江蘇開放大學形成性考核作業(yè)學 號 姓 名 課程代碼 110046 課程名稱 機械CAD/CAM評閱教師 第 1 次任務共 4 次任務江蘇開放大學第1章 機械CAD/CAM概述1. 什么是CAD，什么是CAE，什么是CAPP，什么是CAM，什么是CAD/CAM 集成？答： CAD（Computer Aided Design 縮寫）： 是指設計人員以計算機為工具，運用自身的知識和經驗，對產品或工程進行包括方案構思、總體設計、工程分析、圖形編輯和技術文檔整理等設計活動的總稱，是一門多學科綜合應用的技術。 CAE(Computer Aided Engineering)是指工程設計中的分析計算、分析仿真和結構優(yōu)化。用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數值分析方法。CAPP（Computer Aided Process Planning 縮寫）是指工藝人員根據產品設計結果進行產品的加工方法設計和制造過程設計。將企業(yè)產品設計數據轉換為產品制造數據的技術，通過這種計算機技術輔助工藝設計人員完成從毛坯到成品的設計。CAPP系統(tǒng)的應用將為企業(yè)數據信息的集成打下堅實的基礎。CAM（Computer Aided Manufacturing縮寫） 是指計算機在制造領域有關應用的統(tǒng)稱。有廣義和狹義之分。廣義CAM，一般是指利用計算機輔助完成從生產準備工作到產品制造過程中的直接和間接的各種活動。包括工藝準備、生產作業(yè)計劃、物流過程的運行控制、生產控制、質量控制等主要方面。狹義CAM，通常指數控程序的編制。包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及后置處理和NC代碼生成等。CAD/CAM集成制造就是用CAD軟件設計出零件模型，然后直接用CAM進行編程輸出代碼程序到機床中加工成為成品。CAD/CAM 集成系統(tǒng)借助于工程數據庫技術、網絡通信技術、以及標準格式的產品數據接口技術，把分散于機型各異的各個CAD/CAM 模塊高效、快捷地集成起來，實現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證整個系統(tǒng)內的信息流動暢通無阻。2. 簡述CAD/CAM技術的發(fā)展和發(fā)展趨勢。答：CAD/CAM技術的發(fā)展過程：1）醞釀、準備階段；2）形成階段；3）成熟階段；4）迅速發(fā)展及廣泛應用階段；集成化、標準化、智能化、網絡化階段。CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢：CAD/CAM技術不斷向著集成化、標準化、智能化、網絡化方向深化。3. 目前，CAD/CAM技術的發(fā)展方向是什么？答：目前人工智能技術、網絡技術、軟件工程中面向對象的方法以及工程數據庫技術的發(fā)展也為CAD/CAM技術的提高注入新的活力，CAD/CAM技術向著深度集成化、標準化、智能化、網絡化方向發(fā)展，逐漸形成以生產自動化為目標的集成制造系統(tǒng)（CIMS）。4. 簡述CAD/CAM技術在機械制造工業(yè)中的應用。答：機械制造工業(yè)是應用CAD/CAM技術的主要領域。目前，已廣泛應用三維幾何造型技術，特別是參數化的特征造型技術設計圖紙，并生成數控加工信息進行數控加工。CAD/CAM技術在機械制造工業(yè)中的應用主要有：航空和航天工業(yè)、汽車工業(yè)、 造船工業(yè)、 制造業(yè)、機床制造、 工模具等。5. 簡述產品傳統(tǒng)的生產過程和CAD/CAM生產過程。答： 傳統(tǒng)的生產過程是：總體方案論證總體設計技術設計詳細設計試生產、性能試驗和修改定型等。CAD/CAM生產過程是：提出設計任務進行工程分析進行設計校核自動繪圖編制工藝規(guī)程，進行數控加工。由于采用CAD/CAM技術，在產品的設計過程中就可應用仿真技術對產品的性能進行模擬，發(fā)現(xiàn)問題在設計過程中就可以修改，而不必等到樣機試驗時發(fā)現(xiàn)問題再修改。