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1、 计算机辅助工程 思考题 2007 高伟强 编写整理一、CAD/CAE/CAM基础1 计算机辅助工程的基本内容？ 3D主建模、photo、CAE、drafting、CAPP、CAM、 Assembly2 机电产品开发一般流程。概念设计总体设计零部件设计工艺设计开发 模具设计、制造 夹具设计、制造 装备设计、制造零部件制造，发外加工、外购； 装备 销售生产过程管理及控制 校验 及售后服务3 CAD/CAE/CAPP/CAM 的基本概念CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）CAM（Compu
2、ter Aided Manufacturing，计算机辅助制造）CAD/CAE/CAM是三者的有机结合，意味着进一步提高设计和生产效率的综合技术4 CAD/CAE/CAM技术在制造技术中的地位和作用?地位：因为它推动了几乎一切领域的设计革命，CAD技术的发展和应用水平 已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CAD/ CAE/CAM技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册
3、、组织备件订货供应等等。 应用：CAD系统的应用影响工业各个方面，使传统技术、工程技术发生深刻的变革。CAE系统的应用解决产品设计分析问题，使设计人员在早期设计阶段就可以对产品设计和制造中的各种问题进行预测仿真。从而缩短设计周期、提高产品质量，节省大量资金。CAM系统的应用解决实际产品的制造加工问题，提高产品的制造质量。CAD/CAE/CAM系统的应用极大提高产品质量，加速产品开发，缩短从设计到生产的周期，缩短了产品的上市周期，实现产品设计的自动化，使设计人员从繁琐的绘图中解放出来，集中精力进行创造性的劳动。有利于发挥设计人员的创造性，将其从大量繁琐的重复劳动中解放出来，集中精力进行创造性的劳
4、动。减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了设计周期。可以从多方案中进行分析、比较、选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化。有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。缩短了产品从设计到生产的周期，缩短了产品的上市周期，提高了产品的质量。有利于提高产品设计自动化、生产过程自动化的水平，最大幅度地获得满足客户需求的产品，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。CAD、CAE、CAM的一体化，使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体，通过信息的集成，在经济上、技术上给企业带来综合效益。5 CAD/CAE/CAM技术的发展趋势？P17参数化：参数化能够极大地提高机械设计效率。智能化：现有的计算机辅助设
5、计系统智能化程度越来越高，原来烦琐的操作逐渐由计算机智能化地进行处理三维化：随着三维图形技术的发展，在计算机内部相应的三维实体模型能够更直观，更全面地反映设计意图。集成化：集成就是向企业提供一体化的解决方案网络化：工业企业的实际生产管理过程是一个由产品规划，产品设计，性能测试，工艺准备，主体零部件生产，标准件及特种件外购，产品组装及检验，产品销售及服务等方面集体协作，分散集中，不断反馈的信息流网络 标准化：随着CAD/CAE/CAM系统的集成和网络化，只能各种产品设计，评测和数据交换标准势在必行。6 CAD/CAE/CAM系统的组成和要求？P10硬件系统：主机 外存储器 输入设备 输出设备 N
6、C机床软件系统：系统软件 支撑软件 应用软件要求：对硬件应考虑以下方面：系统功能 系统的开放性与可移植性 系统升级扩展能力 系统的可靠性，可维护性与服务质量对软件一般应考虑：软件性能价格比 与硬件匹配 二次开发环境 开放性 软件商的综合能力7 CAD 系统的坐标系及其定义？世界坐标系（World Coordinate System,WC）由设计者（用户）确定，称用户坐标系,用户用它来定义二维或三维世界中的物体，其坐标值可以是实型量，也可以为整型量。坐标系可采用绝对坐标或相对坐标。设备坐标系（Devices Coordinate System,DC）图形显示器或绘图机自身有一个坐标系，称它为设备
7、坐标系或物理坐标系。设备坐标系中，坐标轴的度量单位是像素或者绘图笔步长。规格化坐标系（Normalized Devices Coordinate System,NDC）与设备无关的图形系统，其目的是使所编制的软件可以较方便地应用于不同的具体设备上。坐标单位无量纲，取值范围01观察坐标系（Viewing Coordinate System,VC）又称目坐标系，是一个定义在用户坐标系中任何方向、任何地方的左手三维直角辅助坐标系，其原点和视心重合8 有哪些经典视图？平行视图和透视视图的特点是什么？前视图、斜视图、等角投影、三点透视、单点透视9 视图中三个基本要素是什么？10CAD图形基木变换包括哪些
