1、第一章1.CAD/CAM 技术主要包括哪些技术？计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD), 计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering，CAE), 计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning，CAPP), 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)2.产品的整个生产过程包含哪些环节？整个过程包括产品设计、工艺设计、加工检测和装配调试等过程3.CAD/CAM 系统具有哪些基本功能？(1) 人机交互功能。(2) 存储功能。(3) 图形显示功能。(4) 输入/
2、 输出功能。4. CAD/CAM 技术的硬件组成、软件组成。CAD/CAM 系统的硬件主要由主机、存储器、输入设备、输出设备、显示器及网络通信设备等组成。系统软件、支撑软件和应用软件。5. CAD/CAM 技术的发展趋势。CAD/CAM 技术还在发展中，发展趋势主要体现在集成化、智能化、网络化、标准化、虚拟化、绿色化等方面。6.简称的中文含义：CAD、CAM、CAE、CAPP。第二章1.工程数据的计算机处理方法。 答：（1）工程数据的程序化处理。工程数据的程序化处理是指在应用程序内部对数表、线图等进行查寻、处理和计算。程序化适合于需要经常使用而共享度要求又不是很高的情况，例如，工程数据中的数表
3、、有公式的线图以及经验公式等。（2）工程数据的文件化处理。工程数据的文件化处理是指将工程数据以一定的格式存放于文件中，在使用时程序打开文件并进行查询等操作。将工程数据进行文件化处理，不仅可使程序简练，还可使数表与应用程序分离，实现一个数表文件供多个应用程序调用，增强数据管理的安全性，提高数据系统的可维护性。根据数据类型的不同，工程数据文件通常采用两种类型的文件：文本文件和数据文件。（3）工程数据的解析化处理。工程数据的解析化处理是指将那些数据间有某种联系或函数关系的列表或线图，采用公式化的方式进行描述，从而实现非离散数据的查寻。数据的解析化处理可以保证工程数据的连续性，减小数据误差，并节省存储
4、空间、提高计算机的处理速度。工程数据的解析化处理主要有函数插值和数据拟合两种方式（4）工程数据的数据库管理。数据库系统可有效地管理所有产品设计和制造的数据信息，实现数据的共享，保持程序和数据的独立性，保证数据的完整性和安全性。2.工程数据的程序化处理。答：a 数表的程序化处理。数表的程序化就是用程序完整、准确地描述不同函数关系的数表，以便在运行过程中迅速有效地检索和使用数表中的数据。b 线图的程序化处理。3.工程数据文件的类型。答：文本文件和数据文件。4.工程数据的类型。答：可分为以下类型：(1) 通用基础数据。(2) 设计产品数据。 (3) 工艺加工数据。(4) 管理信息数据。5.线性插值、
5、抛物线插值。答： (1)线性插值又称为一元函数插值或两点插值。根据插值点 x 值选取两个相邻的自变量 xi 与 xi1 ，为简便起见，可将这两自变量设定为 x1 和 x2，并满足条件 x1xx 2。过( x1,y1)、(x2,y2)两结点连线的直线代替原来的函数 f (x)。（2）线性插值只利用了两个结点(x 1,y1)、( x2,y2)上的信息，因此精度很低。若给定三个结点 xi-1、x i 与 xi1 ，同样简化为 x1、x 2、x 3，其对应函数值为 y1、y 2、y 3，则与线性插值类似，可构造出相应的二次多项式 y= g2(x)并使其满足：显然，此方程式是一个不23 122 1231
6、1212333()()() xg超过二次的多项式，称为二次插值。二次插值又称三点插值、抛物线插值。6.最小二乘法的基本步骤。答：其基本处理步骤是：(1) 在坐标纸上标出列表函数各结点数据，并根据其趋势绘出大致的曲线；(2) 根据曲线确定近似的拟合函数类型，拟合函数可分为代数多项式、对数函数、指数函数等；(3) 用最小二乘法原理确定函数中的待定系数。7.简称的中文含义：DBMS、PDM。答：DBMS：数据库管理系统(DBMS)DBMS 是数据库的核心。DBMS 通常由以下三部分组成，即数据描述语言(D DL)及 其 翻 译 程 序 、 数 据 操 纵 语 言 (DML)及其编译程序、数据库管理例
