#201011CADCAM复习题

计算机辅助设计和制造技术复习指南

第一章计算机辅助设计技术

知识要点：

1、CAD发展概述

①中英文定义②3个发展趋势

③几次技术革新④CAD的工程使用

2、CAD所具备的软硬件系统

①软件系统分类及定义

②硬件系统组成

3、用户界面设计

①用户界面类型

②WINDOWS消息类型

③常用控件（通用控件）

4、设计资料管理

①类型和处理存储方法

②常用的排序方法及思想

③常见的插值方法（公式）

④数据的逻辑结构（存储）

5、图形生成

①图形生成的几种方法

②图形生成的几种变换

第二章几何建模技术

知识要点：

1、几何建模方法

①几何建模定义

②几何建模方式：线框、表面、实体

③实体建模的方法（两种）及特点

2、特征建模

①特征建模定义

②特征建模的分类（六类）（狭义）

③广义特征

第三章计算机辅助工艺设计技术（CAPP）知识要点：

1、CAPP概述

①中英文定义②存在的优点

③6种基本类型、特点④5个设计步骤

2、成组技术

①定义②成组工艺③3种基本编码结构

④常用分类编码系统、分组方法

3、半创成式CAPP系统

①概念和功能模块

②工艺设计准备步骤及内容

4、人工智能和专家系统

①相关定义②人工智能研究领域

③专家系统的结构

④知识表示方法、推理

5、网络化CAPP系统

①基本构成：知识库、数据库、系统管理模块、工艺制定模块、工艺管理模块

第四章计算机辅助制造技术

知识要点：

1、CAM概述

①中英文定义②数字化制造概念

2、CAM软硬件系统组成

①软件系统：系统、支撑、使用软件

②硬件系统：主机、存储器、I/O设备、

接口等

3、数控加工技术

①概念，两种类型：NC式、CNC式

②数控机床组成（6部分）及工作原理

③数控装置硬件结构（5个部分）

④CNC装置的主要作用（9个部分）

⑤控制类型和插补类型

4、数控编程

①数控编程基本内容②基本步骤

③两种方法④程序段的格式

⑤G、M代码的含义：

G代码：G00、G01、G02、G03、G40、G41、G42、G90、G91、G92

M代码：M00、M02、M03、M04、M05、M06、M19

其他：N（顺序号），F（第一进给速度），S（主轴速度），T（第一刀具），XYZ（基本尺寸），UVW（平行于XYZ轴的第二尺寸）第五章产品数据管理技术（PDM）

知识要点：

1、PDM概述

①中英文定义②发展阶段

③集成模式及具体内容

④PDM功能⑤四个层次体系结构

2、工作流程管理

①概念、功能、基本结构

3、PLM概述

①中英文定义

②制造业PLM“e化”垂直链

（PDM、ERP、CRM及其详细内容）

③实施PDM系统应注意的问题

练习题

一、填空题

1、数据结构包括数据的（逻辑）结构和（物理）结构。

2、按数据模型传统数据库系统分成（网状数据库）、（层次数据库）、（关系数据库）几类。

3、数据物理结构分为：（顺序存储）结构和（链式存储）结构。

4、PDM信息集成模式有（封装模式）和（接口和集成模式）。

5、常用的数据库分为三类，分别是（网状数据库）、（层次数据库）、（关系数据库）。

6、PDM的英文名称（Product Data Management）。

7、CAD/CAM系统中的软件系统可分为（基础层）、（支撑层）、（使用层）三个层次。

8、手工编程中使用的工艺指令（准备性工艺指令）、（辅助性工艺指令）。

9、CAD中设计资料的处理和存储有四种方法：（公式化）、（数组化）、（数据文件）、（数据库）。

10、图形变换的常用方式有：（变比例变换）、（平移变换）、（旋转变换）、（对称变换）等。

11、CAD技术发展趋势是：（集成化）、（智能化）、（网络化）。

12、G00、G01、G02、G41分别表示：（快速点定位）、（直线插补）、（顺时针圆弧插补）、（左偏刀具半径补偿）等。

13、CAD技术发展经历的几次大的革新是（曲面造型技术）、（实体造型技术）、（参数化技术）、（变量化技术）、（特征造型）。

14、线性表的链式存储方式有（单向链表）、（双向链表）、（循环链表）。

15、数控装置硬件结构由微处理器cpu、（存储器）、（I/O设备）、（PLC及开关量I/O接口）、（位置控制装置）等组成。

16、计算机辅助工艺设计的英文全称是：（Computer Aided Process Planning）。

17、CAPP按工作原理可分为：（检索式CAPP）、（派生式CAPP）、（创成式CAPP）、（半创成式CAPP）、（广义CAPP）、（智能型CAPP）等6种类型。

