年代) 超大规模集成电路的出现；相应的软件技术迅速提高；实体造型技术成为主流 。4. 开放式、标准化、集成化和智能化时期(20世纪90年代) CAD技术已不停留在过去单一模式、单一功能、单一领域的水平 ，一些工业先进国家和国际标准化组织都在从事标准接口的开发工作 ，出现集成化的CAD/CAM系统和一批商品化的集成软件。第二章 CAD/CAM系统 1、独立式CAD/CAM系统有哪几类，有何特点？ 主 机 型工程工作站 微机系统 定 义 也称集中式，以一台大中型计算机为主机，支持多个终端运行。 具有较强针对性的软硬件配套系统（交钥匙系统 ）。 以个人计算机环境和分布式网络环境为前提的高性能计算机。 优 点 一个主机，多个终端共享一个CPU；共享资源，集中管理；计算速度快。 供应商按用户需要提供，无需用户进行新的开发；效率较高，具有良好的人机界面。 提高用户的工作效率，具有分布式计算功能，能够支持复杂的CAD作业，支持多任务进程，PC机成本低。缺 点 主机故障，所有用户中断；用户增加，系统响应变慢。 扩展能力差。 速度慢，处理能力差。2、CAD/CAM的软件系统组成？系统软件、支撑软件、应用软件3、了解典型的支撑软件有哪些？ 图形处理软件：如AutoCAD，CAXA；几何建模软件I-DEAS、Pro-E、UG、Cimatron；数据库管理系统：FoxBASE，FoxPRO，工程数据库；工程分析及计算软件：仿真软件Moldflow,Dynaform；有限元分析软件ansys；优化方法软件；机构分析及机构综合的软件；系统动态分析软件；文档制作软件WPS、WORD4、CAD/CAM应用软件按工作方式可分为哪几种类型？了解其工作原理。1检索型 人们预先将已定型的产品资料(图样、技术文件等)存入计算机，并设计检索程序 通用性差，由于设计过程中不提供人工干预功能，所以不适于新产品的开发设计。2自动型自动型系统是设计者预先将待解决的问题建立数学模型，找到目标函数，将其求解过程编成程序输入计算机的系统。 适用于事先能够用数学模型描述的一类设计问题。3交互型 利用输入、输出设备，通过人机对话的方式工作的。 适合于新产品的设计、开发工作。4智能型 是在CAD/CAM系统中引入人工智能技术。首先搜集领域内专家的知识和经验，建立知识库；其次是设置推理机构，在求解问题时，模仿人类专家进行思维与决策；第三章 CAD/CAM软件开发基础 1、工程数据程序化方法有哪些？分别适用于什么条件？数值程序化：1、数组形式（一组单一、严格又无规律） 2、数学公式计算（一组单一、严格又有规律）数表程序化：1、直观输出法（数表幅面不大，实验或经验数据） 2、数组储存法（项目略多，确定而无规律） 3、公式计算法（明确函数关系或拟合） 4、交互分级描述法（复杂，多元化）线图程序化：1、曲线拟合2、了解线性插值和拉格朗日插值原理。设法构造某个简单的函数Y=P(x)作为列表函数f(x)的近似表达式，然后，计算P(x)值以得到f(x)的近似值。并且使f(xi)=P(xi) i=1，2，3.，n成立。P(x)就称为f(x)的插值函数，点x1,x2,x3.,xn称为插值节点。 3、掌握方程拟合原理（包括线性方程和二次多项式方程的拟合计算）线性方程：y=f(x)=a+bx 二次多项式方程： 线性例题可记公式 例如：已知观测数据如下所示，求它的拟合曲线。解：根据所给数据，在直角坐标下画出数据点，从图中可以看出，各点在一条直线附近，故可取线性函数作为拟合曲线 二次多项式待补充4、 掌握工程数据的文件化管理和数据库管理的特点？ 文件化管理：将数据放于数据文件中，需要数据时，由程序来打开文件并读取数据。 优点：数据与程序作了初步的分离，实现了有条件的数据共享。 缺点：(1)文件只能表示事物而不能表示事物之间的联系； (2)文件较长；(3)数据与应用程序之间仍有依赖关系；(4)安全性和保密性差。 数据库管理：将工程数据存放到数据库中，可以克服文件化处理的不足。优点：(1)数据共享；(2)数据集中；(3_数据结构化，既表示了事物，又表示了事之间的联系；(4)数据与应用程序无关；(5)安全性和保密性好。