7、行程序(DBMR)。PDM：产品数据管理(Production Data Management，PDM)技术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集成管理的技术。第三章1. 图形的表示有两种方法：一是点阵法，点阵法图素所描述的图形称做图样。二是参数法，参数法所描述的图形又称矢量图形。计算机屏幕显示的图形就是图样，而现在 CAD/CAM系统中计算机内部在描述或存储几何形体时通常采用矢量图形。2. 图形的生成方法。答：主要有以下五种：（1） 轮廓线法。所谓轮廓线法，就是将物体上的点与线条在计算机上逐一绘出，得到该物体的图形。（2）参数化法。参
8、数化法是首先建立图形与尺寸参数的约束关系，每个可变的尺寸参数用待标变量表示，并赋予一个默认值。（3） 图形元素拼合法。图形元素拼合法(简称图元拼合法) 类似于一种搭积木的方法。将各种常用的、带有某种特定专业含义的图形元素存储建库，设计绘图时，根据需要调用合适的图形元素加以拼合。图形元素拼合法要以参数化法为基础，每一个图形元素实际上就是一个小参数化图形。（4） 尺寸驱动法。尺寸驱动法给操作者极大的自由，首先按设计者的意图，大致绘制图形，然后根据产品结构形状需要，添加尺寸和形位约束。（5）三维实体投影法。3. 二维、三维图形几何变换：平移、旋转、比例、对称、错切和组合变换矩阵。P374. 三维图形
9、的投影变换矩阵：三视图，轴测图。P515. 常用的消隐算法。答：主要包括画家算法、Z 缓冲区算法、扫描线算法、区域采样算法等第四章1.建模技术的基础知识。几何建模的基础知识主要包括几何信息、拓扑信息、非几何信息、形体的表示、正则集合运算、欧拉检验公式等内容。2.常用建模方法。(1) 二维表示法，用于平面物体；(2) 简单形式的三维表示法，由二维轮廓线延伸成简单形式的三维模型；(3) 三维表示法，可以描述完整的、复杂形状的三维模型。3.建模技术的应用。建模技术在 CAD/CAM 中应用于设计、生成图形、生产制造与装配等工作环节。4.几何建模（线框建模、表面建模、实体建模）的基本方法（原理） 、数
10、据结构。(1)利用基本线素来定义工程目标的棱线部分而构成立体框架图的过程称为线框建模。线框建模的数据结构是表结构。(2) 表面建模是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示和建立物体的计算机内部模型。(3) 通过定义基本体素，利用体素的集合运算或基本变形操作建立三维立体的过程称为实体建模5.实体的生产方法体素法和扫描法。6.实体模型的计算机表示方法。计算机内部定义实体的方法很多，常用的有边界表示法(Boundary Representation，B-Rep) 、结构实体表示法(Constructive Solid Geometry，CSG)、单元分解法、扫描变
11、换法等。7.特征建模的的基本方法（原理） 。特征的表达主要包括两方面的内容：一是表达几何形状的信息，二是表达属性或非几何信息。根据几何形状信息和属性在数据结构中的关系，特征表达可分为集成表达模式与分离模式两种模式。集成表达模式是将属性信息与几何形状信息集成地表达在同一内部数据结构中。分离模式是将属性信息表达在外部的，与几何形状模型分离的外部结构中。8.形状特征的分类。9.特征间的关系。(1) 继承关系。(2) 邻接关系。(3) 从属关系。(4) 引用关系。10. 装配模型的表示。1部件 2根部件3基部件 4子装配体 5.爆炸图 6装配树11.零部件自由度。零部件自由度描述了零部件运动的灵活性，
