上海工程技术大学机械CADCAM考试复习资料

CAD是指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计中的草图绘制、零件设计、装配设计、工装设计、工程分析等。 CAD系统包括产品设计和工程分析；产品设计分概念设计、工程设计、详细设计；工程分析亦称计算机辅助工程分析CAE，是指运用有限元分析、可靠性分析、动态分析、优化设计等手段。

CAD的功能：几何建模、工程分析、模拟仿真、自动绘图。

CAPP概念

计算机辅助工艺规程设计（CAPP），是指工艺人员借助计算机，根据产品设计制造工艺的要求，交互的或自动的确定产品加工方法和加工工艺，完成产品的工艺规程设计，如加工工艺选择、工艺路线确定、工序设计等。

CAPP功能：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。可提高工艺人员的工作效率、缩短工艺准备时间、加快产品投放市场的速度。

CAM概念

计算机辅助制造，利用计算机技术进行数控加工或零件的制造加工工程中的各项活动，如计算机辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与控制等。

CAM分为广义CAM（完成从毛胚到产品制造过程中直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等内容）和狭义CAM（指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀具文件的生成、刀具轨迹的仿真以及后置处理和NC代码的生成等）

CAD/CAM系统的基本功能：图形图像处理、产品与过程建模、信息存储与管理、工程计算分析与优化、工程信息传输与交换、模拟与仿真、人机交互、信息输入、信息输出。

数据结构：某些情况下，多个数据元素之间的关系构成一个结构数据之间的关系 数据结构分为：逻辑结构(线性结构、非线性结构)、存储结构（顺序存储结构、链接存储结构、索引存储结构）、数据的运算。

工程图的生成：投影原理（投影分类：透视投影、平行投）

计算机质量系统：运用计算机技术实现生产过程中的质量数据采集、分析、处理、传递的自动化，实现质量控制、质量保证和质量管理的自动化。

常用的设计数据或资料的处理方法：数组化、公式化、文件化

二维几何变换：平移变换、以原点为中心的旋转变换、以原点为中心的比例变换、

错切变换

平移变换:使二维图形由原坐标平移到另一个位置，图形自身形状无变化 以原点为中心旋转：旋转角度逆时针为正、顺时针为夫 以原点为中心比例：二维图形中的每一个点以坐标原点为中心按相同的比例进行

放大或缩小所得到的变换

三位几何变换：平移变换、比例变换、对称变换、相对于坐标轴的旋转变换、错

切变换

二维图形变换的基本原理、方法、及种类：

利用图形变换矩阵，可以使图形产生（A、B、C、D、E）

A、比例变换 B、对称变换 C、旋转变换 D、错切变换 E、平移变换

现行数据库系统中，常用的数据模型有三种：

层次模型：只有一个根结点；根结点以外的其它节点有且仅有一个父结点。 网状模型：它体现了多对多的关系。取消层次模型中的两个限制条件便形成了网

状模型。

关系模型：数据结构简单，数据独立性高，具有直观、使用方便等优点。

弹性力学：弹性力学研究弹性体受外力、边界约束或温度改变等原因而发生的应力形状和位移。常用物理量有外力位移应力应变等。

物料处理要素：主生产计划、物料清单文件、库存信息

简答： 1、 二叉树的定义 二叉树是结构简单，应用广泛的树结构形式。二叉树由一个称为根的节点以及两个不相交的且被分别称为左子树和右子树的二叉树组成，当二叉树为空时称空二叉树。二叉树是有序的，若将其左、右子树颠倒，就称为另一棵不同的二叉树，因此即使树中节点只有一棵树，也要区分它是左子树还是右子树。

2、有限元分析的基本思想和步骤 基本思路：将一个连续的物体离散化，即分割成彼此用节点相互联系的有限个单元，一个连续弹性体被看作是有限个单元体的组合，根据一定的精度要求，用有限个参数来描述各单元体的力学特性就是构成它的全部单元体的力学特性的总和。基于这一原理及各个物理量的平衡关系，建立起弹性体的刚度方程，求解该刚度方程，即可得去出欲求的参数。 步骤：1、力学特性分析 2、单元类型的选择 3、结构离散化 4、单元特性分析 5、合成总体刚度矩阵 6、生成载荷列阵 7、进行边界条件和初始条件的处理 8、求解刚度矩阵，输出计算结果。