18、列出三种目前流行的三维造型软件（Solidworks）、（UG）、（Pro/E）。

19、CNC装置的功能有输入、（译码）、（刀具补偿）、进给速度处理、（插补）、（位置控制）、开关量

处理、显示、诊断等。

20、刀具补偿包括（刀具长度补偿）和（刀具半径补偿）。

21、机械零件按成组技术理论可分为（复杂件或特殊件）、（相似件）、（标准件）三类。

22、分类编码系统在成组技术实际使用中，有（层次结构）、（链式结构）、（混合结构）等三种基本编码结构。

23、网络CAPP系统分为（服务器）端和（客户）端。

24、链式数据结构的特征是（由信息字段和指针字段组成）。

25、成组技术实际使用中，三种基本编码结构是（层次结构）、（链式结构）、（混合结构）。

26、数控加工是数控机床使用（数字化信息）实现机床（控制）的一种技术。

27、专家系统的基本构成主要包括：（知识库）、（推理机）、（解释系统）、（知识获取系统）、（人机接口）。

28、数控装置中存储器分为固化存储器ROM和（随机存机器RAM）。

29、常用的成组技术编码系统有（Opitz ）、（KK-3）、（JLBM-1）等。

30、在专家系统中，推理机从选择规则到执行操作分为（匹配）、（冲突解决）、（操作）三个步骤。

31、请写出三种数据逻辑结构（线性表结构）、（树状结构）、（网状结构）

32、CAPP是通过向计算机输入被加工零件的（几何信息和工艺信息），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容的过程。

33、PDM系统建设项目应遵循（总体规划）（分步实施）（效益驱动）（整体推进）的原则。

34、CAD系统的硬件由（计算机、外围设备、网络系统）组成。CAD系统中的软件分为（系统软件）、（支撑软件）和（使用软件）。

35、产生式系统包含（事实库）、（规则库）、（推理机）等三个组成部分。

36、PDM把文档分成（图形文件）、（文本文件）、（数据文件）、（表格文件）、（音像文件）几种类型进行管理。

37、在成组技术中，零件的分组方法包括：（视检法）、（生产流程分析法）、（编码分类法）。

二、判断题

1、工序设计包括确定工步操作内容和刀、夹量具等。（√）P105

2、最小二乘曲线拟合就是将所有的节点的偏差平方和达到最小。（√）P23

3、物体作基本的几何变换，可不考虑变换的顺序，结果是一样的。（×）p33

4、在线性表的顺序存储中，数据元素类型必须相同，占有存储单元长度可以不同。（×）p26

5、检索式CAPP需要进行零件编码管理。（×）p94

掌握CAPP的基本类型及各自的特点：其中检索式CAPP不需要零件编码，是最简单的CAPP系统；派生式CAPP是建立在成组技术上的CAPP系统，其对零件分类归组，形成零件族，对标准样件编制标准工艺规程；而创成式CAPP和派生式不同，不存在标准工艺规程，系统模拟专家，使用各种工艺决策规则，自动生成零件的工艺规程，目前还不完善；半创成式CAPP是以成组技术为基础，以单件、中小批量生产企业为使用对象，采用检索和自动决策相结合的工作方式自动生成工艺规程，充分体现了检索和创成相结合的优点，是派生式CAPP和创成式CAPP的综合。

6、工艺路线和工序内容的拟定包括：定位和夹紧方案的选择、加工方法的选择、加工工序的安排等。（√）

7、表面建模可以进行有限元分析、物性计算等（×）P39

三维几何建模的三种方式有线框建模、表面建模和实体建模。其中表面建模是通过物体表面进行描述的建模方法，又称曲面建模。但它的缺点是不能进行有限元分析和物性计算。

8、CAD/CAM系统的输入设备有数字化仪、图形输入板、绘图机、扫描仪及键盘等。（×）P147

9、CAPP是利用计算机技术从毛坯到成品的设计和制造过程，（×）。

知识点为CAPP的概念：CAPP是利用计算机技术辅助工艺师完成零件从毛坯到成品的设计和制造过程，是将产品的设计信息转换为制造信息的一种技术。CAPP是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容的过程。

10、CAD技术就是CAPP和CAM的简单组合。（×）

知识点为CAD的概念

三、简答题

1、什么叫计算机辅助设计CAD？P1

答：计算机辅助设计（Computer Aided Design）利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助设计师进行工程和产品的设计和分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一项技术。它以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括概念设计、方案设计、造型设计、优化设计、有限元分析、仿真模拟及产品数据管理等内容。