12、自由度越大，零部件运动越灵活。在三维空间中，一个自由零件的自由度是六个，即三个绕坐标轴旋转的转动自由度和三个沿坐标轴移动的移动自由度。12.装配约束的种类、装配建模两种方法。种类(1) 贴合约束：(2) 对齐约束：(3) 平行约束：(4) 垂直约束：(5)相切约束：(6) 距离约束装配建模两种方法：自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。13.参数化建模的基本原理。所谓参数化就是将产品的设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，并用约束来定义和修改产品的参数化模型。在产品的参数化模型中，零件的尺寸不是用具体和确定的数值来表示，而是用相应的关系式或是用某种根据设计对象的工程原
13、理而建立起来的用于求解设计参数的方程式来表示。14.尺寸标注线。尺寸标注线可以看成一个有向线段，上面标注的内容就是参数名，其方向反映了几何数据的变动趋势，长短反映了参数值，这样就建立了几何实体和参数间的联系。15.约束联动。在二维情况下，一个点有两个自由度，需要两个约束条件来确定其位置。如果采用参数驱动机制就要标注两个尺寸线，或者若该点的约束之间存在某种关系，或与其他点的约束有关系，只需一个约束或可由其他点来确定。对于一条线段，可由两个点确定，也可由一个点、一个角度和一个距离来决定，共四个自由度，需要四个约束条件。如果能确定这些约束之间的相关关系，就可以任意控制这条线段的变化：旋转或平移，或者
14、更复杂的复合变化。圆或圆弧也可如此。把这种通过约束关系实现的驱动方法称为约束联动16.参数化建模的基本原理。通 过 将 模 型 参 数 化 ， 优 化 过 程 中 不 断 对 其 进 行 迭 代 而 求 出 最 佳 解 。 参 数 化 建 模 是 参 数（ 变 量 ） 而 不 是 数 字 建 立 和 分 析 的 模 型 ， 通 过 简 单 的 改 变 模 型 中 的 参 数 值 就 能 建 立 和 分析 新 的 模 型17.变量化设计的主要方法。目前，变量化设计的主要方法有整体求解法、局部作图法、几何推理法和辅助线作图法。18.行为特征建模技术的概念。它将 CAE 技术与 CAD 建模融于一体
15、，理性地确定产品形状、结构、材料等各种细节。产品设计过程就是寻求如何从行为特征到几何特征、材料特征和工艺特征的映射，它采用工程分析评价方法将参数化技术和特征技术相关联，从而驱动设计。第六章1.简称的中文含义：CIMS、GT 。CIMS 是英文 Computer Integrated Manufacturing Systems 或 contemporary 的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。成组 技 术 (Group Technology， GT)2.成组技术的定义。将许多各不相同，但又具有相似信息的事物，按照一定的准则分类成组，使若干种事物能够采用统一的解决方法，以达到节省精力、时间和
16、费用的目的。3.零件的相似性。不同的机械类产品，尽管其用途和功能各不相同，然而每种产品中所包含的零件类型存在着一定的规律。4.分类编码系统的结构及信息容量的计算。表 6-2 三种结构形式特点比较结构形式 码位关系 信息容量 特 点树 式 隶 属 大 识别、使用不方便，适用于零件设计检索链 式 并 列 小 识别、使用方便，适用于零件特征分类混合式 隶属、并列 中 介于两者之间1) 树式结构树式结构信息容量 Cs 为 1sNkCM2) 链式结构即信息容量 Cl 为 l23) 混合式结构混 合 式 结 构 的 分 类 环 节 总 数 Ch 为 Cs 与 Cl 之和：12NkM【例 6.1】 有一分类
17、编码系统，其结构为混合式，码位共 9 位，前 3 位为树式结构，后 6位为链式结构，均用十进制表示各特征项，求此编码系统所包含的信息容量。解：此编码系统为混合式结构，故其信息容量为1h2NkCM树式结构部分 N1=3 M=10链式结构部分 N2=6 M=10故 123h00606170C此分类编码系统包含的分类环节总数，即所含信息容量为 1170。5.两种分类编码系统的基本构成，码位及其含义。1) 德国奥匹茨(Opitz)零件分类编码系统奥匹茨零件分类编码系统是 20 世纪 60 年代由德国阿亨工业大学机床与生产工程实验室在奥匹茨教授主持并指导下，得到德国机床制造商协会的支持，所制定的通用零件