8、类型？答:有图形的比例缩放、错切、旋转、平移、投影、透视。11二维图形变换矩阵及其子矩阵的作用？二维变换矩阵的一般形式： 从变换功能上可把T分为四个子矩阵其中 缩放、旋转、对称、错切等变换；平移变换；投影变换。当p、q为零时为平行投影；当p、q不等于 零时为中心投影；整体图形作伸缩变换；12三维图形变换矩阵及其子矩阵的作用？三维变换矩阵的一般形式为 比例、错切、旋转、反射等基本变换 沿 X、Y、Z 三个方向的平移变换 透视变换 全比例变换13什么是三维图形复合变换，复合变换的过程是否可逆复合变换：多个基本变换组成的复杂变换；不可逆。14.插值，逼近，光顺，拟合的基本概念 插值是函数逼近的重要方
9、法。给定函数f(x)在区间a,b中互异的n个点f(xi) i=1,2,n，基于这个列表数据，寻找某一个函数k(x)去逼近f(x)。若要求k(x)在xi处与f(xi)相等，就称这样的函数逼近问题为插值问题，称k(x)为f(x)的插值函数，xi称为插值节点。逼近：当型值点太多时，构造插值函数使其通过所有的型值点是相当困难的；同时也没有必要寻找一个插值函数通过所有的型值点；解决的办法通常是寻找一个次数较低的函数，从某种意义上最佳的逼近这些型值点光顺：通俗的几何含义是曲线的拐点不能太多，曲线拐来拐去，就会不顺眼对于平面曲线，相对光顺的条件是：曲线具有二阶几何连续性；不存在多余拐点；曲线的曲率变化较小；
10、拟合不象插值、逼近、光顺那样有完整的数学和公式定义，它是指在曲线、曲面的设计过程中，用插值、逼近的办法，使生成的曲线、曲面达到某些设计的要求，如使曲线通过型值点、控制点，使曲线“光滑”，“光顺”等15B閦ier曲线、B-Spline曲线、NURBS曲线的特点？Bzier曲线的优缺点 优点：形状控制直观设计灵活 缺点：所生成的曲线与特征多边形的外形相距较远局部控制能力弱，因为曲线上任意一点都是所有给定顶点值的加权平均控制顶点数增多时，生成曲线的阶数也增高控制顶点数较多时，多边形对曲线的控制能力减弱曲线拼接需要附加条件，不太灵活B-Spline的优缺点 优点：与控制多边形的外形更接近局部修改能力任
11、意形状，包括尖点、直线的曲线易于拼接阶次低，与型值点数目无关，计算简便 缺点：不能精确表示圆NURBS能精确表示圆17 CAD技术的发展经历了哪些建模技术发展过程？在CAD技术的发展过程中，其造型技术大致经历了二维造型、线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型、基于特征的参数化和变量化造型等几个历史阶段。 18 CAD三维实体建模有哪些方法？它们的特点是什么？构造实体几何法(CSG法) 扫描法 (Sweep)边界表示法 (B-Rep法)CSG与B-Rep混合造型法 分割表示法 (D-Rep法 )19 CAD三维线框造型的特点？优点：所需信息最少，数据运算简单，容易处理；可以产生任意视图；对计算机
12、硬件的要求不高；缺点：对于曲面体，仅能表示物体的棱边就不准确了；对物体形状的判断产生多义性；线框造型不能进行物体几何特性(体积、面积、重量、惯性矩等)计算，不便于消除隐藏线，不能满足表示特性的组合和存储多坐标数控加工刀具轨迹的生成等方面的要求20 CAD三维曲面造型的基本原理和特点？曲面造型是在线框造型的基础上添加面的信息，用空间的曲面来表示物体的外表面，用面的集合来表示物体，而用环来定义面的边界。建模时，先将复杂的外表面分解成若干个组成面，然后定义出一块块的基本面素，通过各面素的连接构成了组成面，通过各组成面的拼接就构造了曲面模型。优点：增加了有关面的信息，曲面造型扩大了线框造型的应用范围；
13、能够比较完整地定义三维立体的表面；曲面造型可以为CAD/CAE/CAM中的其他场合提供数据；缺点：不能描述零件内部的信息；不能将这个物体作为一个整体去考察它与其他物体相互关联的性质；21.构造实体几何法（CSG）包含两部分内容是什么？包含两部分内容：基本体素的定义与描述； 体素之间的集合运算。 22.CAD扫描法实体造型的两个要素是什么？扫描法实体造型需要两个要素：被移动的形体(基体)或截面(Section) 移动该形体的轨迹(路径)(Guide)。23 什么是特征？特征有哪些种类？ 特征是指产品描述的信息的集合。 特征类型主要有如下几种 : (1)形状特征 (2)精度特征 (3) 管理特征
14、(4)材料特征 (5) 分析特征 (6) 装配特征 (7)主特征 (8)辅助特征 (9)组合特征24 特征建模与实体建模有何异同点？ 共同点：实体造型和特征造型都具有完整的几何信息、特征模型和实体模型都可以转化为曲面，特征建模和实体建模都属于造型技术。相异点：实体造型技术仅仅是零件的几何形状描述，只较详细地描述了物 体的几何信息和相互之间的拓补关系，而这些信息缺乏明显的工程含义，即从中提取和识别工程信息是非常困难的。特征造型通过计算机将工程图纸所要表达的产品信息抽象为特征的有机集合，它不仅构造一点的拓补关系组成的几何形状，而且反映了特点的工程语义，支持零件从设计到制造整个生命周期内各种应用所需的全部信息。25 特征造型的过程。a规划零件b创建基本特征c添加或去除其他辅助特征d编辑修改特征e生成工程图26 特征建模中的轮廓(Profile) 、约束(Constraint)、草图(Sketch)、尺寸驱动、变量驱动等基本概念。轮廓：由若干首尾相接的直线或曲线组成，用来表达实体模型的截面形状或扫描