5、 数据库的数据模型有哪几种？关系模型中对二维表有何要求？层次模型、网状模型、关系模型关系模型对二维表的要求：（1）表中每一列必须是基本数据项，而不是组合项。（2）表中每一列必须具有相同的数据类型。 （3）表中的每一列必须有一个唯一的属性名。（4）表中不应有内容相同的行。 （5）行与列的顺序均不影响表中所表示的信息含义。第四章 图形处理技术基础1、光栅图形显示器显示图形（直线、圆弧）的原理直线：任给两点可决定一条直线。直线上包含无数多个点，但在计算机图形学中只能用有限个点（像素）来描述出一条直线。关键：在起点和终点像素之间计算一串像素点，使这些像素点集合尽可能分布均匀，而且最靠近直线段。同时获得尽可能快的运算速度。 圆弧：Bresenham画圆算法、中点画圆法2、常用的直线生成算法有哪些？1） 数值微分法（2）中点画线法（3）Bresenham 画线算法 3、 掌握Bresenham 算法生成直线的原理。 4、 掌握中心画圆算法的原理。 5、 掌握二维图形几何变换计算方法。 在二维空间中，图形变换矩阵可表示为： 其中a、b、c、d是对图形进行缩放、对称、旋转、错切等变换；e、f是对图形进行平移变换；p、q对图形进行透视变换；s是对图形进行整体伸缩变换。当s1时，图形缩小；当s=1时，图形大小不变。即变换后的 坐标均为原坐标x，y的1/s倍 1比例变换（1）x，y不等比例变换比例变换使用比例因子乘以图形的点集，使图形放大或缩小的变换。点的比例变换的数学表达式为：=ax a0；=ey e0齐次坐标比例变换为（2）等比例变换2平移变换平移是将图形中的每一个点进行移动。若将一个点（x,y）沿水平方向移动c单位，平移到一个新位置（ ），（如图pingyi）数学表达式为： 如果c是正值，则点向右移动，如果是负值，则向左移动； 同理，如果f是正值，则点向上移动，如果f是负值，则向下移动。3旋转变换 旋转变换是将图形绕已固定点顺时针或逆时针方向进行旋转。规定：逆时针方向为正，顺时针方向为负。下面讨论图形绕原点沿逆时针方向旋转角的旋转变换。如果点（x,y）沿逆时针旋转角，变换后的点（, ）的数学表达式为：齐次坐标旋转变换为：4错切变换错切变换是使图形产生一个扭变。分为x和y方向的错切变换。图形沿x方向的错切矩阵表示为 此时，图形的y坐标不变，x坐标随坐标（x y）和系数b作线性变化。b0，图形沿+x方向做错切；b0，图形沿+y方向做错切；d0,图形沿-y方向做错切；d0。5对称变换分别讨论几种不同的对称变换。 (1)以y轴为对称线的对称变换，变换后，图形点集的x坐标值不变，符号相反，y坐标值不变。矩阵表示为 (2)以x轴为对称线的对称变换，变换后，图形点集的x坐标值不变，y坐标值不变,符号相反。矩阵表示为 (3)以原点为对称的对称变换，变换后，图形点集的x和y坐标值不变，符号均相反。矩阵表示为 (4)以直线y=x为对称线的对称变换，变换后，图形点集的x和y坐标对调。矩阵表示为 (5)以直线y=-x为对称线的对称变换，变换后，图形点集的x和y坐标对调，符号相反。矩阵表示为 三二维图形的组合变换实际上，图形变换中常常是相对于任意点或线变换。解决这个问题的思路是这样的：先将任意点移向坐标原点（任意线则移向与X或Y轴重合的位置），再用前述变换矩阵加以变换，最后反向移回任意点（任意线移回原位）。1图形相对于任意点作旋转变换 例：求三角形以点（4,6）为中心逆时针旋转30的组合变换矩阵由此可知，相对于（e,f）点作旋转变换，由以下三个矩阵相乘来实现： 2图形相对于任意点做比例变换图形相对于任意点作比例变换与旋转变换相似。 相对于（e,f）点作比例变换，由以下三个矩阵相乘来实现： 6、 变换矩阵运算顺序对最终图形的影响。 由于ABBA，所以不能改变组合变换顺序。第五章 建模技术 1、几何建模的定义 以几何信息和拓扑信息反映结构体的形状、位置、表现形式等数据。2、何谓几何信息和拓扑信息？ 几何信息 指物体在空间的形状、尺寸及位置的描述。