由此可知：CAD不是简单的零部件辅助绘图，而是整个产品的辅助设计。它的类型很多，其中使用最普遍的是交互型CAD系统。

2、CAPP和传统工艺相比，优势表现在那些方面？传统CAPP系统和现代的CAPP系统有何不同？

和传统工艺设计相比：

1）缩短工艺设计周期，保证工艺设计质量，提高产品在市场上的竞争能力。

2）将工艺师从繁重的、重复性的手工劳动中解放出来，使其能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等创造性的工作中。

3）继续并保存老工艺设计师的经验，保证企业工艺设计的可继承性。

4）有利于工艺设计的标准化和最优化。

5）满足现代制造业的需要，为实现计算机集成制造系统提供技术基础。

随着网络、数据库、面向对象方法、分布计算等相关技术的发展，企业对CAPP要求日益提高。传统的CAPP是从CAD系统中获取零件的几何拓朴核算、工艺信息，从工程数据库中获得生产条件、资源情况及工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡及NC加工控制指令，CAPP在CAD 和CAM中起纽带作用。而现代的CAPP系统要求和相关设计或信息系统实现在产品信息方面的全面集成，即从产品的概念设计、方案设计、详细设计、工艺设计等直到产品消失的整个生命周期内的信息集成。

3、分别叙述CAD设计资料的类型和处理方法。

答：CAD设计资料可以归结为数表和线图两类。设计资料的处理和存储有以下四种方法：1）公式化

利用原始公式或将数表、线图及大量的实验数据拟合成公式，用计算机高级语言描述。方法程序简洁，占用空间和内存小，但数据和公式变动时，需重编程。

2）数组化

针对单一、严格、无规律可循的数列，用数组存储。简单易用，但数组占内存大，数据不易修改，适用于数据量小，数据固定不变的场合。

3）数据文件

将数据和离散后的线图存在数据文件中，独立于使用程序。使用程序可调用。程序简洁，占用内存小，数据修改方便。缺点是数据文件的管理和控制缺乏统一性和可靠性。适用于数据较多的场合。

4）数据库

将数据和离散后的线图存在数据库中，使用程序需使用高级编程语言提供的数据库接口调用数据库。优点是数据独立于使用程序，数据结构性好，更改方便，数据冗余度小，统一性、可靠性和共享性好。适用于处理数据复杂的场合。

4、CNC装置的功能有哪些？（P156）

答：1）输入

输入CNC装置的有：零件程序、控制参数和补偿数据。

输入方法有：光电阅读机纸带输入、键盘输入、磁盘输入和连接上级计算机的DNC接口输入。

CNC输入方式：存储方式和NC工作方式。

2）译码

它是将零件程序以程序段为单位进行处理，把其中的零件轮廓信息、加工信息和其他辅助代码信息，按一定的语法规则解释成计算机能识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区中。

3)刀具补偿

刀具补偿包括刀具长度和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序是以零件轮廓轨迹来编程的。刀具长度补偿是指更换刀具时刀尖位置变化量的补偿（如车床）；刀具半径补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹（如铣床）。

4、进给速度处理

5、插补

6、位置控制

7、开关量处理

8、显示

9、诊断

5、简述参数化设计、变量化设计及和传统CAD技术相比优缺点。

早期的CAD系统是用固定的尺寸值来定义几何元素的，输入的每一条线都有确定的位置，但不包括产品图形内在的尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、性能约束等)。因此，要想修改实体的结构形状，只有重新造型。这不仅要使设计人员投入相当的精力用于重复劳动，而且，这种重复劳动的结果并不能反映设计人员对产品的本质构思和意图。

参数化设计是系统透过尺寸驱动的方式，以独立的几何约束条件和简单的等式，寻找特定解答的方式。它基于特征，参数和设计对象的控制尺寸有明显的对应，全数据相关，全尺寸约束，参数的求解较简单，设计结果的修改受到尺寸驱动。计算速度快，时间短，要求硬件条件低。

变量式设计是据图形学原理和数值方法，通过强大的计算功能，将几何中的约束条件和工程条件联系起来，通过解联立方程组，求得最终解的方法。变量化造型既保留了参数化造型基于特征、尺寸驱动几何形状修改和全数据相关的优点，又在约束定义方面作了根本性的改变。它解决的是任意约束下的产品设计问题，不仅可尺寸驱动，也可实现约束驱动，即以工程关系来驱动几何形状的改变。但计算的时间较长，速度较慢、要求硬件条件高。