18、分类编码系统( 又称 VDW 系统)。奥匹茨零件分类编码系统由 9 位十进制数字代码组成，前 5位( 1 5 码 位 )称 为 主 码 ， 用 数 字 0 9 分 别 表 示 零 件 的 特 征 。 此 编 码 系 统 的 总 体 结 构 如 图 6.5所示。图 6.5 奥匹茨零件分类编码系统的总体结构奥匹茨系统的第 1 位码表示零件的类别，根据零件的总体形状和尺寸比例，将一切零件分为回转体和非回转体两大类。回转体零件指主要外表面由回转面构成的零件(包括数个绕不同的平行轴线的回转面构成的零件)。除回转体零件外一切零件均属于非回转体零件(又称不规则零件)。回转体零件按不同长度直径比分为盘、短轴、
19、长轴等，如图 6.6 所示。此外，对轴心线偏异的回转体零件如曲轴等，非圆型材制成的无偏心零件，如六方螺钉、螺母等，都列入带偏异的回转体零件类中。按长径比(L /D)的不同分为短形偏异回转件和长形偏异回转件两类。回转体零件按不同长度、宽度和高度的尺寸比分为板、条(长条) 、块(方块)等，其分类可参考图 6.7。图 6.6 回转类零件按长径比分类 图 6.7 非回转类零件按长、宽、高分类第 1 码位中的 5 和 9 代表特殊的回转体和非回转体零件，对不能归属于 04 以及68 的零件均可归于此两类中。这两类零件如何编码，系统没有规定，留给用户根据自己零件特点自行决定其特征码含义。图 6.8 所示是
20、第 1 码位是 0，1 和 2 时，它们相应的前 5个码位的含义，奥匹茨系统的辅助码对于所有类型的零件均采用图 6.9 所示的码位值规定。图 6.8 奥匹茨系统第 0，1，2 类零件形状码图 6.9 奥匹茨系统辅助码另外，一个完整的零件分类编码系统除一套码位代码的详细表格外，为了便于使用和保证在使用中的一致性，还要对代码的含义作定义和解释，使用户对零件进行编码时方便可行。因篇幅所限，其他码位的编码规定和编码术语的定义说明请参考有关文献。【例 6.2】 对图 6.10 所示中的端盖和盖板用奥匹茨分类编码系统进行编码，写出该零件的代码，并解释。图 6.10 奥匹茨系统编码举例解：根据零件图，参考有
21、关文献，按奥匹茨分类编码系统的编码规则进行编码，其结果如右。2) JLBM-1 分类编码系统JLBM-1 系统是我国机械工业部门为在机械制造中推行成组技术而开发的一种零件分类编码系统。这一系统经过先后四次的修订于 1984 年正式作为我国原机械工业部的技术指导资料。该编码系统力求能满足机械行业中各种不同产品零件的分类之用，是一个适用于机械制造厂在设计、工艺、制造和生产管理部门应用成组技术的多用途分类编码系统。制订该系统的基本原则如下：(1) JLBM-1 系统是作为机械加工工厂在推行成组技术进行零件分类编码时的一种指导性技术文件。各企业既可以采用 JLBM-1 系统，也可以参照 JLBM-1
22、系统制订出适合于本企业情况的专用编码系统。(2) 该系统主要针对中等及其以上规模多品种中小批量生产的机械加工企业( 车间)。(3) 考虑了各机械工业的共性内容，力求简单明白，有规律性，便于各机械加工企业、部门在使用时理解和记忆，在编制零件编码系统时，减少从头开始的过程，从而少走弯路，有利于全国各机械行业零件分类编码系统的制订与使用。(4) 采用主、辅分段的混合式结构，用 15 个码位表示，每个码位包含 10 个特征项。由名称矩阵、形状与加工和辅助部分组成。它提供了零件的功能、几何形状、形状要素、尺寸、材料、毛坯、热处理、精度和一部分加工信息。该系统第 1、2 位码构成一个功能名称矩阵，反映了零
23、件的功能和主要形状，列入名称类别的零件都是各行企业具有共性的常用零件，便于通过名称作设计检索和分类。但是，企业或工厂在应用本系统前，必须对本企业的零件名称作标准化处理，并有明确的解释。第 39 位码表示零件的主要几何形状和加工特征。第 1015 位码为辅助码，表示零件的材料、毛坯、尺寸和精度等。图 6.11 是JLBM-1 系统的总体结构图。该分类编码系统各码位代码的详细分类表和使用系统时术语的定义说明请参考有关文献。图 6.11 待分组的小轴类零件及其编码6.分类成组方法。零件分类成组的方法通常有三种：目测法、生产流程分析法和零件分类编码法。其中，应用较为广泛的是零件分类编码法。7.成组工序