几何信息包括有点、线、面、体的信息，但只用几何信息表示物体并不充分，常会出现物体表示的二义性。 拓扑信息 指构成物体的各个分量的数目及相互之间的连接关系。3、常用的几何建模方法有哪几种？了解各种方法的原理和特点。 线框建模 利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。线框建模的优点 所需信息最少，数据运算简单，所占存贮空间较小，硬件的要求不高，容易掌握，处理时间短。 线框建模的局限性 几何意义的二义性：一个线框模型可能被解释为若干个有效几何体。（1）结构体的空间定义缺乏严密性 （2）拓扑关系缺乏有效性 （3）描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算表面建模 将物体分解为组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表现和建立物体的计算机内部模型优点 （1）有助于对零件进行渲染等处理 ；（2）有助于系统直接提取有关面的信息生成数控加工指令 ；（3）有助于对物性方面与面积有关的特征计算 ；（4）可分割成板、壳单元形式的有限元网格。 缺点 （1）容易在零件建模中漏掉某个甚至某些面的处理；（2）对两个面相交处理不如实体建模(如相贯线的生成)。实体建模 定义一些基本体素，通过基本体素的集合运算或变形操作生成复杂形体的一种建模技术，其特点在于三维立体的表面与其实体同时生成。由于实体建模能够定义三维物体的内部结构形状，因此能完整地描述物体的所有几何信息和拓扑信息，包括物体的体、面、边和顶点的信息。 4、实体建模的表示方法有哪些？了解各种方法的特点。边界表示法优点：较多的关于面、边、点及其相互关系的信息。有利于生成和绘制线框图、投影图。有利于计算几何特性，易于同二维绘图软件衔接和同曲面建模软件相关联。 缺点：法提供关于实体生成过程的信息，描述物体所需信息量较多，边界表达法的表达形式不唯一。构造立体几何法优点：方法简洁，生成速度快，处理方便，无冗余信息，而且能够详细地记录构成实体的原始特征参数，甚至在必要时可修改体素参数或附加体素进行重新拼合。缺点：由于信息简单，这种数据结构无法存贮物体最终的详细信息，例如边界、顶点的信息等。混合模式构造立体几何法结构为主线；边界表示法补充实体的点、线和面的信息。空间单元表示法优点：便于做出局部修改及进行集合运算。第六章 AutoLISP参数化绘图1、 AutoLISP语言的语法格式 1.程序结构(函数 参数 )如：(setq x 25.0) (setq y 12.2) ( + (* x y) x )AutoLISP程序由一个或一系列按顺序排列的标准表组成。AutoLISP书写格式的特点：（1）左右括号匹配；（2）从左到右读程序；（3）函数放在第一个元素的位置；（4）一表可占多行，一行可写多表；（5）用分号“；”作注释；2、 数值计算函数的定义（加、减、乘、除）AutoLISP 中，所有运算符号均采用前缀方式。一般格式为：（运算符 数字 数字）。（+ a b）；(- a b)；(* a b)；(/ a b)；如：（* a b c）即为a*b*c （+ a (- b (* c d)）即为a+(b-c*d) command：（+ 4.7 2）6.7command：（/ 8 5）1command：（* 2 5 6）1123、 常用的函数格式（如setq、ploar、defun、distance等）distance函数(distance pt1 pt2)如：command:(distance (0 0) (100 0)100polar函数（返回点坐标值）(polar pt angle distance)如：command:(polar (0 0) 0.78 100) (71.0914 70.3279)赋值函数(setq sym1 expr1 sym2 expr2 sym3 expr3 )如：command:(setq d (a b c) (A B C) command: (setq a 10 b 12.5 c 23) 23 command: !a 10 command: !c 23(defun sym(全局变量/局部变量)如：(defun plus (/ ans) (setq ans (+ 2 3);令ans=2+3 )运行：加载输入“（plus）”或在AutoCAD命令中输入“（plus）”？