3、优化设计的数学模型、三要素、常用方法、思路、策略

优化设计的数学模型：设计变量、目标函数、约束条件、优化设计的数学模型的建立。

优化设计的三要素：设计变量（进行选择并最终确定的各项独立参数）

约束条件（在实际设计中，设计变量不能任意选择，必须满

足某些规定功能和其他要求）

目标函数（在多种因素下寻找最满意的一组参数）

优化设计的常用方法（解析法和数值迭代法）：

一维搜索法、坐标轮换法、单纯形法、鲍威尔法、梯度法、牛顿法、变尺度法、网格法、复合形法、罚函数法。

优化设计的思路：1、设计对象的分析 2、设计变量和设计约束条件的确定 3、目标函数的建立 4、优化算法的选择 5、优化结果分析 优化设计解决策略：黄金分割法、梯度法、罚函数法

4、 三维几何建模系统有哪几种建模方式，各自的特点是什么

三维几何建模系统有线框建模、曲面建模、实体建模、特征建模等

线框建模的数据结构是表结构，采用线框建模的描述方法构造实体，所需信息量少，数据运算简单，占居的存贮空间比较小，对硬件的要求不高。 曲面模型由于增加了面的信息，在提供三维实体信息的完整性、严密性方面，比线框模型进了一步，它克服了线框模型的许多缺点，能够比较完整地定义三维立体的表面，所能描述的零件范围广；曲面建模可以对物体作剖切面、面面求交、线面消隐、数控编程以及提供明暗色彩图显示所需要的曲面信息等。 与线框建模、曲面建模不同，三维实体建模在计算机内部存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是比较完整地记录了生成实体的各个方面的数据。特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成。利用这种方法，可以完整地、清楚地对物体进行描述，并能实现对可见边的判断，具有消隐的功能。 特征建模的特点主要概括为以下几个方面：（1）特征建模使产品的设计工作不停留在底层的几何信息基础上，而是依据产品的功能要素，如键槽、螺纹孔、均布孔、花键等，起点在比较高的功能模型上。特征的引用不仅直接体现设计意图，也直接对应着加工方法，以便于进行计算机辅助工艺过程设计并组织生产。（2）特征建模以计算机能够理解的和能够处理的统一产品模型代替传统的产品设计、工艺设计、夹具设计等各个生产环节的连接，使得产品设计与原来后续的各个环节并行展开，系统内部信息共享，实现真正的CAD/CAPP/CAM的集成，且支持并行工程。（3）有利于实现产品设计、制造方法的标准化、系列化、规范化，使得产品在设计时就考虑加工、制造要求，保证产品有较好的工艺性及可制造性，有利于降低产品的生产成本。

建立模型的基本过程：1、理解系统的功能原理并提出所建模型的目的和要求；2、分清系统的主次要素及各种因果关系；3、其他可以定量描述的相关内容的补充及数学描述；5、联立以上各种结构的数学关系，构成系统的数学模型；6、实验研究并就其结果判断模型符合真实系统的程度；7、根据模型符合真实系统的程度对模型作必要的修改

优化设计的数学模型建立过程：1、分析设计问题，初步建立数学模型 2、抓住主要矛盾，确定设计变量 3、根据工程实际，提出约束条件 4、对照设计实例，修正数学模型 5、正确求解计算，估计方法误差 6、进行结果分析，审查模型灵敏度

5、 解析法和迭代法的思路

解析法思路：利用数学分析的方法直接求目标函数的极值点。 迭代法的基本思路：从某个选定的初始设计点数f（

）使之满足f（

）< f（

出发，按照某种最优化设计的

，计算函

作为新的起始点重复上

方法所规定的原则，确定适当的方向和步长，获得一个新设计点

）,然后以点

述过程不断迭代，最终达到一个与理论最优点非常接近的近似最优点。

论述 1、 CAPP系统的开发过程：

1、零件编码 2、零件分组 3、设计主样件 4、设计标准工艺过程 5、确定标准工艺过程的表达与筛选方法 6、建立工艺数据库 7、软件设计

2、CAPP的类型及原理

CAPP类型：按工艺决策方法的不同分为检索式CAPP系统、派生式CAPP系统、创成式CAPP系统、综合式CAPP系统。 CAPP的基本原理：

检索式CAPP，是将企业现行各类工艺文件根据零件或图号存入计算机数据库中，进行设计时在工艺文件库中检索相类似零件的工艺文件，采用人机交互方式进行修改、编辑，由计算机按工艺文件要求进行打印输出。