6、PDM信息集成的模式（P204）

答：1）封装模式

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，从而保证了对象界面独立于对象的内部表达。

2）接口和集成模式

接口模式：据CAD中的产品装配树，通过接口程序破译产品内部的相互关系，自动生成PDM 中的产品结构树；或者从PDM的产品结构树中提取产品的结构关系，修改CAD的装配文件，使两者保持异步一致。

集成模式：通过对CAD的图形数据和PDM产品结构树的详细分析，制定统一的产品数据之间的结构关系，只要其中之一的结构关系发生了变化，则另一个自动随之改变，始终保持CAD的产品装配树和PDM的产品结构树同步一致。

7、PDM的四层体系结构和功能。P206

PDM系统的体系结构可分解为四个层次的内容：第一层为支持层，通用关系型数据库是PDM系统的支持平台。第二层是面向对象层，采用二维关系型表格来描述产口数据的动态变化，实现面向产口对象管理的要求。第三层是功能层，据管理目标，在PDM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、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。系统管理是针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全和正常运行的功能模块。工作环境是保证用户能够正常、安全、可靠地使用PDM系统；第四层是用户层，包括开发工具层和界面层，提供标准的、不同硬件平台上的人机界面和开发人机界面的工具，以满足各类用户的要求。

PDM软件系统提供了九大基本功能：即电子仓库、工作流和过程管理、产品结构和配置管理、检视和批阅、扫描和成像、设计检索和零件库、项目管理、电子协作、工具和集成件。

8、请叙述计算机辅助工艺设计的基本步骤；

1）产品图样的信息输入

输入零件信息是进行CAPP工作的第一步，其包括几何信息和工艺信息；

2）工艺路线和工序内容的拟定

该步为CAPP的关键，工作量大。包括定位和夹紧方案的选择、加工方法和选择和加工顺序的安排等。

3）加工设备和工艺装备的确定

据所拟定的零件工艺过程，从制造资源库中，寻找各工序所用的加工设备、夹具、刀具及辅助工具等。

4）工艺参数计算

主要是切削用量、加工余量、时间定额、工序尺寸及其公差等的计算。

5）输出工艺文件

工艺文件的输出可按工厂要求使用表格形式输出，在工序卡中应有工序简图，图形可根据零件信息描述系统的输入信息绘制，也可从产品CAD中获得。

10、按工作原理分类，CAPP的类型有哪些，各有什么特点？（P95）

11、什么是成组技术，有几种编码结构？三种分类编码系统有哪些？

成组工艺是把尺寸、形状、工艺相似性的零件组成一个个零件族，按零件族制定工艺进行生产。扩大了批量，减少了品种，便于高效生产。为多品种、少批量生产开辟了一条经济性好、效益高的新途径。

成组工艺和计算机技术、数控技术、相似论、方法论、系统论等相结合，形成了成组技术。成组技术的理论基础是相似性，核心是成组工艺。

成组技术有三种编码结构：层次结构、链式结构和混合结构。

三种分类编码系统有：Opitz、KK-3、JLBM-1 。

12、生产流程分析法的特点？

答：生产流程分析法以零件生产流程为依据，通过对零件生产流程的分析，把工艺流程相似的零件归为一类。采用这种方法，需有较完整的工艺流程和生产设备明细表。生产流程分析法由工厂流程分析、车间流程分析和生产单元流程分析组成。工厂流程分析是对全厂的物料进行分析和统计，使全厂的生产过程具有合理的物料流程。从而决定全厂各车间的生产设备和生产任务。车间流程分析是在一个车间内部对所生产的零件的工艺过程进行分析和统计，按工艺过程将零件分类成零件加工族，同时找到各加工族对应的加工设备。车间流程分析在于正确规划车间，简化车间内的物料流程。生产单元流程分析是对生产小组内全部零件进行工艺过程分析，寻求生产单元最合理的设备布局，同时按工艺特征把零件加工族细分为零件加工族，以利于成组生产和成组夹具设计。

13、什么是数控加工？数控装置有哪些类型？P149-151

答：数控加工（Numerical Control Machine）是数控机床使用数字化信息实现机床控制的一种技术。

数控装置分硬件式数控系统（NC系统）和软件式数控系统（CNC系统）。NC系统是早期数控系统。在此系统的数控装置中，输入、译码、插补、输出等控制功能均由专门设计的硬件连接的逻辑电路来实现。CNC系统由大规模及超大规模集成电路组成。在此装置中，采用小型机或微机作为控制单元，其主要功能几乎全由软件来实现。对于不同的系统，只需编制不同的软件就可以实现不同的控制功能，而硬件几乎可以通用。