24、、成组工艺过程的定义。在零件分类成组的基础上，分析同组零件的工艺过程，从中选出以同组零件中最复杂的工艺过程为基础，再添加组内其他零件需要而最复杂工艺过程所没有的工序，最后形成能满足全组零件加工要求的成组工艺过程。成组工艺过程是成组工序的集合，能保证按标准化的工艺路线采用同一组机床加工全部加工零件组的诸零件。8.成组工艺设计方法、成组夹具的调整方法。1) 成组工艺的设计方法：主要有复合零件法和复合路线法。复合零件法(又称样件法)，顾名思义是利用一种所谓的复合零件来设计成组工艺的方法。对回转体零件可以采用复合零件法编制标准工艺过程。复合路线法是在零件分类成组的基础上，分析同组零件的工艺过程，从中选
25、出以同组零件中最复杂的工艺过程为基础，也即最长的工艺路线为代表，再将此代表路线与组内其他 零 件 的 工 艺 过 程 相 比 较 ， 凡 组 内 其 他 零 件 需 要 而 最 复 杂 工 艺 过 程 所 没 有 的 工 序 分 别 添 上 ，最后形成能满足全组零件加工要求的成组工艺过程。2) 成组夹具设计：成组夹具是在成组技术原理指导下，为执行成组工艺而设计的夹具。组夹具在结构上由两大部分组成：基础部分和可调整部分。成组夹具的调整方法可归纳为四种形式，即更换式、调节式、综合式和组合式。(1) 更换式。采用更换夹具可调整部分元件的方法，来实现组内不同零件的定位、夹紧、对刀或导向。(2) 调节式
26、。借助于改变夹具上可调元件位置的方法来实现组内不同零件的装夹和导向。采用调节方法所需元件数量少，制造成本低，但调整需花费一定时间，且夹具精度受调整精度的影响。(3) 综合式。在实际中应用较多的是上述两种方法的综合，即在同一套成组夹具中，既采用更换元件的方法，又采用调节的方法。9.零件信息描述方法。零件信息描述的准确性、科学性和完整性将直接影响所设计的工艺过程的质量、可靠性和效率。因此对零件的信息描述提出以下要求：(1) 信息描述要准确、完整，所谓完整是指要能够满足在进行计算机辅助工艺过程设计时所用，不是指要描述全部信息。(2) 信息描述要易于被计算机接受和处理，界面友好，使用方便，效率高。(3
27、) 信息描述要易于被工程技术人员理解和掌握，便于操作人员运用。(4) 信息描述要考虑计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助检测等多方面的要求，以便能够信息共享和进行系统集成。10.派生式、生成式 CAPP 系统的原理。答：派生式 CAPP 系统原理：派生式 CAPP 系统(Variant or Retrieve)的基本原理是利用零件的相似性，相似的零件有相似的工艺过程。一个新零件的工艺过程是通过检索出现有的相似零件族(组)的标准工艺过程并加以筛选或编辑而成，并由此得到“派生”这个名称。派生式 CAPP 系统又称修订式、检索式、样件式、变异式等。生成式 CAPP 系统原理：生成式 CAPP
28、系统的基本原理和派生式系统不同，它不是以对标准工艺过程的检索和修改为基础，而是由计算机软件系统，根据输入的零件信息，依靠系统中的加工能力知识库和工艺数据库中的加工工艺信息以及各种工艺设计决策逻辑、规则，模仿工艺人员进行工艺过程的设计方法，在没有人工干预的条件下，自动进行各种决策和计算，如选择零件表面的加工方法、安排零件工艺路线、选择机床、刀具、夹具、计算切削参数、加工时间和加工成本以及对工艺过程进行优化等，自动设计出零件的工艺过程，人们称这种系统为生成式 CAPP 系统。生成式 CAPP 系统又称创成式 CAPP 系统。11.工艺过程设计中的决策方法。答：一般可把它们分为：数学模型决策、逻辑推理决策和智能思维决策三类。1数学模型决策：数学 模 型 决 策 是 以 建 立 数 学 模 型 并 求 解 作 为 主 要 的 决 策 方 式 。 数学模型可分为三类：(1) 系统性数学模型。(2) 随机性数学模型。(3) 模糊性数学模型。2逻辑推理决策：常用的逻辑推理决策有决策树和决策表两种形式。1) 决策树。2) 决策表：决策表又称判定表，它是用表格结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系和方法的。3智能思维决策：