派生式CAPP，利用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，工艺设计时根据零件的GT代码和其他有关信息，按编码搜索零件族，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。

创成式CAPP，根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动的创成一个零件的工艺规程。

3、建模的种类以及其基本原理、方法和特点

种类：线框建模、表面建模、实体建模、特征建模 线框建模：

原理：通过顶点和棱边来描述形体的几何形状。 数据结构：顶点表、棱边表二表结构。

特点：优点，信息量少，计算速度快，对硬件要求低。数据结构简单，存储空间少，数据处理容易，绘图显示速度快。缺点，1）存在多义性 2）不易正确表达曲面形体的轮廓线3）不能明确地定义给定点与物体之间的关系，所以线框模型不能处理许多重要问题，应用范围受到了很大的限制。

表面建模：

原理：通过对物体各个面的描述进行三维建模的方法。 数据结构：顶点表、棱边表、面表三表结构。

特点：可消隐、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成等作业。 不足：缺少体信息，不便进行物性计算和分析。

实体建模：

实体建模概念：描述了实体全部几何信息，且定义了实体所有点、线、面、体

拓扑信息。

实体建模原理：利用实体生成方法产生实体的初始模型，通过几何的逻辑运算形成复杂实体模型。

实体模型表示方法：结构实体表示法、扫描变换法、边界表示法 。

特征建模：

特征的定义：1、设计角度，特征分为设计特征、分析特征、管理特征 2、从形体造型角度，特征是一组具有特定关系的几何或拓扑元素 3、从加工角度看， 特征被定义为与加工、操作和工具有关的零部件形式及技术特征。

特征建模的特点主要概括为以下几个方面：（1）特征建模使产品的设计工作不停留在底层的几何信息基础上，而是依据产品的功能要素，如键槽、螺纹孔、均布孔、花键等，起点在比较高的功能模型上。特征的引用不仅直接体现设计意图，也直接对应着加工方法，以便于进行计算机辅助工艺过程设计并组织生产。（2）特征建模以计算机能够理解的和能够处理的统一产品模型代替传统的产品设计、工艺设计、夹具设计等各个生产环节的连接，使得产品设计与原来后续的各个环节并行展开，系统内部信息共享，实现真正的CAD/CAPP/CAM的集成，且支持并行工程。（3）有利于实现产品设计、制造方法的标准化、系列化、规范化，使得产品在设计时就考虑加工、制造要求，保证产品有较好的工艺性及可制造性，有利于降低产品的生产成本。

计算：

1、对下表所示的试验数据，分别用直线、抛物线插值法求解当x=2.05时的y值。

x 2.59 2.40 2.33 2.21 2.09 2.00 1.88 1.80 1.72 1.01 y 1.88 1.8 1.7 1.68 1.62 1.59 1.53 1.49 1.44 1.36

采用最小二乘法对表中的试验数据进行多项式拟合，并绘制拟合曲线。 解：采用线性方程拟合时

byxxyiiii1i1i1102101010i/10102xixi/10i1i132.837632.228270.34193411.7820132.837620.0316.09/1041.9021401.2009/10

ayi110ibxii1101016.090.341934120.030.924106

10求得的曲线方程为：y=0.924106+0.3419341x

8、已知ΔABC各顶点的坐标分别为：A（20，15）、B（20，40）、C（40，30），分别进行下列变换：

(1) 使长度方向（x方向）缩小一半，高度方向（y方向）增加一倍； (2) 使整个三角形放大为原来的1.5倍。 解：(1)三角形的齐次矩阵表达式为：

A201510.500BC20401变换矩阵为：T020 30140001变换后的图形的齐次矩阵表达式为：

AA201510.50010301BBT20401020CC4030110801 00120601变换前和变换后的图形如下左图所示。 (2) 三角形的齐次矩阵表达式为：

A201511.500B20401变换矩阵为：T01.50

C40301001变换后的图形的齐次矩阵表达式为：

AA201511.5003022.51BBT2040101.5030601 CC4030100160451变换前和变换后的图形如下右图所示。

G01 直线插补

G02 顺时针圆弧插补 G03 逆时针圆弧插补 M00 程序停 M02 选择停止 M03 程序结束