14、数控编程的主要内容有哪些？数控编程的步骤有哪些？

答：数控编程的主要内容包括：

1）分析零件图纸，确定加工工艺过程；

2）计算走刀轨迹、得出刀位数据，编写零件加工程序；

3）制作控制程序；

4）校对程序及首件试加工。

数控编程的步骤：P160

（1）分析零件图样

（2）工艺处理阶段

（3）数学处理阶段

（4）编写程序单

（5）制作控制介质

（6）程序校验和首件试加工

15、机床坐标系和工件坐标系的联系和区别？（P162）

答：机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的原点。工件坐标系是编程人员在编程时使作的，由编程员以工件图样上的某一固定点为原点所建立的坐标系，编程尺寸按工件坐标系中的尺寸确定。在加工时，工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点和机床原点之间的距离，该距离称为工件原点偏置。该偏置值预存在数控系统中，在加工时，工件原点偏置值便自动加到工件坐标系上，数控系统可按机床坐标

系确定加工时的坐标值。

16、简述产品数据管理PDM的基本概念和基本功能模块。P207

答：产品数据管理（Product Data Management ,PDM）是一门用来管理所有和产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有和产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术，它是计算机技术和企业文化相结合的产品。

PDM软件系统提供了九大基本功能：即电子仓库、工作流和过程管理、产品结构和配置管理、检视和批阅、扫描和成像、设计检索和零件库、项目管理、电子协作、工具和集成件。

17、产品结构和配置管理包括哪两个部分?主要功能是什么？

答：产品结构和配置管理包括产品结构管理和产品配置管理两个部分。

主要功能是：产品结构树的创建和修改；产品零部件和相关信息（材料、文档、供应商等）的关联；产品零部件的版本控制和变量定义，可选件、替换件的管理；产品结构配置规则的定义，根据配置规则自动输入BOM；支持对“零件或子部件被哪些不见采用”和“部件采用了哪些零件或子部件”的查询和产品文档的查询；产品结构的多视图管理；系列化产品结构视图管理；以及支持和制造资源计划（MRPII）或企业资源计划（ERP）的集成。

18、数控机床加工路线的控制方式有哪些内容？P157

组成和原理：数控机床是由控制介质、数控装置、伺服系统、强电控制装置和机床本体组成，控制介质即由穿孔带或磁盘等存储的数控程序。数控装置是数控机床的中枢，一般由输入装置、控制器、运行器和输入装置组成。它根据输入的数控程序去控制机床动作。伺服系统的作用是把来自数控装置的位置控制信息，将其转换成机床移动部件的进给运动和精确定位运动。接受PLC输出的主轴变速、换向、启停，选刀、换刀、工作台、夹具、切削液等，功率放大。数控机床的作用和普通机床相同，只是由数控系统自动地完成全部操作工作。

数控机床按加工路线可分为点位控制、点位/直线控制、和轮廓控制三类。

19、计算机辅助工艺设计包含哪些内容？

CAPP技术包括：成组技术、零件信息的描述和获取、工艺设计决策机制、工艺知识的获取及表示、工序图及其他文档的生成、NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真、工艺数据库的建立等。

20、什么是参数化设计？变量化设计？

参数化设计是系统透过尺寸驱动的方式，以独立的几何约束条件和简单的等式，寻找特定解答的方式。它基于特征，参数和设计对象的控制尺寸有明显的对应，全数据相关，全尺寸约束，参数的求解较简单，设计结果的修改受到尺寸驱动。计算速度快，时间短，要求硬件条件低。

变量化设计是据图形学原理和数值方法，通过强大的计算功能，将几何中的约束条件和工程条件联系起来，通过解联立方程组，求得最终解的方法。它是在参数化造型技术的基础上做了进一步修改后提出的设计思想，变量化造型既保留了参数化造型基于特征、尺寸驱动几何形状修改和全数据相关的优点，又在约束定义方面作了根本性的改变。它解决的是任意约束下的产品设计问题，不仅可尺寸驱动，也可实现约束驱动，即以工程关系来驱动几何形状的改变。但计算的时间较长，速度较慢、要求硬件条件高。

分析：、

1、毛坯为70mm X 70mm X 18mm板材，5mm深的外轮廓已粗加工过，周边留2mm余量，要求数控铣出如图所示的外轮廓。工件材料为铝。铣轮廓程序手工安排好直径5mm立铣刀，不考虑刀具长度补偿。