這不僅節(jié)省了大量的時間和經費，減輕了設計人員的勞動強度，更為重要的是，產品可獲得最佳性能和設計一次性成功的可能。6. 簡述CAD/CAM技術有哪些貢獻。答：隨著CAD/CAM技術應用的日益廣泛和深入，它對科學技術和工業(yè)發(fā)展的貢獻也就越來越顯著、越來越大。CAD/CAM技術的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家科學技術現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。CAD/CAM技術從根本上改變了傳統(tǒng)的手工設計，改變了以往用圖紙為介質驅動生產全過程的技術管理模式，而是把真實世界的物體轉變成數字化模型，以統(tǒng)一的數字化產品模型驅動產品生命的全過程，這是制造業(yè)的信息革命。因此，CAD/CAM技術的貢獻具體表現(xiàn)在如下幾個方面： 7. 簡述CIMS主要技術特征。答：CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的縮寫，直譯就是計算機/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)。 CIMS主要技術特征是：智能化與綜合化。智能化體現(xiàn)了自動化的深度，即不僅涉及物質流控制的傳統(tǒng)的體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化，而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴展到：市場、設計、制造、檢驗、銷售及用戶服務等全部過程。根據以上CIMS的特征看，CIMS可以這樣定義：CIMS是在柔性制造技術、計算機技術、信息技術以及系統(tǒng)科學的基礎上，將制造工廠的生產、經營活動所需的各種分布的自動系統(tǒng)通過簡化、要素化與標準化有機地集成起來，以獲得適用于多品種，中小批量生產的高效益，高柔性的智能生產系統(tǒng)。 8. 簡述發(fā)展CIMS所帶來的效益。答：在制造業(yè)中，中等批量、中量品種的生產較適用CIMS系統(tǒng)，它具有如下效應：1）提高機床利用率；2）減少直接和間接勞力；3）縮短制造周期；4）制品庫存量低；5）柔性規(guī)劃；第2章 CAD/CAM系統(tǒng)組成及其軟硬件1. CAD/CAM系統(tǒng)有哪些組成？答：CAD/CAM系統(tǒng)應由硬件、軟件和操作人員三大部分組成。計算機及其外圍設備構成了CAD/CAM的硬件系統(tǒng)；操作系統(tǒng)和應用軟件構成了CAD/CAM的軟件系統(tǒng)；操作人員在CAD/CAM系統(tǒng)中起主導作用，他們通過人機對話的方式或批處理的方式控制和操縱CAD/CAM過程，從而完成計算、繪圖、模擬、數控編程等一系列任務。只有把硬件、軟件和操作人員融為一體，才能發(fā)揮CAD/CAM系統(tǒng)的功能。2. CAD/CAM系統(tǒng)設計應考慮的三個主要問題是什么？答：CAD/CAM系統(tǒng)設計主要是硬件和軟件的配置，應考慮的三個主要問題是：1）明確設計系統(tǒng)的要求;2）確定近期與長遠的目標;3)確定系統(tǒng)的集成水平。3. CAD/CAM系統(tǒng)中硬件布局類型怎樣？答：CAD/CAM系統(tǒng)中硬件布局類型有3種，分別為：1）單計算機系統(tǒng)；2）中央計算機衛(wèi)星機系統(tǒng)；3）計算機網絡系統(tǒng)。單計算機系統(tǒng)，是由一臺計算機加上輸入/輸出設備組成。早期的CAD/CAM系統(tǒng)大多屬于這種類型。單計算機系統(tǒng)的優(yōu)點是結構簡單，用戶有較大的可見性，使用時反應時間短。缺點是如果CPU失效，將會影響全部用戶。此外，它要求用戶具備一定的數據處理能力和系統(tǒng)使用的基本知識。中央計算機衛(wèi)星機系統(tǒng)，單計算機加上前、后置處理器組成，方便多用戶使用。