问题：plus不是AutoCAD的内部函数，如何使得plus函数能像AutoCAD内部函数那样被调用？（defun c: sym (全局变量/局部变量) 如：(defun c:plus (/ ans) (setq ans (+ 2 3) ;令ans=2+3 )运行：加载输入“（c:plus）”或在AutoCAD命令中输入“（c:plus）或“plus”其他等4、 掌握用DCL语言定义对话框（重点编辑框和图像框）。语法格式对话框名称：dialog label=标题名； ：组件1 key=value1; label=value2; attribute=value; :组件2 key=value1; label=value2; attribute2=value2; ok_cancel 说明（1）属性定义语句后用“；”结尾；（2）注释符用“/”；（3）对话框显示预览：VisualLISP编辑器工具界面工具预览编辑器中的DCL。1.编辑框（edit_box）radia:dialoglabel=半径值;:edit_boxlabel=请输入圆的半径r1;key=a1;:edit_boxlabel=请输入圆的半径r2;key=a2;ok_cancel;2.图像框（image）ring:dialoglabel=法兰幻灯片;:imagekey=ringslide; height=20; width=50; color=-3; ok_cancel;第七章 计算机辅助工程分析 1、了解有限元法和有限差分法的基本思想和区别。 有限元法概念 先把一个原来是连续的物体离散成有限个单元，且它们相互连接在有限个节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件来进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解。由于单元的个数有限，节点的数目也有限，所以这种方法称为有限元法。 2、有限元分析的网格划分原则。 取决于物体承载情况和几何特点，为了提高分析精度，同时又避免计算量过大，可以采取将网格在高应力区局部加密的办法。 3、优化设计的定义及其原则、手段和理论依据是什么？定义 在给定技术条件下求解最优设计方案，保证产品具有优良性能。原则 寻求最优设计；手段 计算机和应用软件；理论依据 数学规划法。 4、何谓设计变量？有哪些类型？ 设计变量 需要在设计过程中进行选择的基本参数被称为设计变量。 机械设计中常用的设计变量有：几何外形尺寸、材料性质、速度、加速度、效率、温度等。5、优化设计数学模型灵敏性审查原则。 在最优设计变量处稍改调整值，观察目标函数和约束函数的变化程度。 灵敏度越小越好！6、仿真的定义和类型。 仿真 指通过对模拟系统的实验去研究一个存在或设计中的系统。 （1）物理仿真在物理模型基础上进行的仿真。 特点：物理模型与实际系统之间具有相似的物理属性，所以，物理仿真能观测到难以用数学来描述的系统特性，但要花费较大的代价。 分类：半物理仿真和全物理仿真。（2）数学仿真（又称计算机仿真）建立可以计算的系统（或过程）数学模型（仿真模型），并据此编制成仿真程序放入计算机进行仿真试验，掌握实际系统（或过程）在各种内外因素变化下性能的变化规律。 特点：与物理仿真相比，数学仿真系统的通用性强，可作为各种不同物理本质的实际系统的模型，故其应用范围广，是目前研究的重点。第八章 计算机辅助工艺规程设计 1、CAPP所需的零件信息有哪些？ 零件管理信息（如零件名称、图号、所属产品和部件等）零件几何信息（如零件结构形状、尺寸、尺寸公差、形位公差等）零件工艺信息（如毛坯特征、零件材料、加工精度、表面粗糙度及热处理等技术要求信息） 2、CAPP系统零件信息输入方式有哪些？ （1）人机交互式输入、成组技术代码法（GT代码法）、型面特征描述法 （2）从CAD图形数据库中直接提取 3、常用CAPP类型有哪些？ 检索式CAPP系统、派生式CAPP系统、创成式CAPP系统4、掌握创成式和派生法CAPP其原理和特点。 创成式CAPP系统工作原理： 收集了大量的工艺数据和加工知识，并以此规程为基础，在计算机软件基础上建立一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。 输入新零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干预的条件下，自动生成零件的工艺规程。 派生式CAPP系统工作原理： 利用零件GT（成组技术）代码（或企业现行零件图编码），将零件根据结构和工艺相似性进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺，又称主样件工艺。 工艺设计时，首先根据零件的GT代码或零件图号，检索出该零件所属组的典型工艺文件，最后根据该零件的GT代码和其它有关信息对典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件。 第九章 计算机辅助数控编程 1、数控机床的基本组成控制介质：加工信息载体，如纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等；数控装置：包括输入装置、控制运算器、输出装置等。伺服系统：接受数控系统输入出的信息后，进行信号变换和功率放大，并驱动机床部件运动；数控机床：完成各种加工的机械执行部分；测量装置：检测位移和速度等物理量，并及时反馈给数控装置。2、计算机辅助数控编程的一般包括哪两个过程？每个阶段的主要内容是什么？ 主信息处理：由计算机内的数控系统程序对几何图形及有关工艺信息进行工艺处理（如（前置处理） 刀具选择、走刀分配、工艺参数选择等）与刀具运动轨迹的计算，生成一系列的刀具位置数据（包括每次走刀运动的坐标数据和工艺参数）。 后置处理： 按照NC代码规范和指定数控机床驱动控制系统的要求，将主信息处理（前置处理）后得到的刀位文件转换为NC代码 3、按工艺性，数控机床可分为哪些类型？ 切削加工类、成形加工类、特种加工类、其他4、数控编程方法有哪些？ 手工编程、自动编程 5、数控加工程序主要标准代码的功能（G、F、T、M、S等）。 准备功能G 用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种加工操作； 辅助功能M 实现机床各种辅助动作的控制，包括主轴起停、润滑油泵起停、冷却液泵起停、加工程序结束等功能控制； F设定进给速度； S 指定主轴的转速； T 设定加工所用的刀具.6、掌握数控加工编程的步骤 1.加工工艺决策、2.刀位轨迹计算 、3.编制或生成加工程序清单、 4.程序输入 、5.数控加工程序正确性校验 7、了解图形交互式自动编程的特点，目前常用CAM的软件有哪些？ 图形交互式自动编程的特点 （1）计算机直接面向零件的几何图形进行编程，编程结果也以图形的方式显示在计算机上。所以该方法具有简便、直观、准确、便于检查的优点。 （2）与CAD软件有机地联在一起，既可用来进行计算机辅助设计，又可以直接调用设计好的零件图进行交互编程，对实现CAD/CAM一体化极为有利。 （3）编程过程是交互进行的，简单易学，在编程过程中可以随时发现问题并进行修改。（4）图形数据的提取、节点数据的计算、程序的编制及输出都是由计算机自动进行的。因此，编程的速度快、效率高、准确性好。 （5）在通用计算机上运行的，便于普及推广。目前常用CAM的软件：MasterCAM 、Pro/E、UG等 8、了解APT语言进行数控自动编程的一般过程。 第十章 计算机辅助质量系统技术 1、质量信息采集方法有哪些？ 手工检测、半自动检测、自动采集 2、质量信息的分析方法有哪些