它提供必要的計算能力，并可自由編程。計算機網絡系統(tǒng)，是由一組聯(lián)成網絡的多個計算機組成。網絡內的計算機各有分工，一部分用于面向用戶的數據處理，一部分用于控制整個網絡通訊。各計算機之間信息的傳遞可通過局域網或Internet設備來實現(xiàn)。計算機網絡系統(tǒng)對CAD/CAM系統(tǒng)具有重大的意義，因為它可不局限于在某一工廠或某一研究所內，而將邏輯上相關的組元都連接到同一網絡，實現(xiàn)面向大系統(tǒng)的設計制造。4. CAD/CAM系統(tǒng)中硬件選擇原則是什么？答：CAD/CAM系統(tǒng)中硬件選擇原則是：具有良好的開放性、合理的性能價格比、圖形處理功能、網絡功能、擴充功能、技術支持與售后服務、整個硬件系統(tǒng)運行可靠，維護簡單。5. 常用的圖形輸入設備主要有哪些？答：常用的圖形輸入設備主要有鍵盤(Keyboard)、鼠標器（mouse），光筆、操縱桿、跟蹤球、觸摸屏、數字化儀(Digitizer)、圖形輸入板（Tablet）、圖形掃描儀(Scanner)、數碼相機(Digital Camera)、數碼輸入設備等。6. 常用的輸出設備有哪些？答：常用的輸出設備有：顯示器、打印機、繪圖儀、視頻輸出等。7. CAD/CAM系統(tǒng)的軟件包括哪些？答：軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，決定著整個CAD/CAM系統(tǒng)的性能，一般認為，CAD/CAM系統(tǒng)應包括操作系統(tǒng)、各種語言程序、編譯程序以及應用程序網絡通信等。具體說，CAD/CAM系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件、應用軟件、產品設計制造軟件。8. 一般來講，選擇CAD/CAM系統(tǒng)應用軟件時應遵循哪些原則？答：一般來講，選擇CAD/CAM系統(tǒng)應用軟件時應遵循原則是，具有良好的建模能力、具有必要的系統(tǒng)輔助特性、具有一定的工程分析能力、具有專業(yè)設計工具、具有良好的集成性以及具有良好的性價比和售后服務。9. 你知道哪些常用的CAD/CAM系統(tǒng)應用軟件？答：常用的CAD/CAM系統(tǒng)應用軟件有：AutoCAD、Pro/E、UG、MasterCAM、CAXA、CATIA、SolidWorks、I-DEAS、Cimatron.第3章 CAD/CAM幾何造型方法1. 什么是幾何造型系統(tǒng)？答：幾何造型是一種技術，它能將物體的形狀和屬性（如顏色、紋理、材質等）存儲在計算機內，形成該物體的三維幾何模型。這個模型是對原物體的確切的數學描述或對原物體某種狀態(tài)的真實模擬。這個模型將為各種不同的后續(xù)應用提供信息，它可以提供有限元網格、提供編制數控加工刀具的軌跡，提供各種碰撞和干涉的檢查等。顯然，用計算機對模型進行分析或模擬比對實物進行制作或處理要容易得多，因此，各種CAD/CAM系統(tǒng)都將幾何造型作為系統(tǒng)的核心。它與設計和計算機圖形學組成了CAD/CAM技術中CAD的三個重要部分。可見，幾何造型在現(xiàn)代CAD/CAM技術中的重要地位。通常把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能交互地進行編輯的系統(tǒng)稱為幾何造型系統(tǒng)。2. 常用的幾何造型方法有哪些？答：幾何造型是CAD/CAM系統(tǒng)中的關鍵技術。幾何造型是研究建立描述設計對象幾何模型的一般方法。在現(xiàn)有成熟的CAD/CAM系統(tǒng)中，常用的幾何造型方法有線框造型、曲面造型、實體造型和特征造型。3. 線框造型有哪些特點？答：線框造型的優(yōu)點：1）由于有了物體的三維數據，便可以產生任意視圖，視圖之間能保持正確的投影關系，這為生成多個視圖的工程圖帶來了很大的方便。此外，還能生成任意視點的透視圖以及任意視向的軸測圖，這在二維系統(tǒng)中是辦不到的。2）構造模型時操作簡便，在CPU時間及存儲方面開銷低。3）用戶幾乎不用培訓，使用系統(tǒng)就好像是人工繪圖的自然延伸。線框造型的缺點：1）因為物體所有的棱線將全部顯示出來，其真實形狀須由人腦的解釋才能理解，因此會產生多義性的理解。此外，當形狀復雜時，棱線過多，也會引起模糊理解。2）線框造型中沒有曲面信息，不能繪制曲面輪廓線。3）以前，由于數據結構中缺少拓撲信息，所以不能構成實體，無法識別面與體，更談不上區(qū)別體內和體外了。因此，線框造型不能對圖形進行剖切、消隱、明暗處理、上色、物性分析、干涉檢測等。而現(xiàn)在，有些系統(tǒng)從內部建立了邊與面的拓撲關系，具有消隱功能了。4. 曲面造型有哪些特點？答：1）曲面造型的主要優(yōu)點：曲面造型能實現(xiàn)線和面的消隱、明暗處理、著色、表面積計算、面面求交、數控刀具軌跡生成、有限元網格劃分等功能。主要用于構造復雜的曲面物體，如模具、飛機、汽車等的表面。2）曲面造型的主要缺點：曲面造型有時會產生對物體二義性的理解；操作比較復雜，要求操作人員具備曲面建模的數學知識，因此要對操作人員進行一定的培訓。5. 常見的曲面造型方法有哪些？答：常見的曲面造型方法有線面拉伸面、旋轉面、直紋面、掃描面、放樣面、等距曲面、網格曲面等。6. 實體造型的基本方法包括哪些？答：實體造型的基本方法包括基本體系引用法、掃描表示法、單元分解法、結構實體幾何表示法（CSG）、邊界表示法（BRep）。7. 如何進行特征的分類？答：不同的應用特點，形成了不同的特征定義，由此產生了不同特征的分類。從產品整個生命周期發(fā)展過程看，特征可分為設計特征、加工特征、分析特征、公差及檢測特征、裝配特征等。從功能上看，特征可分為形狀特征、精度特征、技術特征、材料特征、裝配體特征等。從設計方法看，特征可分為通道特征、擠壓特征、提拉特征、過渡特征、表面特征、變形特征等。此外，根據形體的復雜程度，特征還可分為基本特征、組合特征、符號特征等。8. 簡述特征造型系統(tǒng)實現(xiàn)的模式。答：特征造型系統(tǒng)的實現(xiàn)主要采用特征交互定義、特征自動識別、特征自動重構、基于特征的造型等四種途徑。這四種方式也基本上反映了特征造型系統(tǒng)的發(fā)展過程。1） 特征交互定義實現(xiàn)模式用戶傳統(tǒng)實體造型系零件幾何模特征附加系零件特征模2）特征自動識別實現(xiàn)模式用戶傳統(tǒng)實體造型系零件幾何模特征自動識別系零件特征模3） 特征自動重構實現(xiàn)模式用戶傳統(tǒng)實體造型系零件幾何模特征自動重構系零件特征模4） 基于特征的造型實現(xiàn)模式用戶基于特征的造型系零件特征模9. 比較參數化幾何造型技術和變量化幾何造型技術。答：1）兩種造型技術的相同點參數化幾何造型技術和變量化幾何造型技術都屬于基于約束的實體造型技術，強調基于特征的設計和全數據相關性，同時可實現(xiàn)尺寸驅動設計的修改，這兩種方法都提供了幾何約束和工程關系等問題的解決方法。2）兩種造型技術的區(qū)別對約束處理方法的不同是兩種造型技術最根本的區(qū)別；兩種造型技術應用的場合不同；兩種造型技術在特征的管理方面也有所不同；10.簡述幾何造型在CAD/CAM中應用。答：幾何造型在CAD/CAM中應用：幾何造型貫穿于產品的設計、繪圖、制造和裝配等過程。1. 輔助設計 能利用幾何造型隨時顯示零件的形狀，并能利用剖切來檢驗各種孔的相交情況、壁的厚薄等問題；能進行物體的物性計算（如，體積、面積、重心、慣性矩等）；能檢查裝配中是否干涉；還能進行運動機構的模擬。這樣，使設計者能及時發(fā)現(xiàn)問題，修改設計，提高設計質量。2. 自動繪圖能利用幾何造型對設計對象進行自動繪圖，包括各種零件圖、裝配圖。還能繪制效果圖、光照模型和動畫等。3. 輔助制造能利用幾何造型進行數控自動編程及刀具軌跡的仿真；能進行工藝規(guī)程設計；還能幫助檢測，保證制造質量等。4. 幫助裝配在機器人及柔性制造中利用幾何造型進行裝配規(guī)劃、機器人視覺識別、機器人運動學及動力學的分析等。為必做題。完成日期：得分： 評閱時間：課程名稱： 機械CAD/CAM 第 1 次任務 評閱教師： 8